淺談3D打印技術在現代產品設計教學活動中的應用

魏國

（西華大學藝術學院 四川郫縣 611730）

淺談3D打印技術在現代產品設計教學活動中的應用

魏國

（西華大學藝術學院 四川郫縣 611730）

作為一種快速成形技術，3D打印技術于最近兩年開始流行，通過逐層打印的方式以數字模型文件為基礎來實現對物體進行構造。3D打印技術是當前數字化時代的產物，同時這也是當今社會信息及產品分享新趨勢的體現，廣泛應用于產品設計的各個領域當中。現階段有學者嘗試在教學活動中應用3D打印技術，并取得了一定成果。伴隨現代社會發展速度不斷加快，3D打印技術更好地迎合了人們的個性化消費需求，為現代產品設計教學開辟了更加廣闊的應用空間。本文論述了3D打印技術的教育創新之處，并針對現代產品設計教學中3D打印技術的應用展開了分析。

3D打印；產品設計；教育創新；教學應用

1 引言

3D打印（3D printing），也有三維打印之稱，這種快速成形技術的基礎是數字化模型，借助逐層打印方式利用塑料、粉末狀金屬等可粘合材料對物體進行構造。從制造工藝創新分析，3D打印被譽為“第三次工業革命的重要生產工具”。其實早在20世紀90年代中期，3D打印技術就已出現，然而由于技術因素和價格因素，早期并未得到推廣和普及。在數十年的發展后，3D技術越發精確和嫻熟，并在諸多學科領域得到應用。在現代產品設計教學中也不例外，3D打印技術的運用將設計方案轉換為原型并進行測試，有效提升了教學活動的直觀性與實用性。鑒于3D打印技術在教育領域的廣闊前景與創新潛力，進一步明確3D打印技術在教學活動中的角色定位很有必要。

2 3D打印技術的教育創新之處

2.1 新平臺

從科技創新、校本課程開發及人才培養角度分析，3D技術無疑為其提供了全新的平臺，對技能型人才和創新型人才的大量需求為推動應試教育改革提供契機，是當前人才培養的新活力。3D打印技術在現代產品設計教學中的應用所提供的是做中學的平臺，并且逐漸向培訓和教研領域滲透。高等教育中3D增強現實技術的廣泛運用使得智慧校園、智慧實驗室等得以構建，這對于實現科技創新至關重要。

2.2 新環境

用技術創造環境是智慧教育時代所要求的，通過虛擬圖書館、虛擬實驗室、虛擬學習平臺和各類仿真實訓系統，3D技術能夠確保學習者在虛擬環境中的情境體驗，構建新的教學環境。與此同時，3D打印技術還通過提供逼真生動的教學材料提高整個教學過程中學生的沉浸感和交互性，使得學習的深度和廣度大大拓展，既喚醒了未來課堂，也實現了對現有教學條件不足的彌補，課程學習進入到全新的環境和境界當中。可見，3D打印技術所能夠實現的不僅僅是技術支持下的創新學習，同時還有各種創新因素融合下的一種新環境。

2.3 新資源

3D打印技術為教學活動提供的是不同于以往的立體資源，這也與當前立體資源建設的趨勢相一致，通過逼真生動學習資源的提供有效減少了學生的認知負荷。此外，考慮到3D打印技術能夠輸出如3D視頻、動畫和模型這樣的具備情境渲染和模擬仿真功能的教學產品，以此形成的教學內容往往具有非線性、多樣性、開放性和交互性特征，是全球優勢三維數字化教學資源的共享與整合。

2.4 新工具

3D課程的啟動同時也帶來了巨大的市場需求，而3D打印技術的應用則為教學活動提供了更加多樣化的工具，如Quest3D、Shockwave3D、Blaxunn3D等繪圖工具，此外還有一些建模工具等，這些工具對于教學活動的開展提供了諸多便利和指導。目前又有一批新工具涌現，比如three.js在線3D模型編輯器和3D地圖等等，這些新工具在教學活動中的應用勢必有利于智能化教學環境的構建。

2.5 新范式

桌面顯示技術和桌面制造技術是3D技術發展的新驅動，因此3D打印技術的應用也為教學活動提供了理論及應用方面的新范式。通過情境化教學的開展和創造性學習的進行，3D打印技術強調課程教學在做中學，利用3D增強現實技術模型對教學內容進行展示，利用虛實結合和集成創新的方式體現教學環境的個性化與智能化，同時教學理念的變革也突出體現在課程的開發、運行及評估等方面。

