3D打印技术在工业设计专业实践教学探究

李小梅

摘 要：众所周知，3D打印技术是一种新兴的技术，并且在制造领域掀起了改革的风暴。本文首先介绍了什么是3D打印技术，并根据目前实践教学应用3D打印技术的问题与不足，探讨了具体改进的方法，并通过具体的应用，向大家展示3D打印技术在工业设计实践教学成果，希望可以起到一定的参考作用。

关键词：设计；3D打印；实践；创新

将3D打印技术合理运用到实验教学中，不仅可以培养学生的动手能力，还能够开拓学生的思维，有利于帮助学生更好地理解3D打印技术，并且与实际生产、加工和制造产生联系，全面提高学生的素质和能力，为社会输送高质量的人才。

一、3D打印技术

（一）3D打印技术概述。3D打印技术指的是一种能够通过特定的材料按照数字模型进行逐层打印，实现对三维实物的构造的技术。这种打印技术是通过数字技术完成的，主要是在工业设计、模具制造、汽车工业、建筑工程、医疗产业等相关领域中得到非常广泛的应用。如美国通过3D打印技术实现了脊髓骨架的3D制作，中国也在2020年完成了太空3D打印实验工作［1］。

（二）3D打印技术原理。普通的打印设备是通过计算机进行相关屏幕物品的设计，并利用打印机进行相应的印刷工作［2］。传统的2D打印技术使用的相关材料是墨水和纸张，而3D打印技术使用的材料是具有实际性的材料，如金属、塑料、陶瓷等相关材料。在计算机中通过相关软件设置数字三维模型，然后将计算机与3D打印机连接，最后将模型进行实体打印。这种打印技术能够将设计的内容进行一层一层地叠加，从而可以实体打印计算机中的3D图形。其可以打印多种内容，如机器人、玩具、食物等。3D打印技术的主要原理是根据普通打印机的打印原理发明而来的，能够对不同材料进行3D模型塑造，具有非常好的效果［3］。

（三）3D打印技术步骤。在使用3D打印技术时，先应该进行三维设计工作，利用计算机软件进行相应的建模工作，然后进行切片处理，最后进行逐层打印工作。在进行切片处理时，可以利用打印机读取相关模型信息，然后利用相应的材料进行横截面的打印工作，再将所有界面进行黏合，从而进行三维实体的制作。在进行三维模型的打印时，需要精确设计其厚度，一般为0.1mm，专业3D打印机还能够进行16μm的厚度设计，从而能够更好地进行相关模型的打印。这种3D打印技术持续的时间比较长，短则几个小时，长则十几个小时，而具体的打印时间需要根据模型的尺寸和工序的复杂程度共同决定。进行3D打印技术工作时，不仅要打印模型的相关材料，还需要打印一些支撑物，比如可以制作一些可溶物来支撑物体，这样更加容易进行相关实物的制作。

二、3D打印在工业设计专业教学中的应用研究

以3D打印技术为平台的实践教学作为一种新的实践教学形式正被越来越多的高校采纳，借助3D打印技术将学生与学生、学生与教师以及学生与所学专业有机结合起来，使学生从单独学习转变为合作探讨，让教师从传统的传授知识模式转变为提出问题和巧妙引导模式，充分营造出一种探究合作式的学习氛围。江西工程学院（简称本校）结合工业设计专业课程特点和实践要求，在基于将3D打印技术与专业特色相融合的实践教学方面做了一些探索和尝试，以期将3D打印这种先进制造技术与工业设计专业相结合，并以实践教学为平台，实现丰富实践教学内容、提高学生综合能力的目的。

（一）3D打印实验室。本校3D打印创新综合实验室（简称3D打印实验室）创建于2013年，根据学院《实践教学的规定》，结合学院现有3D 打印设备数量及其功能、专业指导人员以及工业设计专业特点和课程需求，制定了3D打印实训教学大纲。3D打印软硬件设施。在硬件设备方面，3D打印实验室包括熔融和光固化两种3D打印机及计算机10台。主要用于模型的打印，在软件方面，每台计算机都装有SolidWorks、UG、犀牛等通用三维建模软件供学生使用和学习，学生可先在计算机上通过三维建模软件对目标模型建模后，再通过指定STL格式传输至3D打印机进行打印。

3D打印教学实践指导人员。3D打印实验室专业指导人员由8名具有不同专业背景的教师组成，所学专业涵盖机械工程、材料科学、物理学以及数控技术等专业，既具有扎实的专业理论知识又具备丰富的实践教学经验，并且其中有多位教师能够熟练使用3D打印机和参与过3D打印技术相关项目。

三、3D打印实践教学及应用

本实验室开展的3D打印实践教学始终以遵循依托专业、服务专业为原则，以调动学生动手积极性为方法，以提高学生创新能力为目标，其实践教学内容及应用主要包括以下三个方面：

（一）3D打印與专业课程相结合。将3D打印与专业课程相结合，既能激发学生学习专业课程的积极性，又能在实践过程中牢固掌握所学知识。借助3D打印技术增添学习乐趣，让学生在玩与学中形成良性循环。

（二）3D打印为课程提供教具。教具是课堂教学中重要的组成部分，借助教具的演示教师可以将抽象的内容具体化，将平面的图形立体化，利用3D打印技术，教师和学生可以根据课程需要，自主为课堂设计制作教具，如《工程制图》中“截交线”和“相贯线”内容，学生可分组合作，在教师的指导下建立不同几何体三维模型并打印出几何体实物模型，教师与学生利用这些打印出的自制教具对课程进行讲解，学生通观察教具模型即可掌握“截交线”与“相贯线”的相关知识，最后教师再对打印出的教具进行评价和总结，并对合格模型进行展示。由学生自行创建的不同回转体截交三维模型，使学生亲身参与到教学过程中来，既锻炼了学生的动手能力，也实现了学院教具的自给自足。

（三）3D打印技术在工业设计专业教学实践。以我校工业设计专业为例，教师在展开实验教学时，推广和使用了先进的3D打印技术，在学生内部产生了强烈的反响，学生不仅了解了机械结构领域的发展情况，还加深了对制造工艺特点的认识。特别是进行课程实验的过程中，学生踊跃地参与，实验热情空前高涨，学生能够主动发现、提出和解决问题，这样极大地提高了学生自身的主体地位。在打印过程中，学生可以自主调节切片的熔融温度以及放置角度，同时能够分析和预判喷嘴的运动轨迹，这样能够提高打印结果的准确性，并且节省材料和资源。在基于3D打印技术的实验教学过程中，学生发挥创新能力，制作出了种类多样的作品，科技含量很高，并且在不断探索的过程中实现了自身的成长。近年来，一些高校大学生利用3D打印技术设计了很多设计作品，并且获得了不俗的成绩。

四、结束语

实践教学在作为理论教学的补充和延伸方面发挥着十分重要的作用，通过创建3D打印实验室、开展具有专业特色的3D打印技术实践教学，这在激发学生学习兴趣、提高学生动手和创新能力方面起到了积极的引导和推动作用。同时，教师借助3D打印技术的优势，将前沿科技与专业学科进行交叉与结合，对实践教学内容进行不断设计和改革，最终会形成良性的循环发展。

参考文献：

［1］郝磊，房武强．高校3D打印的应用实例［J］．科技经济导刊，26（30）：166—167．

［2］李青，王青．3D打印：一种新兴的学习技术［J］．远程教育杂志，2021，31（4）：29—35．

［3］谭跃刚，陈章念，张帆，等．3D打印创新教学实验室及其应用［J］．实验室研究与探索，2023，35（9）：246—249+295．