3D打印技術在CDIO工程教育模式下古建筑木作課程中的應用

劉萬昱

（黑龍江建筑職業技術學院，哈爾濱 150025）

1 CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式主要是培養學生在現代工程環境下具備的工程技術知識，學生個人綜合能力以及工程系統能力，C代表構思，D代表設計，I代表實施，O代表運行，這四方面決定了CDIO工程教育模式的基礎原則。CDIO是目前國際工程教育與人才培養的一種創新的模式，同時也是工程文化教育的先進教育思想之一，其改革的方向比較全面，涉及培養目標、實踐場所、學生能力評估等多個方面，以構思、設計、實現、運作為工程教育理念，CDIO提出的一個愿景，一個大綱和十二條標準是為了讓學生更好地以主動、實踐課程有機聯系的方式去學習。

CDIO大綱。CDIO大綱是根據CDIO教學而制訂的綱要，綱要集中總結了目前工程學所涉及的知識以及發展前景等，并且制定了相應的工程教育目標，CDIO大綱將學生的能力分為技術知識推理能力、人際交往能力、個人職業能力、企業和社會環境下的CDIO等四個層面。

CDIO標準的內容。CDIO工程教育的十二條標準：背景環境、學習效果、一體化課程計劃、工程導論、設計到實現的經驗、工程實踐場所、一體化學習經驗、主動學習、提高教師的工程實踐能力、提高教師的教學能力、學習考核、專業評估。

2 3D打印技術

3D打印技術作為一種新型技術正在迅猛發展中，其原理是通過連續的物理層疊加，經過逐層材料增加而形成的三維實體技術，因與傳統的材料加工不同，所以又被稱為添加制造。3D打印技術綜合了數字建模技術、信息技術、材料科學等多方面的技術知識，具有相當高的科技含量，其中3D打印機是3D打印的主要裝備，目前，3D打印技術已經運用到各大領域之中，在這些領域當中3D技術可以在一定程度上提高制作的效率以及精密程度。

我國3D打印技術的情況。我國對于3D打印技術，早在20世紀90年代各高校就已經相繼開展了3D打印技術的自主研發項目，其中清華大學在現代成型學理論、分層實體制造等方面都有了科研成果；華中科技大學也在分層實體制造方面有了較大的優勢，并且在此基礎上推出了HRP成型材料。西安交大自主研發的三維打印機噴頭，其成型精度達到了0.2mm，目前我國的大部分地區已經將3D打印技術運用到商業當中，其服務范圍主要包括模具的制作，對樣品的輔助設計，物件復原，等等。

3 3D技術在古建筑木作課程中的應用

在木構模型的制作過程中，3D技術所起的作用非常大，主要體現在模型制作和實際操作兩方面。模型制作以四角攢尖建筑梁架結構模型為例，開展模型制作主要是為了將枯燥乏味的理論知識轉化為實際模型制作，制作過程中將理論知識和感性認識相結合，不僅可以培養學生的動手能力還會增強學習效果。3D打印技術可以非常明顯地提高學生認知模型的能力，因為3D打印技術打印出來的模型立體感非常好，而且打印所依據的數據還可以存儲到計算機內供以后使用，3D打印技術所制作出的模型具有相當高的精度比例，可以作為模型標準供學生以后運用。CDIO工程教育模式所培養出的學生具有很高的實踐能力，同時又具備了在當今社會環境下需要創新思想、知識過硬的新一代人才的要求，因此在CDIO工程教育模式下學生所學的知識范圍、認知方法以及人際關系能力方面都有很大的提高。3D技術是我國乃至世界新出現的一種快速成型的新興技術，它所需要的操作人員必須要有極強的創新思維，縝密的邏輯，過硬的專業知識等多方面專業基礎，CDIO工程教育模式所培養的學生正好具備以上特征，這些學生可以很快地了解3D技術的原理及其運用。3D技術在古建筑木作課程中主要應用在以下幾個方面：

其一，建筑模型制作。古建筑木作課程在教授過程中大多數情況是根據建筑模型來進行講解，但是許多學生所做的古建筑模型達不到需要的標準，使得教師在講解中說到的知識點，學生根本不了解，有很多學生做的模型都不標準，從而影響學生學習知識。在使用3D技術對古建筑模型進行制作后，極大地提高了學生制作模型的標準，3D技術在原有古建筑模型的基礎上，根據建筑的比例數據，經過計算機進行處理從而制作出標準比例的古建筑模型。

其二，斗拱修繕與更換。在古建筑木作課程的斗拱修繕中，3D技術也占有相當重要的位置，因為斗拱有很多的小巧構件，這些構件的結構非常復雜，而且容易變形，結合點與其他結合點會出現相互接觸的情況，斗拱就會出現變形、扭曲、斗耳脫落等現象，因為斗拱是由多種零構件構成的，所以對它的修繕工作也要實行分別處理。這時就可以運用3D技術，把每一個零構件的數據輸入計算機，通過軟件對其進行分析處理，根據不同數據疊加在電腦中形成虛擬體，根據虛擬體提供的立體位置，可以很容易地找出零構件的問題，并根據問題運用相應的方法進行修繕。

4 結語

CDIO工程教育模式是全方位提高學生能力的新型教育模式，它的出現使我國逐漸出現大量的適應社會發展的高素質人才，而3D打印技術又是一種新興技術，非常適合高素質人才運用，3D打印技術在古建筑木作課程中的運用會隨著科學技術的方法更加深入，不斷提高學生的實踐水平，開拓學生視野，使學生能夠更好地學習古建筑專業知識。

［1］劉厚才，莫健華，劉海濤.三維打印快速成形技術及其應用［J］.機械科學與技術，2008，（9）：46-47.