淺談3D打印技術在機械專業課教學中的新嘗試

黃龔　陳曦

摘 要 隨著我國政府對制造行業各項發展要求的提出，職業院校機械專業的教學工作也應該作出調整和改革。3D打印技術是制造領域的新技術，對于制造領域或其他相關領域的發展起到了推動作用。通過該技術進行產品生產和制造，大大提高了生產效率和質量，并且顯著縮短生產周期。因此，將3D打印技術應用到機械教學工作中有十分重要的意義。

關鍵詞 3D打印技術 機械專業教學 應用 嘗試

0引言

傳統的三維模型教學制造周期長，且制造精度和質量不高，因此得不到廣泛的應用。而通過利用3D打印技術可以在短時間內制造大量的三維模型教具，同時教具的質量和真實性也大大提高。此外，對學生傳授3D打印機的操作技術和相關技能，也能幫助學生了解并掌握新型制造技術，有利于拓寬其將來的就業道路，提高其崗位競爭力。

1 3D打印技術概述

3D打印技術是快速成形技術的一種。它主要是運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過多層打印的方式來構造零件。模具制造、工業設計常將此技術用于建造模型，現在正向產品制造的方向發展，形成“直接數字化制造”。從維度角度看，3D打印技術就是在普通的二維打印的基礎上再加一維。像普通打印一樣在一個平面上將塑料、金屬等粉末狀材料打印出一層，然后在將這些可黏合的打印層一層一層的粘起來。通過每一層不同“圖形”的累積，最后就形成了一個三維物體。就像蓋房子一樣，磚塊是一層一層的，但累積起來后就成為一個立體的房子。

2 3D打印技術發展對機械制圖的影響

2.1 3D打印技術與三維圖形

3D打印技術是一種基于計算機制圖功能的立體平面印刷技術，通過計算機軟件設計的圖像作為打印對象，之后再通過輸入三維電子數據，對計算機圖像進行三維打印，最終得到立體產品，該過程也被稱為快速成型過程。3D打印技術主要是利用Auto-desk Inventor軟件制作三維模型，之后通過計算機控制，實現立體打印，這種軟件大大提高了機械工程師的設計準確性和效率。當輸出Inventor零件或裝配體文檔為STL文件時，可設定輸出選項，在3D打印機上打印出來所需要的零部件。

2.2三維建模與計算機輔助二維制圖之區別

隨著計算機技術的迅速發展，以美國Auto-desk公司研發的Auto-CAD為代表的二維繪圖軟件為機械制圖的學習和工作帶來了很大的方便，傳統的機械制圖從手工繪圖邁向了計算機輔助制圖的時代。但這種制圖方式的主要思路還是以平面圖形想像空間立體結構為基礎，視圖與視圖之間的關系不能自由控制，如對零件圖或裝配圖中的局部結構改變時，則視圖之間不能自動更新。例如平面圖形中的圓是通過多邊形逼近而得到的，而；立體幾何模型則是通過三維建模軟件得到的。三維建模軟件可以表達物體表面的輪廓形狀幾何位置信息，表達幾何體之間關系的拓撲信息，因此可以通過STL文件驅動3D打印機完成零部件的制作。

3 3D打印技術在機械專業教學中的應用

3.1利用3D打印技術制作課堂教具

在傳統的機械專業教學過程中，教師往往會使用各種教具輔助教學，例如，機械制圖課中，教師會使用各種形狀的模型來給學生講解各種圖形的繪制原理；在機械設計課程中，教師會使用各種刀具模型；在液壓傳動課程中，教師也會用各種閥類零件的模型進行實際講解。而隨著機械產品的更新換代，傳統的教具可能已經變得非常落后，繼續使用可能就會影響教學質量。通過將3D打印技術應用到機械專業教具制作工作中，教師可根據教材內容制作各種新型的產品、零件的模型，之后再展示給學生，進而實現教學工作的與時俱進。

3.2利用3D打印技術將機械設計變得可視化

作為一名機械專業的學生，對機械設計基礎這門課程肯定不陌生。在學習這門課程的過程中，每個學生都需要完成一定量的課程設計或者是夾具設計。學生在完成任務的過程中需要使用二維設計軟件如Auto-CAD、CAXA等以及三維建模軟件（Pro/E、UG、Solid-works等）進行作品形狀設計。但是以上存在一個問題，就是作品的參數模型直觀性不強，易忽視細節。除此之外，通過該種傳統方法制作作品，其制作周期長且所需機床設備、材料消耗都很大。如果利用3D打印技術，學生只需很短時間，就可通過電腦直接將作品文件打印成實物模型。

3.3提高學生的動手能力和創新能力

在機械產品的設計階段，3D打印技術能夠幫助學生驗證自己設計產品中的缺陷與不足。通過在機械專業教學工作中應用3D打印技術，學生可以自主完成產品設計、制圖、制造等環節，就連最終的零件裝配工作也可以由學生自主完成。學生在練習使用3D打印機的時候，不僅鍛煉了自身的動手能力，也使自身的設計和創新能力得到了鍛煉。學生在練習使用3D打印機的過程，恰恰是對自身實際動手能力的檢驗，只有提高自身的實際動手能力，才能進一步提高機械專業學生的學習效果。圖1為學生設計并打印的3D模型。

4結語

對于現階段的機械專業教學來說，低成本、立體化教學能大大提高學生的學習興趣和學習效率，進而提高相關學校的教學質量。3D打印技術在機械教學工作中的應用能夠幫助學生充分了解各種機械零件的造型和結構特點，進而加深其對相關產品的認識程度。隨著3D打印技術的發展，3D打印的材料成本也不斷降低，進而為教學工作提供了便利，推動了教育行業的進步。

參考文獻

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