3D打印技術在工業設計專業教學中的應用

鄭濤

摘要：3D打印技術是一種新型的快速成型技術，能夠將物體利用逐層打印這一方式立體地展示出來，這一技術的發展也為工業設計等專業的教育工作的展開提供了新的途徑與思路，3D打印技術能夠將抽象的設計思路形象地展示出來，讓學生看到三維的實體模型，從而提高其思維能力與實踐能力。文中將對3D打印在高校教學中的應用現狀進行簡述，然后分析3D打印技術在工業設計專業教學中應用的意義與作用，最后提出推動其廣泛應用的有效途徑。

關鍵詞：3D打印技術；工業設計專業；教學應用

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）15-0225-02

3D打印技術的產生與應用有利于促進相關專業與行業的進一步發展，高等院校的工業設計專業意在培養具有高素質、高專業技能的工業設計人才，而3D打印技術在教學中的引入對人才的培養有著極大的推動作用，高校在教學中應當對該技術的應用予以重視，努力提高教學水平，使學生的能力與素質能夠得到有效的提升，為我國工業設計行業提供不竭的人才支持。

一、3D打印在高等院校教學中的應用現狀

3D打印的優勢在于快速成型以及增材制造，3D打印設備能夠以三維數據圖為依據將圖紙上的設計制作成為實物，立體地展示出來。高校是工業設計人才培養的重要場所，為了提高教學效率，使人才的能力與素質能夠滿足市場的需求，很多高校都開始引進3D打印設備，并將其應用到實際的教學活動中。

我國的3D打印技術尚處于初級階段，技術、設備的研究仍不成熟，3D打印在高校教學中的引入，一方面是為了促進教學工作的展開，另一方面也是為了加快3D打印技術的研究。華中科技大學、清華大學、北京航空航天大學等高校都有專門進行3D打印技術研究的機構，且其水平較高。很多高校還與企業合作，將自己的研發成果供與企業生產。機械制造、航空航天、產品研發等領域都可應用到該技術，因此，相關的工業設計專業應當在教學中引入3D打印設備，以開拓學生的視野，提高學生的實踐能力，增強學生就業競爭力。但是在教學應用的過程中也暴露出了一定的問題，首先，3D打印具有一定的局限性，例如其模型規模最大僅能達到1.8米，如果在課堂上需要生產設計一些大型的交通工具模型，僅憑3D打印技術是無法完成的；其次，由于我國在相關方面的研究仍然處于初級階段，因此技術成本、設備成本均相對較高，高校的經濟收入有限，這種情況使高校難以大范圍地將3D打印技術與設備投入到教學實踐中；再次，3D打印可應用的領域較多，由于不同領域的需求不同，因此3D打印設備也存在類型、型號等方面的差異，而高校一般引進的技術設備都較為單一，這種情況對教學效果有一定的影響。

二、3D打印應用于工業設計專業教學的意義

1.提高學生的基礎理論素質。工業設計專業具有較強的綜合性，其涵蓋的范圍廣，技術難度大，學科交叉明顯，而3D打印技術兼具材料科學、控制技術、機械技術、光學工程、計算機技術等內容于一體，在教學中應用這一技術能夠加深學生對專業知識的感知與了解，學習3D打印技術能夠拓展學生視野，擴充學生的知識結構，提高學生的綜合素質。社會的發展離不開人才的支持，具有實踐能力固然重要，但是學生同樣應當具備與自身能力相匹配的理論素質。學生只有同時具備軟件操作能力以及設計知識才能夠熟練地對設備進行操作，因此將3D打印技術的相關知識納入到工業設計專業的學科體系建設中是十分必要且重要的，對這一技術的學習能夠提升學生的理論素質，提高學生的綜合能力。增加學生的知識儲備是3D打印技術在教學中應用的基本出發點。

2.提高學生的實踐操作能力。在傳統的工業設計專業教學中，理論講述是重點，關于模型設計的內容大多通過單純的講解或者二維圖像展現給學生，在實踐操作課程中，教師僅能夠指導學生制作簡單的模型，而對于內部結構復雜的模型，學生僅能通過自己的想象進行理解，這種教學方法禁錮了學生的思維，不利于學生創造思維與設計能力的提升。而3D打印技術可根據圖紙以及相關數據將實物模型展示出來，保證一次成型，不會受到模型結構復雜等問題的影響。在教學過程中學生可以充分發揮想象，設計產品，并利用3D打印機將自己的想法變為現實，這種教學方式能夠拓展學生的思維，提高學生的創造力與想象力。學生在專業課程的學習中能夠親身實踐，自主設計產品方案，在利用3D打印技術進行試驗的過程中，學生能夠發現設計方案中的不足并有針對性地對方案進行改進，直到設計完全符合要求與標準，這種反復修改的過程能夠提高學生在實踐設計中的科學性與嚴謹性。

