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摘 要：随着3D打印技术日趋成熟，越来越受到各行各业的关注和应用，3D打印技术作为科技创新实践活动的支撑，必须将未来产品设计与3D打印技术结合起来，依靠3D打印技术将自己的创意变成真实的产品。本文介绍了一种新的教学模式，利用3D打印技术对学生创作的各种几何模型进行可视化，让同学们定制自己的产品，激发学生的创作热情，不仅可以更加深刻地掌握3D打印技术的核心，同时可以使学生获得学习的动力，明确学习方向，增强设计理念，对培养复合型应用人才具有指导作用。

关键词：3D打印技术；创新能力；个性化定制；产品设计

引言

3D打印技术作为第三次工业革命的代表性产物，距今发展已有60余年，在这60年的发展过程中，技术也越来越成熟，市场对于3D打印技术的人才需求量大幅增加。所以，目前高职院校面临的一项重要课题就是如何培养3D打印高技术人才。截至到目前我们学院开设3D打印技术课程已有十余年，但是近几年设备才慢慢跟进，作为机电类院校，目前我院3D打印设备主要集中在机械工程系的模具教研室，但是模具设计与制造专业学生相对比较少，我们必须将3D打印技术向全院推广，根据不同专业的学生制定出一项能使用3D打印设备的交叉课程，从而提高设备的使用频率，使得各个专业都会使用3D打印设备并且了解3D打印技术，所以探索一种新的教学模式迫在眉睫。

1.3D打印技术实施过程

3D打印又称增材制造、材料累加制造、自由实体制造，将材料离散之后再经过堆积成型的一种成型方法。通常我们将3D打印的过程分为如下几步：获取实体模型，实体模型的近似处理，模型成型方向的选择，切片处理，打印，后处理。

目前，3D打印技术使用的材料种类非常丰富，以塑料制品为原料可以打印出很多工艺品和生活用品，以沙子和水泥为原料可以打印出房子，以金属粉末为原料可以打印出机械零件用于各种航空航天汽车轮船等领域，以生物细胞为原料可以打印出血管心脏等；可见3D打印技术可以服务于各大行业，随着智能制造的兴起，传统的制造模式由大批量转型小型个性化发展，3D打印技术能够实现以人为本，实现产品的量身定做。

2.3D打印技术融入其他学科教学过程中存在的问题

（1）缺乏将3D打印技术融入专业知识中

比如在3D打印技术授课过程中，3D打印技术还停留在向学生介绍 3D 打印技术的原理和特点、几种主流3D打印方式的成型方法和工艺特点、3D打印机的组成和基本应用等方面，学生也只能进行打印一些简单的零件或者打印一些现成的模型，我们的目标是要学生将3D打印的理念融入专业知识，应用到模具设计领域，机械产品设计领域，医学领域，工业产品设计领域中去，提高各个学科学生的专业技能。

比如在利用三维建模软件对机构进行设计教学过程中，教师按照草图绘制，实体建模，曲线曲面建模，部件装配，工程制图等模块逐一给大家讲解，但是学生对所绘制的产品印象不深，教学设备单一，只在机房学习，无法对产品进行可视化，学生也无法达到举一反三、触类旁通的效果，随着课程的逐渐深入，渐渐失失去了建模的兴趣。

（2）缺乏利用3D打印技术进行授课的思维

比如在机械原理授课过程中，机械原理课程中的理论知识很多，原理性内容深奥而抽象，教师在课堂上还使用传统的教学模式，采用教具模型、平面挂图以及多媒体动画技术进行讲解，却没有考虑使用3D打印技术。

通过在机械原理课程中的应用3D打印技术，可以改变传统的“被动”教学模式，由“被动学习”改为“主动学习”，丰富了教学方法，增强学生对比较枯燥或者较难的知识点的理解，提高教学活动的参与度和学生的动手能力。学生们从“学”的角度出发，结合上手比较快的建模软件，让同学们去体验、自己去发现问题并解决问题。

（3）缺乏将3D打印技术与岗位需求对接

3D打印技术课程是一门实践性非常强的课程，除了学习一些理论知识，更主要的是要将学到的知识应用到岗位中去。职业教育的目标是为企业输送更多质量较高的应用型技术人才，除了做到理论和实践的结合，更应该要满足企业岗位的需求。但是目前的授课内容还是老一套，甚至可能是好几年前的流行软件，企业可能早已经不用了，教师没有对相关企业进行调研，了解岗位需求，从而导致学院培养的人才和社会脱节，无法更好的服务于社会。

3.3D打印技术在传统制造专业的教学思路研究

针对上述三个主要问题，提出在传统制造行业（如机械产品制造业，模具行业，汽车制造行业）中融入3D打印技术课程，并将课程体系进行改革，将3D打印技术有机融合不同行业的项目实践教学中。表1为3D打印技术的实践课程内容体系。

