鑄造實習課堂教學改革

施允洋　劉方方　房開拓　王曉華

【摘 要】針對現有鑄造實習課堂學生興趣點低、模樣和芯盒陳舊且無創新，本文提出一種基于3D打印技術打印模樣與芯盒的鑄造實習改革，力求學生在動手、獨立自主及學習能力上更上一層樓，同時開辟一種新課堂模式，為鑄造實習教學改革提供了新的方案。

【關鍵詞】鑄造實習；3D打印；教學改革

0 引言

高校金工實習是機械及近機械類專業不可或缺的實習環節，學生在該實習期間可以學到機械基礎、工藝等相關知識，提高個人動手實踐能力[1]。在各類機械產品中，如內燃機、機床等，整機質量的70%到90%為鑄件，同時我國以1700萬噸左右的鑄件年產量位居全球首位[2]。可見，鑄造的應用范圍及其廣泛，鑄造作為熱加工工藝代表，其發展變得尤為重要。對于高校鑄造實習課堂，如何在有限的實習期間提高學生學習興趣和工程素養，成為鑄造實習的重要發展趨勢之一[3]。

1 鑄造實習現狀

我院的鑄造實習，實習流程如下：

學生安全教育→鑄造理論知識講解→整模、分模、挖砂三種造型造型示范、練習、澆注→落砂及鑄件清理→撰寫實習報告在教學過程中，學生在理論知識講解過程中出現注意力不集中，聽一會就失去興趣。在動手操作環節，整模及分模兩種造型，學生依舊興趣點低，但是在挖砂造型環節，學生表現出濃厚的興趣，造型相比前兩個也更加認真，總結原因是前兩個模型太過單一、沒有創新，而挖砂造型的模樣為一架小飛機，且澆注的鑄件學生可以購買，種種原因激發了學生興趣。

目前實習教學過程中，教師起主要角色，學生根據示范進行模仿、熟悉造型流程。學生缺少獨立思考和創新的環節，而在實習過程中我們應該更重視學生的主動學習能力，培養他們團隊合作及動手實踐能力。

2 3D打印與鑄造實習相結合

為提高我院鑄造實習課堂的趣味性、提高學生上課的積極性、培養學生動手能力及團隊合作能力，本文提出了一種3D打印技術與鑄造相結合的學習模式，對鑄造課堂進行改革。在方案實施過程中，以學生為主體，讓不同層次學生在實習過程中均有所獲，培養學生自主學習能力，引導學生勤于探究，發展學生的創新實踐能力，同時也為他們發展打下良好基礎。

2.1 3D打印技術的簡介

3D打印技術（3Dimensional Printing）又稱增材制造技術，屬于快速成型技術之一，是一種基于離散—堆積原理，由零件三維數據驅動直接制造零件的增材制造法，該技術通過計算機建模然后對塑料、金屬粉末等可粘合材料進行逐層打印而成，常見流程如圖1所示，該技術近年來發展迅速，被稱為第三次工業革命標志性技術之一[4-5]

2.2 3D打印如何與鑄造相結合

在鑄造實習課堂，模具尤其是木模經過數年使用后往往變得“千瘡百孔”，難以再次使用，且對于學生來說，早期的模型太過陳舊、毫無創意，更談不上濃厚興趣。3D打印技術與鑄造相結合可以打破局面，傳統砂型鑄造工藝流程是先根據鑄件設計圖紙，做出模樣與芯盒，再進行造型最后澆注、整理鑄件，該流程需要多道工序才能完成鑄件生產制作。3D打印則直接打印設計的模型，然后進行造型及澆注，學生在整個流程中起到主導地位，且3D打印的模型更加個性化，提高鑄造實習的新穎性和靈活性，同時也將提高學生的興趣，鼓勵學生自主創新，從而提高他們創新能力和工程綜合素養。

3 實施方案

實習過程流程如下：

安全教育，鑄造概論講解、簡單的整模造型示范，讓學生熟悉造型流程→學生分組，用3D軟件繪制3D模型并在下課前開機打印→根據打印模型造型、澆注→每組設計一個具有特色模型并打印→再次造型、澆注→鑄件清理→總結為使方案實施順利，教師、學生、校方應做到以下幾個方面：

a為使實習過程流暢，首先校方應對實訓室進行升級，根據每次上課人數增加若干計算機和桌面級3D打印機供教學使用。

b在教學過程中，每個班級學生需要分組，為了均衡每組綜合實力，分組時應避免學生自由組合，需按照學生上一學年綜合排名順序依次分成若干組（如分成五組，則綜合排名1、6、11、16等為第一組，2、7、12、17等為第二組，以此類推）。

c對學生要求：在實習前應對3D建模軟件有一點了解，如實習時間較早，尚未接觸3D建模軟件，在實習過程中，可以使用3D Builder等傻瓜式建模軟件設計。

d對教師要求：在學生自主設計過程中，教師要控制3D模型的尺寸，合理利用課后時間打印模型，避免3D打印時間太久，影響實習流程。合理的方案是每次下課前讓學生設計的3D模型開機打印，打印至少10分鐘且沒有問題后再下課，這樣可以避免設計缺陷或者打印機設置有誤的情況。其次教師應該自己熟悉并掌握3D打印相關知識，在學生建模過程中給予指導和建議，避免設計的模型造型太過復雜，失去實習本身意義。

4 結語

3D打印增材技術的出現，給鑄造實習課堂帶來新的生機。我們應該合理利用該技術并運用在鑄造實習中，為課堂增加更多的趣味，提高學生對鑄造的興趣及工程素養，也使得鑄造課堂不再是簡單的“玩砂子”，同時，新方案以學生為主體，更大程度地鍛煉學生工程實踐能力和團隊合作能力，營造一個良好的教學環境。

【參考文獻】

[1]朱從容.金工實習課程教學改革的思考[J].實驗室研究與探索，2005，03：77-78+92.

[2]蔣校輝，劉偉成.工程訓練鑄造實習改革初探[J].科教文匯（下旬刊），2009，03：47.

[3]朱玉英，殷艷樹.現代工程教育下的金工實習改革[J].教學研究，2009，32（02）：73-76.

[4]趙婧.3D打印技術在汽車設計中的應用研究與前景展望[D].太原理工大學，2014.

[5]Hod Lipson， Melba Kurman .Fabricated： The New World of 3D Printing [M].USA：John Wiley&Sons Inc，2013：52-54.endprint