3.推動產學研模式的發展。工業設計專業的教學安排應當以當前市場的需求為依據，高校應當關注相關行業與產業的發展動向，很多高校都開始逐漸意識到校企合作的重要性，并與周圍的企業展開了密切的合作，即努力建立產學研模式，促進人才、高校、企業的全面發展。3D打印技術的應用為產學研一體化教學模式的展開提供的有利的條件，這一技術在未來工業制造發展中起著重要的引領作用，無論是企業還是高校都應當認識到這一發展趨勢，但是當前3D打印設備的成本較高，企業若想將其用于生產，資金投入將達到幾十萬，甚至是幾百萬，這對企業來說是不利的，而當前很多高校不僅有豐富的人才資源，同時還具有先進的3D打印設備，二者的結合將促進產學研模式的深入完善。學生可以利用3D打印機將自己的設計想法展示出來，企業擇取最優方案投入生產實踐。總的來說，3D打印技術在高校的應用能夠促進高校、人才與企業的共同發展，提高產學研的水平。

三、推動3D打印廣泛用于工業設計專業教學的途徑

1.將手工制作與3D打印結合起來。3D打印雖然具有成型迅速等優勢，但是在實際的教學過程中，課堂所需的實物模型有大有小，而學校引進的打印設備較為單一，僅能滿足對某一個尺寸或某幾個尺寸的需求，過大的模型是無法通過3D打印展示出來的，因此在課堂教學中還應當對手工制作模型予以足夠的重視，在手工制作中，學生能夠切實體會模型制作的問題與不足，而3D模型則能夠對復雜結構予以展示，兩種模型制作方法的綜合運用能夠使學生的動手能力與思維能力得到全面的提升。

2.應用于教具開發。3D打印技術十分適合應用在自主研發和小規模生產環節。在高職院校工業設計教學中，很多課程在授課過程中都需要使用實物教具，以加深學生對知識的理解。但是，大多數教具都需要根據教學內容加以定制，很難在市場中采購到。例如，《設計概論》課程中需要設計史上著名的設計作品的實物教具；《機械制圖》課程中需要通過實物模型向學生講解形體的三視圖；《產品設計》課程中需要把學生設計作品轉化成實體模型；《計算機輔助設計》課程中需要通過教具模型讓學生理解三維建模軟件的形面構建。這些教具都可以通過3D打印技術實現自主設計和小規模生產，這樣教具與學生所學知識就可以實現無縫對接。同時，教具還可以根據授課內容的更新，實現自主設計和更新。通過3D打印技術將書上或紙上的知識或圖片立體地展示給學生，學生對知識點的理解會更加直觀，教學效果也會得到極大提升。

3.加深校企合作的深度與廣度。3D打印設備成本與打印材料的成本均較高，因此即使學校購買了相關設備，受到打印材料的限制，也無法將其廣泛投入到教學實踐中。而在企業的生產實踐中如果在設備引進中投入大量資金，將造成自身競爭優勢的損失，因此高校與企業應當加大合作的深度與廣度，實現優勢互補，高校為企業提供人才與設備支持，企業則為高校提供資金補助，并為學生的實踐提供空間與平臺，企業與高校共同開發相關項目，提高3D打印技術研發的效率。

4.建設區域性的3D打印服務平臺。為使企業與高校都能夠加深對3D打印技術的理解，促進產學研模式的深入應用，政府應當參與到區域性的3D打印服務平臺的建設中，積極引導高校與企業參與到相關研究中，政府應當對高校予以適當的補貼，鼓勵高校引進不同類型的設備，建設區域化的服務體系，對3D打印研發進行專業化的運營，實現區域資源的共享，讓更多的高校與企業有機會接觸到3D打印技術。

四、結語

3D打印技術對未來機械制造業的發展有著重要的意義，高校在教育改革與建設中應當認識到這一發展趨勢，在安排工業設計專業的課程時應當將3D打印相關的內容納入其中，從而提高學生的理論素質與實踐能力，促進產學研模式的進一步發展，高校應當與企業展開深入合作，促進工業制造業、高校與人才的共同發展。

參考文獻：

[1]畢延剛.3D打印對高等院校工業設計專業教學的影響[A].中國機械工程學會工業設計分會、遼寧省機械工程學會.2013國際工業設計研討會暨第十八屆全國工業設計學術年會.論文集[C].中國機械工程學會工業設計分會、遼寧省機械工程學會：2013：4.

[2]田煒，宋祥波.3D打印對工業設計思維的影響[J].藝術品鑒，2015，（05）.

[3]孫娜，欒瑞雪.3D打印對工業設計發展的影響[J].品牌（下半月），2015，（08）.

[4]周磊晶，李玉.3D打印對工業設計發展的影響[J].科技展望，2015，（15）.