3 3D打印技術在現代產品設計教學活動中的應用

3.1 Solid Learning教學模式的構建

在3D打印基礎之上提出的一種全新的教學模式被稱為Solid Learning教學模式，這一教學模式利用數字制造技術和集成快速成形技術為現代產品設計教學提供了可供下載的資源文件，而這些文件本身就可以通過3D打印系統進行物理原型的構建。同時Solid Learning教學模式中學生也可以針對所設計的產品下載和打印所需要的3D對象模型資源，一般學校級建模可以用低價3D打印機打印簡單的模型。至于一些較為復雜的模型則需要應用到更高性能的3D打印系統，以服務于更加高級的教學活動。通常教學系統的有機組成部分包括教育資源中心和3D模型資源庫，而對具體設計產品進行3D實體模型打印無疑是教學活動多層次、多角度的展現。

3.2 對教學模型制作周期及方式進行革新

現階段學校的教學設備和工具儀器通常都是由專門的制作機構提供，更新速度緩慢，而多媒體課件對教學內容的展示實際上也很難讓學生近距離觀察甚至是直接接觸教學實體對象。在現代產品設計教學活動中，3D打印技術的運用可以幫助教師對教學模型進行打印，利用有形的三維格式對教科書中的二維信息進行展示，通過個性化教學模型的設計確保與教學內容的要求相適應。此外，教學過程中一些特殊的教學模型也可以通過3D打印技術制作出來，所打造出的體積縮小的等比例模型能夠更好地輔助教學，幫助學生理解現代產品設計的原理和精髓。

3.3 促進學習者課程設計創新

通過3D打印技術對相關模型進行制作，并以此為基礎完成課程內容學習設計以及試驗設計，通過立體化的DIY方式開展教學活動，更加受到學生的歡迎。在產品設計教學中，3D打印技術能夠通過對外觀原型的直接創建以三維形式讓學生評估自我設計，同時也可以制作各種復雜的模型，在經過處理之后作為產品模型的復制品。科學、技術、工程及數學教育被稱為STEM教育，而當前知識經濟時代背景下教育教學的目標之一就是對具有STEM素質人才的培養，這對于國家人力資源競爭力的提高極為重要。由技術、科學、工程等素養組成的STEM素養著重將學生所學到的知識轉化為對世界相互聯系不同側面過程的探究，這更加重視對學生批判性思維和設計能力的培養，有助于問題的解決。現代產品設計教學活動中3D打印技術的引用是對SETM教育的有力推動，同時也是對學生數字化素養和科技素養的培育，但未來發展過程中對于3D打印技術實物模型的研究還需深入思考與探索。

3.4 突出教學活動的個性化

相較于傳統制造設備而言，3D打印技術更加注重的是設備的個性化與智能化體現，在產品設計方面3D打印技術的應用則是突破了單純常規的幾何形態，類似自然形態更具創新性的造型以獨特的方式出現在教學活動當中。不難看出，3D打印技術更加突出了產品設計的個性化元素，豐富了產品造型的發展空間，教學活動中學生的想象力和思維空間極大拓展，即便是產品外觀再復雜都可以借助3D打印技術進行制作，確保設計和作品渾然一體。伴隨現代產品設計的多元化，對產品美學屬性的關注也成為了教學活動討論的一大重點，在產品造型的藝術化表現手法中融入個性化和時尚化元素，指導消費者在產品造型審美方面的變化，這就要求教學過程更多將關注的重點置于產品功能創新以及形態創意等方面，不斷創新和超越。從整體上來看，當前產品設計領域關于3D打印技術的推廣和普及力度仍有待增強，不能得到全面應用可能與3D打印技術自身的成本、材料、性能和精度等因素有關，這就需要我們在教學過程中多多探討3D打印技術的創新應用，讓這一技術更好地服務于課堂，展現3D打印技術的魅力和優勢。

4 結束語

綜上所述，當前社會經濟高速發展背景下，人們的生活水平持續提升，從追求物質享受轉變為精神享受，這就使得現代產品設計除了重視合理性和功能性外，更加追求產品設計的個性化和情感化，對現代產品設計教學提出了更高要求。現階段世界各國關于3D打印技術的市場研發正在展開，各行各業面臨巨大變革，這同時也預示著3D打印時代已經到來，自然教育行業也不應落后。在現代產品設計教學活動當中，3D打印技術無論是應用在個人自主學習中還是班級授課制教學活動當中，都必須積極發揮技術優勢，讓抽象的事物變得具體化、形象化、可視化，將抽象經驗轉變為具體的學習經驗，促進抽象學習與具體實踐相結合。從本質上來看，作為多媒體技術的延伸，3D打印技術實質上也是虛擬現實技術的拓展和延伸，它豐富了人類的知覺和感覺，進一步拓寬人的思維能力，技術與教學的融合成為必然趨勢。

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TP334.8

A

1004-7344（2016）17-0035-02

2016-5-20

魏國（1979-），男，教師，中科院在職碩士，主要從事輕工產品設計計算機輔導設計方面及課程的教育與研究等相關工作。