3D打印技术在高职教育中的应用研究

洪轲

摘要：随着3D打印技术在各行业的迅猛发展，将其与教育相结合也成为现实。文章主要探讨了3D打印技术在高职教育中的应用，分析了3D打印技术对高职教育产生的深远影响，促进了教学手段的多样化，有效激发了学生的学习积极性。

关键词：3D打印;高职教育;模型

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）22-0130-02

1 引言

3D打印（3D Printing） 技术，又称增材制造（material additive manufacturing） 技術，是在20世纪80年代后期开始出现的一种新兴制造技术，是一种以数字模型文件为基础，利用塑料或者金属粉末等可粘合材料，通过逐层打印的方式来快速构造任意复杂形状3D物体的数字化成型技术。目前主流的3D打印技术主要有熔融沉积制造（FDM） 、光固化成形（SLA） 、选择性激光烧结（SLS） 、三维喷印（3DP） 等，以3D Systems和Stratasys为代表的两家3D打印设备制造商整合了全球主流工艺90%的产品线。3D打印技术已经在模型铸造、成型制造、直接零部件制造、生物医用高分子材料、艺术品修复等领域达到了广泛的应用[1，2]。目前，特别是在高职教育领域，3D打印技术与教学相结合还是一个崭新的领域，面临着很多问题有待解决。如何有效地将其应用到高职教育领域，为学生提供学习支持，还有待深入研究。

2 3D打印技术的基本原理及其特点

2.1 三维建模

利用3D建模软件或三维扫描设备得到目标产品的数字化模型，并将该模型保存为通用的STL文件格式，得到打印“原稿”。目前市场上的3D建模软件有很多，具有代表性的有：SketchUp、Blender、3DMax、AutoCAD等。

2.2 切片处理

3D模型建好后，需要利用打印机专配的软件将STL文件切片处理，得到相应的截面轮廓和加工路径，生成Gcode代码。

2.3 打印输出

将切片生成的Gcode代码发送给3D打印机并调节好相关参数，打印机根据Gcode代码将打印耗材逐层喷涂，等待3D模型打印成型即可。

2.4 后期处理

打印完成后的模型表面一般都会比较粗糙并伴有毛刺，需要进行修整、去除支撑、固化处理等后期处理。

3 3D打印在高职院校教学的应用

英国著名杂志《经济学人》早在2012年就明确指出3D打印技术作为第三次工业革命的代表性技术必将对制造业的发展产生深远影响。同时，美国新媒体联盟（NMC） 《地平线报告》也在2013年预测3D打印技术将在教育领域得到重要发展。

随着3D打印技术在社会各领域的广泛应用，将3D打印技术引入到高职教学中也成为现实，Stratasys和3D Systems两大3D打印厂商也非常重视3D打印机技术在教育教学领域的应用，推出了各自的教育服务平台，将这些平台应用到高职教学中，就有望形成一个独特的高职教育科技创新平台，从而极大地提高在线教学过程并培养学生的学习技能。3D打印技术给高职教学提供了新的技术支持，在这些新平台、新资源、新环境、新工具的影响下，必将对现有高职教学产生深远的影响[3]。

3.1 新平台

3D打印技术所创建的新平台，为高职教育的创新型和技能型人才的培养提供了新的契机。让高职教育从传统的“应试教育”向创新型教育转变提供了帮助。

3.2 新资源

3D打印技术的发展为各个学科提供了相应的立体资源。为学生提供了逼真生动的实际模型，能有效减少学生对抽象概念的认知负荷。比如：在汽车维修相关专业的教学中，汽车的成本相对较高，很多情况下都是采用多媒体教学的方式进行，学生通过图片和视频很难对汽车的部件有直观的感受，教学效果较差。而3D打印技术可以通过打印出缩小版的实体模型进行教学，同学们能够进行详细的观察并动手操作，将传统的纸上谈兵的教学模式变为实际操作，必然让教学效果得到质的飞跃[4，5]。

