3D打印技術在研發建筑裝飾專業教學教具中的應用研究

蒙少青

為了滿足教學需要，可以結合建筑裝飾設計專業相關課程的教學需求，通過教師指導、本專業學生制作的方式，來研發建筑裝飾設計專業教學教具。學生方面，這種方式可以使學生加深對本專業知識的理解，并在實踐中提升專業技能；教師使用3D打印的建筑裝飾教具可以提高教學效率，豐富教學內容；學校方面，可以節約資金、改善教學環境。

1 3D打印教具在建筑裝飾專業各類課程中的應用

對于基礎課，比如建筑裝飾制圖與識圖、CAD這兩門課程。高職學生對于圖紙上的圖缺乏空間想象力，因此需要用更加直觀的形式去理解和學習，而通過3D打印的教具結合圖紙一起展示教學的方法就更加簡便高效，可以直觀地展示空間關系等內容。

對于設計類課程，比如建筑裝飾設計。中式風格、歐式古典風格、地中海風格、美式田園風格等等，這些各種裝飾風格特點僅僅通過圖片、視頻的方式進行教學展現只能給學生帶來感性的認識，但卻很難使學生得到理性的認知。并且學校也沒有足夠的場地和資金來支撐起創建所有裝飾風格的實物展示廳。而某一種裝飾風格在不同時期的樣式變化也更加加劇了上述困難。但是，3D打印的教具就可以解決上述問題，同時通過安排學生參與3D打印教具研發的過程，也可以進一步提升學生的理性認知。

同樣在建筑裝飾設計課程中，不同室內空間的功能布局設計、軟裝飾的搭配等等，這些課程教學流程通常使用老師教授、學生繪制設計圖、老師批改設計圖的方式進行教學。整個過程一般經歷2～4個學時，教學時間過長、并且過程繁瑣、效率低。而且按照這種教學方式，學生每學期只能完整的進行2～3個方案設計任務，得到的專業訓練不多，也不可能真正的練習到所有風格和空間類型。但是使用3D打印教具進行教學就可以改變上述情況。在功能布局設計和軟裝搭配方面，學生可以親手搭建縮微模型沙盤，教師則可以針對錯誤的擺放進行直接修改，并在修改過程中講述相應的知識點，啟發學生進行思考和討論。整個過程所用時間大致在五至十分鐘之間。這與以往學生耗費2～4個學時繪制設計圖相比，用時少、效率更高，教學效果也更加直觀，可動手性和趣味性也更強。對于理論課，比如人體工程學。高職類的學生在本課程中對于數據和尺度的把握方面能力較差，容易會產生枯燥無味感，失去學習興趣。同時對于符合與不符合人體工程學的設計案例，例如家具、機器、環境等內容，學校無法大量提供實物展示。學生只能通過教材和自己繪制設計圖等方式進行學習。教學效果不好。但是使用標準比例的人偶，以及通過使用3D打印機打印出標準比例的教具，就可以更加直觀的進行演示出符合或者不符合人體工程學的情景。枯燥的課程也會生動起來。

對于涉及到實際操作的課程，比如室內環境與設備。課程中給排水管路的安裝操作現場演示環節往往會發生于二三十個學生圍住老師觀看的場景。并且受制于實訓場地的空間限制，所有人無法同時擠入某一個房間進行觀摩，例如衛生間的給排水管路的安裝。這種情況往往需要教師進行分組單一演示。演示過程中教師無法監督看護到其他等待組的學生，安全隱患很大。通過使用3D打印教具，可以做到人手一個等比例微縮場景。學生可以通過實際組裝模型完成給排水管道的前期模擬鋪設訓練，然后再進行實地真實的實訓操作，就可以提高學習效率，降低安全隱患。學校每年也可以減少相應的實訓管材消耗。

對于軟件課程，比如3ds Max、BIM、SketchUp。學生通過計算機創建的模型是虛擬的，只能用眼睛看，卻無法伸手觸摸。而通過安排學生在這些軟件課上親手創建專業課程所需的3D打印教具模型，可以加深學生對專業知識的理解，提高學習興趣。將計算機虛擬模型與3D打印實物相結合，也提升了課堂的趣味性。

2 研發建筑裝飾專業教學用的3D打印教具流程

由于涉及到專業教學，教師可以帶領學生參與其中，具體流程如下：

（1）調研。老師帶領學生與課程負責人和任課教師進行溝通，獲取某一課程中某一教學單元所需情景教學教具的使用情況。優先確定出使用次數頻繁、課程覆蓋面廣的教學教具。例如，在建筑裝飾設計、家具與陳設設計、家居軟裝設計、公共軟裝飾設計和人體工程學這些課程中，家具的教具應用廣泛，這里選定一款現代風格的木質座椅。

（2）獲得數據。進行相關教具的數據收集，匯總出縮放比例、長寬高、顏色、材質、結構組成等內容。例如，前面選定的木質座椅教具需要覆蓋多門課程，特別涉及到了家具與陳設設計課程中的組合與結構，因此特別要注意搜集座椅各個部件銜接處的結構特征。

（3）軟件建模。結合所搜集的數據，在軟件課上教師指導學生完成教具模型的創建。例如，使用3dsMax軟件，逐一等比例創建木質座椅模型的各部件。

（4）轉換成STL文件。將軟件創建的數學模型統一轉化為3D打印機支持的STL格式。例如，3dsMax可以導出這種格式的文件。

（5）切片輸出。將模型文件進行分層切片。使用Cura、RepetierHost等軟件把計算機創建完的3D模型分層切片，并設計好打印的路徑、填充密度、角度和外殼等。最后儲存成3D打印機能使用的.gcode文件格式。

（6）3D打印機準備。啟動3D打印機，通過數據線或SD卡將.gcode格式文件傳送給3D打印機，裝入打印材料，調平打印平臺，設定參數，然后打印機準備開始工作。

（7）打印。打印過程中注意保持機器平穩，保存環境清潔和溫度恒定。隨時留意材料供應是否及時。

（8）打磨。去除支撐、毛邊。3D打印好的模型會在細節上出現問題，比如支撐造成的次邊、剝離基座后產生的凸起等。這些要使用美工刀、小鉗子或鏟子等工具進行修整才能獲得滿意的造型。例如給打印好的木質座椅3D模型各部分零件逐一打磨光滑。留意結合處的鏈接部分的樣式，以免誤刪。

（9）上色。剛剛打印好的模型只能算半成品，還需要使用手涂或噴涂的方式給模型上顏色。上色要保持室內通風，帶好口罩等個人防護工具。例如給打印好的木質座椅3D模型各部分零件逐一上色。

（10）分類保存，比便應用。按照教學課程或用途進行分類，統一將3D打印教具存放在清潔安全的地方，最好配備專門的教具器材室以及專業的維護保管人員。例如給打印好的木質座椅3D模型各部分零件統一存放進收納盒中，并標記號適用的課程、預覽照片、裝配圖等信息，以便查找。

3 結語

通過3D打印制作建筑裝飾相關課程的教學教具，可以彌補教學條件的不足因素。并讓本專業的學生參與其中，可以使學生切身學習到建筑裝飾相關課程專業知識，提升學生的專業技能，也極大的豐富了課程的教學手段，提高了課堂的教學效率。

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