（1）三维建模课程的开设

对于一些没有单独开设三维建模课程专业的学生，在讲授3D打印技术课程的时候，增加三维建模部分的课程。比如汽车相关专业只有大一的时候开设了机械制图和AutoCAD相关课程，后续三维建模课程并没有开设，想要让汽车类的学生掌握并应用3D打印技术就需要在三维建模方面增加课时。

（2）逆向工程相关内容的开设

对于模具专业和工业产品设计方面的学生，他们对三维建模软件已经非常熟悉，普通产品的设计对他们来说并不是难事，但是为了缩短产品的设计周期，可以使用逆向工程技术，可以增加部分逆向软件的上机操作实习。

（3）3D打印机结构与组装内容的开设

对于机电设备维护专业的同学，他们的就业岗位与设备相关，3D打印设备作为先进制造设备未来就业非常可观，可以在3D打印机的原理和拆装方面增加课时。

（4）对接岗位需求应用3D打印技术

对于其他需要利用3D打印技术的行业，比如医学类、考古类、航空航天类领域也可以按照表1增加相关内容的的学习，实现跨学科领域的应用，而不再是局限于电脑上的图纸或者模型，利用3D打印技术将存在电脑里的虚拟空间变成现实。

4.以工业产品设计为例组织实训教学

实训软硬件准备：电脑，三维建模软件，切片软件，熔融沉积3D打印机。

本次实训采用的是基于正向设计理念结合3D打印技术完成产品的制作，本次实训以工业产品设计案例组织教学，让学生以手机支架为主题，通过三维设计软件UG进行建模，用极光尔沃自带的JGreat切片软件进行切片，再用极光尔沃A8S型号打印机进行打印。

传统的手机支架制作方式都是利用注塑模具进行开模，无法做到个性化定制。实训课上学生利用3D打印技术可以根据自己的喜好进行设计，不仅可以激发学生的学习兴趣，更能对多学科内容进行融合，引导学生在实训过程中探索如何应用3D打印技术去解决一些实际问题，达到学以致用。传统制造类专业的学生一般都具有数字化设计基础，正向设计得心应手，再结合3D打印技术，真正做到与职业教育相融合。

（1）完成手机支架的三维建模

学生通过对三维建模软件的应用完成心目中想要的手机支架类型，如图1所示为某一组学生完成的手机支架造型，整体结构简单，通过底部和背部掏空设计，节省3D打印过程中的打印时间和材料，手机支架背后设计一个半球形支撑，放在手机侧翻，边缘采用圆角设计防止划伤手机，完成模型的结构工艺性设计之后，导出STL格式。

（2）切片参数的设置

将生成的STL文件导入切片软件中，通过设置零件放置方向和位置，调整模型大小，选择打印材料，设置层高、壁厚、填充密度、打印速度等参数，完成切片参数的设置，如图2所示。打印参数设置好之后，以英文字符命名并保存为gcode格式。

（3）打印

将生成的gcode格式的文件拷入U盘中，插入3D打印机中，通过对打印机进行调平、预热、上料并进行喷嘴进料检测等操作后选择模型文件进行打印，如图3所示为打印好的手机支架。

5.总结

通过结合3D打印技术进行实训，由于有实物模型，可以让同学们更深入地和教师进行探讨产品结构的改进设计，教师也可以通过实物模型能方便快捷、精准地评判产品是否符合模具成型加工的工艺性、产品的实用性或者装配过程中是否干涉，从而与针对性地进行指导改进，学生也会更加积极的根据教师给的意见进行改进或者提出不同想法，大大地激发了学生对设计产品的理解。通过融入3D打印技术，在不同学科的学习过程中都可以提高学生的学习兴致，提高学生的创新实践能力和专业能力。

参考文献：

[1]杨南粤，周敏，李争名.基于3D打印技术的产品开发与模具设计实训教学[J].实验室研究与探索，2017，36（8）：243-246.

[2]张良，朱学超，刘旭.基于3D打印技术的高职院校实训课程改革研究[J].轻工科技，2020，36（1）：174-175，177.

[3]郭守超.结合3D打印CAD三维建模技术构建机械制图课程兴趣教学模式分析[J].机电教育创新，2020，12.

[4]裴雪原.3D打印技术在工业设计创新战略中的应用探索[J].内燃机与配件，2020（7）：254-255.

[5]杨南粤，周敏，李争名.基于3D打印技术的产品开发与模具设计实训教学[J].实验室研究与探索，2017，36（8）：243-246.

作者简介：胡丽华，出生年月：1989-02-10，女，汉族，籍贯：江西省新干县，所在院校：河北机电职业技术学院，职称：讲师，学历：研究生，学位：硕士，研究方向：模具设计与制造、逆向工程及3D打印技术。

课题来源：河北机电职业技术学院2022年度院级教科研规划项目人文社会科学一般项目《基于3D打印技术融合多学科理念的创新实践教学与研究》（项目编号：S22005）