關于職業院校3D打印課程教學的研究

錢懌暉

[摘 要] 主要介紹了3D打印課程在技工院校的具體開展，從3D打印理論介紹、3D建模、打印機的安裝調試、3D打樣和參數設置和樣品的后處理五部分展開，每一項都有具體的學習內容、流程和時間占比。

[關 鍵 詞] 3D打印；3D建模；調試；參數設置；后處理

[中圖分類號] TP334.8 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）02-0178-02

3D打印技術是快速成型技術的一種，它以數字模型文件為基礎，利用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。3D打印的出現，使平面變成立體的過程一下簡單了很多，設計師的任何改動都可在幾個小時后或一夜之間打印出來，這樣可以大大縮短制作周期、降低制作成本。

學校通過3D打印課程，能更好地提升學生的三維造型能力、創新能力和動手實踐能力。我們以普通教學周18周、每周4節為例，將3D打印教學分為五大塊展開，如下圖1，圖中也包含了每塊內容的教學時間占比。

第一部分是3D打印的理論學習，這兩周主要的學習內容是3D打印的原理和分類、3D打印技術工藝設置和材料分析、3D打印制作及后置處理和常用3D打印機的介紹。這四部分都是3D打印技術理論的核心內容，也起著把學生引進這門學科的作用。在實際操作之前，學生必然要對3D打印技術的過程原理、技術優勢、材料特點等有所了解。這部分的教學可以采用傳統的多媒體教學和實訓室樣機介紹演示相結合的方式展開。

第二部分是3D建模。在3D建模中我們需要花費6周左右的時間，之所以花費較多的時間主要是3D建模是3D打印的基礎，只有熟練地掌握3D建模這項技能，才能利用3D打印打印出合格的產品。在這里我們選用了美國的SolidWorks軟件進行教學，建模的學習流程如圖2。

3D建模中的五個學習項目占比的時間都差不多，大致都為20%，如圖3。草圖的繪制是建模的基礎，有良好的草圖繪制基礎，則建模的學習就會容易得多。而基礎和復雜實體的學習內容則包含“拉伸”“旋轉”“掃描”“放樣”“抽殼”等大部分命令，耗時最多。曲面設計包含較多不規則的面，設計要求高，難度大，但是在一般的實踐教學中不作為重點完全展開。最后一項裝配包括基礎裝配和動畫拆裝模擬，簡單掌握這兩項即可。

第三部分是打印機的安裝和調試，教學周數為3周。對打印機的安裝部分一般都沒什么問題，具有一定動手能力的學生都可以根據說明書完成打印機的安裝。我們以Einstart打印機為例，安裝流程如圖4所示。

對調試階段，就相對比較困難了，而且調試比較依賴經驗的積累，所以需要比較有經驗的老師實際指導和學生自己的多次嘗試。調試主要包括打印平臺調平、切片軟件的初步設置、進退絲的處理三項，學習時間占比如圖5。

平臺調平對于打印機的打印是至關重要的一步，只有把打印平臺調平之后才能使噴頭逐步往上逐層打印，如果沒有調平平臺，則會造成打印失敗或者損壞噴頭。不管是手動調平的打印機還是帶傳感器自動調平的打印機，都需要一定的調平技術和時間進行調平，我們一般采用A4紙抽插法。而切片軟件的正確設置則能保證程序的正確編制和正常打印，切片軟件的初始化設置只需要根據打印機的說明書設置即可，根據不同的打印機可以進行略微調整。進退絲的調試則是查看噴頭進、退絲是否順暢，是否會發生卡絲、吐絲不勻等問題。

第四部分是打樣和參數設置，教學周數大致為5周。3D打樣是通過3D建模之后進行切片編輯打樣，不但三維零件圖可以直接打印，進行合理設計的裝配圖和復雜扭曲結構也可以一次性打印出來。由于打樣的時間比較久，所以在課堂上一般都是進行打樣參數的設置和打印模擬，而把實際打印放在課后進行（打印時間雖然比較久，但是卻不占用上課時間）。具體流程如圖6。

通用格式的設置關系到模型打印精度，但是設置精度太高，則會加長格式的轉換時間以及打印時間，反之則會造成模型打印達不到要求，所以必須合理地設置格式轉換參數。切片軟件中參數較多，但大多屬于經驗設置，針對不同的模型、客戶要求、大小作用設置不同的參數達到不同的效果。例如一般的模型可以設置為空心率20%～30%，而結構件則要求達到60%以上，簡單模型的層厚可以設置為0.2 mm，而復雜模型的層厚在0.05～0.1 mm左右。打樣觀察一般只需要觀察打印機剛開始工作時吐絲是否正常，首層是否著床（粘床），是否有周邊翹曲一般就可以了。

第五部分是模型的后處理，教學時間為1周左右。3D打印的零件通過逐層堆積而成，紋路肉眼可見。這在一定程度上會影響用戶的判斷，尤其外觀是一個重要因素時。所以必須進行打印后表面及模型的細節相關處理，一般的后處理主要包括移除模型、去除支撐材料和表面細節處理，具體流程如圖8。

移除模型是指在打印完成之后，利用鏟刀來回撬松模型，并取下模型的過程，這個過程一般比較容易完成。去除支撐材料是一個比較復雜的過程，特別是采用內外支撐的模型，對于去料者還是有較高的要求，特別要注意細節的地方和去料的準確性，以免造成模型損壞。去除支撐材料用到的工具也比較多，有刻刀、尖嘴鉗、清洗槍等。表面細節處理可以利用砂紙打磨模型一圈圈的紋路，根據零件的精度和耐磨性，提前計算好打磨量，切不可過度打磨。這三項的學習時間占比如圖9。

18周的系統學習能讓同學們基本了解3D打印的工作過程、打印機和軟件的參數設置以及實際操作打印流程。但是3D打印技術對學生的影響不僅僅在于能讓學生學會建模軟件和操作機器，就3D打印機和建模來說，那只是一臺機器和一個工作設計軟件，可我們通過3D打印課程能把學生培養成有想法、有創意的思考者和設計者，讓學生完成一個探索、思考和操作實現的完整過程，為學生開辟一種全新的思維通道。

參考文獻：

[1]武銳.試談職業院校教師搞好教學的“四個先做到”[J].職業，2017（31）.

[2]葉文勝.職業院校教師下企業實踐的機制研究[J].黃岡職業技術學院學報，2017（5）.