3.3 新环境

3D打印技术提供了高职教育所需的技术创新环境。通过打印的实际模型作为学习材料，让学生能够对新知识有更深更广的认识和理解，从而弥补了传统学习环境的不足，为高职课堂提供了一个新环境。比如：在生物等相关学科中，通过3D打印技术可将细胞结构、血管构造、骨骼等打印成实体模型，将使学生的学习过程变得轻松快乐，教师在这种新环境中的教学过程也变得相对容易。

3.4 新工具

3D打印技术的不断的发展为高职教学提供了新的工具，各种通用和专用的3D绘图软件、建模工具不断出现，比如：SketchUp、blender、Shockwave3D、3ds Max等，并在教学中得到了应用，从而有助于构建一个崭新的智能化教学环境。

3.5 新课程

除了在传统学科中引入3D打印技术，也可在高职院校开设专门的3D打印课程，可以从以下几方面内容下手：3D打印技术的发展现状及应用趋势;3D打印技术的分类、原理和关键技术;3D打印的过程及其过程控制系统存在的问题;3D打印设备厂商及其主流产品;3D打印材料的分类及发展现状;3D打印技术的优缺点及问题。

4 3D打印在高职教育应用中的思考

随着高职院校逐步把3D打印引入到教学和课程中，将对目前的教与学的现状起到积极的促进作用。

4.1 显著提高学生的参与和动手能力

3D打印的整个过程都涉及实践操作，学生在参与的过程中，操作能力、观察能力和制作能力得到了全方位的提高，这将为后续创新能力的发展打下基础。

4.2 学生的学习积极性得到显著改善

3D打印过程中有大量的DIY的机会，通过打印可将相关学科的抽象概念更加实体化，学生能够多角度地融入学习过程中，积极性和学习热情得到了有效激发。

4.3 推动学生创新能力的发展

在打印实体模型的过程中，往往需要發挥学生的想象力，将想象中的模型实体化，这是推动学生创新创造能力的重要环节，对高职教育培养创新型人才有着积极的意义[6]。

5 3D打印技术在高职教育中的局限性

目前，3D打印技术正在逐步应用到各行各业中，已经在建筑、军工、医疗、工业、农业、交通、影视、艺术等领域得到广泛应用，同时3D打印所使用的材料的品种也越来越多。但是在职业教育领域的应用才刚刚起步，还有一定的局限性[7]。

5.1 3D打印在高职教育领域的推广不够

3D打印在高职教育的领域的研究还比较欠缺，相关文献较少，或者深度不够。大部分高职院校对3D打印技术能否与传统学科相结合还存在质疑，缺乏有效的实施。

5.2 3D打印机和耗材的成本相对较高

即使是小型的桌面型3D打印机的价格也不算便宜，同时打印所需的材料种类也比较少，价格也相对较贵，并且打印的良品率不高，需要多次调整合适的参数。

5.3 3D打印速度相对较慢

由于3D打印是增材制造，目前与传统的工业流水线生产方式相比，生产速度上不具备优势。但是任何技术的发展都要经过这一过程，相信随着技术的完善和提高，最终将得到解决。

6 结束语

随着3D打印技术的发展，3D打印时代即将来临，各行各业都将面临变革，高职教育乃至整个教育界自然也不能例外。相信在不久的将来，3D打印技术将大面积走入高职教育的课堂中，并对现有的教育教学方式产生深远的影响，让我们做好准备，迎接高职教育大变革的到来。

参考文献：

[1] 王雪莹.3D打印技术与产业的发展及前景分析[J].中国高新技术企业，2012（26）：3-5.

[2] 李小丽，马剑雄，李萍，等.3D打印技术及应用趋势[J].自动化仪表，2014，35（1）：1-5.

[3] 王萍.3D打印及其教育应用初探[J].中国远程教育，2013（8）：83-87.

[4] 童宇阳.3D打印技术在中小学教学中的应用研究[J].现代教育技术，2013，23（12）：16-19.

[5] 王娟，吴永和，段晔，等.3D技术教育应用创新透视[J].现代远程教育研究，2015（1）：62-71.

[6] 兀旦晖，赵晨飞.3D打印技术在教学中的应用研究[J].课程教育研究，2013（21）：185-186.

[7] 孙智强.我国3D打印产业发展现状及前景展望[J].江苏科技信息，2014（6）：19-20.

【通联编辑：王力】