淺談基于3D打印技術的機械制圖教學新嘗試

吳玉文

摘 要：隨著科學技術的不斷進步，機械制圖課程的教學內容、方式和手段也不斷地隨之變革，3D打印技術帶給機械制圖教學的改變也勢不可擋。作為人力資源供給的教育系統，不斷進步是教育教學的本質，將三維建模納入制圖教學工作中，是教師對變化進行的積極響應，是正常的也是必須的。本文從職業學院教師的角度，談談3D打印技術對機械制圖的教學工作的影響，探討教學應努力的方向。

關鍵詞：3D打印；機械制圖；教學

1 傳統機械制圖課程教學框架

1.1 傳統教學中機械制圖框架

在傳統的機械制圖課程中，粗略地說可以分為以下幾個部分：制圖基礎知識、三視圖基礎、機件的表達方式、零件圖和裝配圖。學習的主要目標是學生在領悟機械制圖國家標準的同時，學會識圖和繪圖。教學過程是將制圖標準等理論學習與計算機輔助制圖的操作訓練結合起來，而計算機輔助制圖通常廣泛采用的AutoCAD的二維制圖手段。

1.2 機械制圖國家標準的學習依然重要

雖然技術在不斷進步，但機械制圖國家標準對機械制造行業仍然是極其重要的，在科技不斷發展的過程中，國家標準也不斷地補充與更新，國標的制圖理論是簡潔與適用的，對行業的指導作用是強大的。

比如對各種線型的規定，讓圖形變得簡潔流暢易于識別；對視圖的表達方式的規定，在符合視圖規律的前提下簡單明了地表述了豐富的信息等，并賦予枯燥的圖形以美感。

機械制圖國家標準的學習是重要的理論基礎，繪圖手段的更新是找到了更多的表達圖形的方式，更加利于現代制造業。

2 3D打印技術發展對機械制圖教學的影響是從平面制圖轉向三維建模

2.1 3D打印技術與三維圖形

3D打印技術是一種立體平面印刷術，始于二十世紀八十年代的美國，它先從計算機圖像制作實體對象，然后再進行三維打印，輸入為三維電子數據，在STL文件中使用面片網格展現生成零件，此過程也稱為快速成型。經過多年的發展，現在已經得到長足發展，可以利用快速成型機直接生產塑料或金屬零部件，廣泛用于航空航天工業、汽車工業、建筑、電子、珠寶、醫學等行業，并且和其他技術相結合形成具有廣闊發展前景的新的產業。

Solid Works是基于Windows的一款三維圖形軟件，由美國Solid Works公司推出，自1995年問世以來，以其優異的性能、易用性和創新性，極大地提高了機械工程師的設計效率，在與同類軟件的激烈競爭中已經確立了其市場地位，稱為三維機械設計軟件的標準。當輸出Solid Works零件或裝配體文檔為STL 文件時，可設定輸出選項，在3D打印機上打印出來所需要的零部件。STL文件格式是由3D SYSTEM 公司于1988年制定的一個接口協議，是一種為快速原型制造技術服務的三維圖形文件格式，用這種格式輸入3D打印機直接快速成型實體模型，工業設計比較常用。

2.2 三維建模與計算機輔助二維制圖之區別

基于計算機技術的發展，以AutoCAD為代表的軟件為制圖工作帶來了便利，機械制圖從手工繪圖邁向了計算機輔助制圖，但這樣的制圖思路仍然局限在以平面投影圖形代替立體影像，視圖直接的相關關系靠外部控制，不能自適應，對零件圖裝配圖中局部的更改，視圖之間不能自動變更。例如平面圖形中的圓是通過多邊形逼近而得到的，但三維建模軟件是建立幾何模型得到的。

三維建模軟件可以表達物體表面的輪廓形狀幾何位置信息，表達幾何體之間關系的拓撲信息，因此可以通過STL文件驅動3D打印機完成零部件的制作。

3 基于3D打印技術的機械制圖課程的教學構想

3.1 在傳統的教學框架內，增加三維建模學習

我們是一所高等職業技術學院，機械制圖教學是一門重要的技術基礎課程，對學生的機械素質和專業素質的培養很重要，機械制圖教學通常開設二個學期，第一學期為制圖基礎的教學，第二學期為計算機制圖教學，主要是學習AutoCAD制圖軟件。從2014級開始，我們嘗試將Solid Works納入學習范圍，從2015級開始，增加學習課時，從二個學期延伸到第三個學期。通過三維建模軟件的學習，增強學生學習機械的興趣。

3.2 組織學習小組，開發多樣的教學形式

將網絡與實時教學有機地組合起來，充分利用互聯網資源，以學生為中心組織教學，我們在課堂教學以外，發揮多種教學手段激勵學生自主學習，舉辦學習小組學習Solid Works，讓先行的學生幫助其他的學生裝機，通過建立Solid Works學習群的形式，形成學習氛圍，在2014級的學生中對有興趣的學生進行教學，取得了很不錯的效果。

3.3 尋找實戰機會，激發學習興趣

我們積極創造機會，讓部分學生參加了省級相關比賽，利用Solid Works軟件出設計圖，取得了好成績，極大地激發了學生的學習興趣。

參考文獻：

[1]Autodesk公司.Solid Works 2013幫助文件.

[2]北京兆迪科技有限公司.手把手教你學Solid Works基礎指南[M].北京：電子工業出版社，2012年3月.