3D打印技術在高校教育中的應用研究與前景展望

肖楠 馮寶輝

隨著工業水平的飛速發展，被譽為“第三次工業革命”核心的3D打印技術得以普及且備受關注。從普通的工藝品打印到高精度工業零件打印，這無疑對普通制造業產生了巨大的沖擊。而對于高校教育來講，3D打印技術在其中的應用實現，不僅對傳統教育模式與教學內容有了更進一步的創新與發展，而且對于提高大學生創新創業意識和增強創業的可行性便有了物質性的保證。

1 3D打印技術在高校教育中的應用研究

1.1 3D打印技術

3D打印技術是當今快速成型技術的一種，因其在工作原理上為增加材料的制造，也被稱為增材制造，簡而言之，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。

3D打印機的工作原理與普通打印機的工作原理基本相同，但它們所打印的材料不同，普通打印機打印的材料是墨水和紙張，而3D打印機內裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的原材料，也被稱為“耗材”，打印機與電腦連接后，通過電腦控制可以把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物。

3D打印包含著許多不同的技術。它們的不同之處在于以可用的材料的方式，以不同層構建創建部件。3D打印常用材料有尼龍玻纖、耐用性尼龍材料、石膏材料、鋁材料、鈦合金、不銹鋼、鍍銀、鍍金、橡膠類材料等。

3D打印技術因其具有效率高，成本低和可定制性強的優點，具有很大的應用空間。

1.2 3D打印技術在高校中的研發和應用

2016年英國的梅德斯通博物館使用3D打印技術，重塑了一具有2500年歷史的木乃伊的臉部。由于這次3D打印技術在考古研究方面的應用，這項被有些專家稱之為“第三次工業革命”的技術引發了相關專業人士的極大關注。隨著近年來3D技術得到各國的高度重視和國內外學者的廣泛研究。我國進行3D打印研發機構主要集中在清華大學，北京航空航天大學，華中科技大學，西安交通大學，西北工業大學等著名高校，隨著3D打印技術應用領域的不斷擴大，國內眾多的高校都在眾多的專業教學方面借助了3D打印技術增強教學效果，更有許多的高校在專業設置上增加了3D打印專業。國內高校3D打印專業的設置不僅代表了國家教育部門對新興行業的重視，也在無形中詮釋了未來的發展方向。教育始終是傳授知識和技能的重要手段，專業課程的設置，所以才是從真正意義上將3D打印智能科技提升到了日程上來。西安交通大學和西北工業大學在教育部的支持下，率先在國內開拓光固化快速成形制造系統研究，開發出國際首創的紫外光快速成型機及有國際先進水平的機、光、電一體化快速制造設備和專用材料，形成了一套國內領先的產品快速開發系統。開發“激光立體成形”的3D打印技術，團隊與中航飛機合作解決了C919飛機鈦合金結構件的制造問題，形成了具有自主知識產權的特色新技術。研制并售出國內第一臺大型金屬3D打印商用化設備。2017年也在戶縣落戶了國家增材建設研究院。

許多高校購買3D打印設備作為教學工具，在3D打印技術的加持下，許多高校課堂教育進入了實體模型教學時代，也促進了高校教育模式的創新發展和進步。在傳統的高校教學過程中，為了增進學生的理解，大多會對一些抽象的事物進行圖片或者動畫講解，隨著3D打印技術的普及和應用，在課堂教學過程中，我們可以采用3D實物和模型替代傳統的圖片和動畫，以幫助學生更好地理解教學內容，使得高校教學中更好的提升學生的積極性和探索能力的開發。尤其體現在3D打印技術在教學中可以對任意形狀的物品進行實物建模和打印，也可以更好的作為教學的輔助用具。其意義在于不僅促進了高校教學方式的轉變，而且一定程度上豐富了教學中的工具設備，使課堂教學更為全面，立體。

有許多高校也逐漸開設了和3D打印技術相關的課程，這也一定程度促進了3D打印技術和學生專業課程的相結合，在促進專業課程提升的同時，也促進了3D打印技術的發展。在3D打印技術中，包含了像三維建模、工程制圖、三維動畫設計、計算機語言等課程內容，而這些課程也是大多數專業的相關課程，因此，高校在專業教育過程中，可以引導學生利用3D打印技術進行實物的設計、建模、打印，對鍛煉提升學生的動手能力和問題解決能力有著積極的意義。

高校的創新創業教育作為我國的一項教育發展的重要計劃，在高校創新創業中也有出現學生依托3D打印技術和互聯網平臺進行創業的實例。

例如：學生依托其高校現有資源，通過大學生創新創業項目建設一個3D打印工作室，在校內打造一個以3D打印為主，接受私人定制化服務，同時兼營自造工藝品出售的個人體驗制造中心。建立一套商品經營模式，以3D打印教學教具為主，工藝品制作為輔實現盈利的創意工作室。

3D打印技術可以幫助學生將一個具有創造性價值的想法轉化為實際，使其最終成為創新創業的好幫手，新途徑。

2 3D打印技術在高校教育中的前景展望

2.1 3D打印技術在高校教育中的發展

“十三五”規劃綱要在對“現代產業”的提案中明確寫到：“大力推進半導體，增材制造（俗稱3D打印），智能系統等新興前沿領域創新產業化，形成一批新增長點”。

3D打印在國內高校中的應用主要在相關專業，但未全面普及到各個學科，為推動3D打印在高校教育中的應用發展，教育部提出“3D打印進校園”的倡議，高校也應加強3D打印的硬件建設和科研投入，加強3D打印實驗室，實習實訓基地等3D打印平臺建設。同時對大學生創新創業的項目進行3D打印技術相關融合，幫助學生實現一些可行的創業想法，此外可以通過3D打印平臺對學校中的實際問題進行解決，如教具模型的定制等。

2.2 3D打印技術在高校教育的前景

3D打印技術因具有的高效性，低成本和可定制性強的優點廣受大眾歡迎，其作為一種新興技術，在高校創新創業教育中的實現，對實現高校大學生創新創業能力的培養起到一定的積極作用，對促進高校教育創新和改革發展具有重要意義。

結束語：綜上所述，隨著3D打印技術的發展，高等院校教育在實際進行中可以借助3D打印技術，更好的進行專業化教育，促進了技術與教育的相融合。3D打印技術和大學生創新創業的結合，也為當代大學生開啟了一個新的創業大門，成為大學生創新創業的有力幫手。把3D打印技術與高校教育相結合，有力推動我國從“工業大國”向“工業強國”轉型，早日實現新時代“中國夢”。

（作者單位：西安交通工程學院）

tyle='font-family：方正楷體簡體; mso-ascii-font-family：方正書宋簡體;background：white'>（作者單位：西北工業大學明德學院）