基于3D打印的實(shí)訓(xùn)研究

蘇虹 張國(guó)福 孟令威 歐陽(yáng)博

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摘要：工程實(shí)訓(xùn)是高校培養(yǎng)應(yīng)用型人才的重要環(huán)節(jié)，針對(duì)目前實(shí)訓(xùn)課程形式單一，缺乏創(chuàng)新性等問(wèn)題，結(jié)合3D打印技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，提出將3D打印技術(shù)融入工程實(shí)訓(xùn)，建立基于3D打印的實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系，進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：3D打印;快速成型;工程實(shí)訓(xùn)

中圖分類(lèi)號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）11-0226-01

0 引言

近年來(lái)，3D打印因其與傳統(tǒng)的去除材料制造技術(shù)（車(chē)、鉗、銑、刨、磨）相比具有節(jié)省材料，容易加工復(fù)雜零件等特點(diǎn)，在航空、工業(yè)、藝術(shù)、服裝、醫(yī)療等領(lǐng)域得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。在航空方面，航空巨頭波音公司利用3D打印技術(shù)制造上百種飛機(jī)零部件;在醫(yī)療領(lǐng)域，科研人員先后應(yīng)用3D打印技術(shù)制造出顱骨、牙齒、骨骼等結(jié)構(gòu);在服裝領(lǐng)域，2013年巴黎時(shí)裝周，3D打印的服裝首次亮相，實(shí)現(xiàn)科技與設(shè)計(jì)的完美結(jié)合;在建筑方面，2014年荷蘭建筑事務(wù)所以莫比烏斯環(huán)為原型，利用3D打印技術(shù)建造了第一個(gè)3D打印建筑Landscape House。開(kāi)展基于3D打印的實(shí)訓(xùn)研究，對(duì)開(kāi)闊學(xué)生視野，提高創(chuàng)新能力具有重要的意義。

1 3D打印原理

3D打印技術(shù)是一種累積制造技術(shù)，能夠打印陶瓷、塑料、金屬等多種材料，按其工作原理不同可分為光固化立體成形技術(shù)（SLA）、熔融沉積成型技術(shù)（FDM）、選擇性激光燒結(jié)技術(shù)（SLS）、激光選區(qū)融化成型技術(shù)（SLM）、電子束選區(qū)融化成型技術(shù)（SEBM）[1]。其中基于FDM打印原理的3D打印機(jī)是將熔化后的材料從打印頭中呈絲狀噴出，通過(guò)逐層打印構(gòu)造實(shí)體，打印材料通常為ABS和PLA。因其原理簡(jiǎn)單，打印模型方便快捷被廣泛應(yīng)用[2]。

2 傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)存在的問(wèn)題

高校為培養(yǎng)應(yīng)用型人才，提高學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力，通常以工程訓(xùn)練中心為平臺(tái)，開(kāi)展實(shí)訓(xùn)教學(xué)工作[3]。目前工程訓(xùn)練中心多以車(chē)工、鉗工、銑工、磨工、焊接、數(shù)控車(chē)、數(shù)控銑為主要實(shí)訓(xùn)課程，因其受專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，教學(xué)時(shí)長(zhǎng)等因素影響，在教學(xué)過(guò)程中有時(shí)以演示為主，學(xué)生實(shí)踐機(jī)會(huì)少，教學(xué)效果具有局限性。針對(duì)目前傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)存在的問(wèn)題，將3D打印融入實(shí)訓(xùn)教學(xué)，對(duì)豐富實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容，促進(jìn)學(xué)生了解和學(xué)習(xí)前沿制造技術(shù)具有重要意義。

3 基于3D打印實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系

3.1 教學(xué)目標(biāo)

基于傳統(tǒng)教學(xué)基礎(chǔ)開(kāi)展基于3D打印的實(shí)訓(xùn)教學(xué)，讓學(xué)生接觸前沿新型加工技術(shù)，旨在開(kāi)闊學(xué)生視野，拓展學(xué)生的工程技術(shù)知識(shí)領(lǐng)域，提高學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力，為“中國(guó)制造2025”培養(yǎng)綜合能力強(qiáng)的應(yīng)用型人才。

3.2 教學(xué)方案

針對(duì)高校各專(zhuān)業(yè)性質(zhì)不同，制定不同的教學(xué)方案。機(jī)械專(zhuān)業(yè)、藝術(shù)專(zhuān)業(yè)、工程管理專(zhuān)業(yè)因其學(xué)生有三維建模基礎(chǔ)，著重講解建模過(guò)程應(yīng)該注意的事項(xiàng)，3D打印機(jī)的參數(shù)設(shè)置及使用方法，了解新型加工技術(shù)工藝過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)能力，如圖1所示。

對(duì)制藥工程等沒(méi)有三維建模基礎(chǔ)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，著重了解3D打印的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀、3D打印的原理、3D打印應(yīng)用范圍。指導(dǎo)學(xué)生使用3D打印機(jī)打印模型。培養(yǎng)學(xué)生對(duì)加工制造的學(xué)習(xí)興趣，提高工程意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)，如圖2所示。

3.3 考核方法

考核內(nèi)容包括理論考核、實(shí)操考核和創(chuàng)新能力考核，主要考核學(xué)生對(duì)3D打印基礎(chǔ)知識(shí)的掌握、3D打印機(jī)校準(zhǔn)、打印模型參數(shù)設(shè)置、3D打印機(jī)故障處理等，著重考核學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題的能力以及作品具有哪些創(chuàng)新點(diǎn)，以此開(kāi)拓學(xué)生思維，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)。

4 3D打印實(shí)訓(xùn)教學(xué)實(shí)例分析

如上述介紹，對(duì)于不同專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，安排不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容。如利用“胡巴”的STL文件和千斤頂U(kuò)G三維模型文件為案例進(jìn)行教學(xué)。突出重點(diǎn)和關(guān)鍵，培育團(tuán)隊(duì)意識(shí)。如利用單一色彩的3D打印機(jī)打印出“胡巴”的綠色頭頂是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

5 結(jié)語(yǔ)

工程實(shí)訓(xùn)教學(xué)是高校培養(yǎng)應(yīng)用型人才的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本文針對(duì)目前工程實(shí)訓(xùn)課程存在的不足和加工制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，提出將3D打印技術(shù)融入工程實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，建立基于3D打印的實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系，充分發(fā)揮工程實(shí)訓(xùn)的關(guān)鍵作用，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，為培養(yǎng)新型的應(yīng)用型人才發(fā)揮積極作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 張學(xué)軍，唐思熠，肇恒躍，郭紹慶，李能，孫兵兵，陳冰清，等.3D打印技術(shù)研究現(xiàn)狀和關(guān)鍵技術(shù)[J].材料工程，2016，4402：122-128.

[2] 趙慶，秦俊男.3D打印技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用探討[J].塑料工業(yè)，2018，4606：124-128.

[3] 李曉春，曲曉海，楊洋，周亮，等.工程訓(xùn)練教學(xué)改革探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2014，3301：229-232.