論3D打印技術在機械制圖教學中的應用

柯鴻超

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?隨著高新技術的發展，機械專業課的教學內容、手段、方式的變革，3D技術的融入，使機械專業課教學發展勢不可擋。在機械專業課教學中融入三維設計軟件，就成為適應新技術、新方法的一次嘗試。

[關 ? ?鍵 ? 詞] ?機械制圖;教學;3D打印技術

[中圖分類號] ?G712 ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2019）15-0196-02

隨著3D打印技術的廣泛應用，先進技術逐漸融入課堂教學之中。在我們了解了3D打印技術的基本原理和技術功能后，結合實際的教學經驗，在機械類專業機械制圖課程中提出了3D打印技術的應用，這也是對機械類課程的一種嘗試。

一、機械制圖課程教學的基本現狀

傳統模式下的教學，是基于手工教具、實體模型展示和多媒體演示等來開展輔助教學，教學時在教師使用教具演示繪圖的過程中，出現了費時費力的問題，有些學生光看不練，有些學生畫圖知其然而不知其所以然，導致課堂教學效果不太理想，這樣就會導致學生的學習不夠主動，缺少相應的創新欲望，還可能導致學習時間成本的提升。

另一方面，學生空間想象思維能力較差，是多數學生后期學習跟不上的主要原因。部分學生習慣平面思維，在手工教具的合理引導下，學生無法順利完成由平面投影視圖向零件圖、裝配圖深化的轉變，缺少相應的空間思維能力。空間思維能力作為機械制圖課程的核心技能，在實習操作訓練中，其機械功能的耦合就會進一步加劇機械結構的復雜化程度，使零件組合圖形無法通過簡單的想象來實現。

二、機械制圖教學中3D打印技術應用的主要優勢及規劃

應用3D打印技術，在機械制圖教學之中存在明顯的優勢，當然，在了解優勢的基礎上，我們也需要對其進行具體合理的規劃，這樣才能夠為后續的教學提供基礎支撐，讓教學能夠順利地利用3D打印技術。

（一）優勢

在機械制圖教學中加入3D打印技術的使用，可以幫助學生提高課堂參與度，幫助學生培養其動手能力，讓學生感受實踐樂趣，提升其學習動力，最終滿足課堂教學效率的提升。

3D打印技術可以將原本抽象的知識概念形象化，通過模型來構建真實的課堂情境，降低學生對相關知識的理解難度，從而為學生提供全新的學習思路。

通過3D打印技術制作教具，可以解決傳統教學中存在的不足。并且，這一種教學模式的使用還可以提升教學質量，降低教學成本。傳統模式下，教師在面對復雜結構中只會利用模型來進行簡單的講解，但是因為模型價格偏高，無法滿足學生的實際需求。但是3D打印技術的利用，就不需要再購買模型，通過3D打印就可以直接生成對應的模型，學生完全可以人手一個模型來進行學習。

（二）規劃

在機械制圖課堂教學之中應用3D打印技術，其主要包括以下兩方面。

1.將3D打印產品帶入課堂

也就是在實際的教學設計中，教師需要基于教學內容和目標，利用課前的準備時間，將原本復雜的結構模型利用3D打印來制作教具模型，并且在實際授課環節，通過實物演示、幻燈片、二維圖片等手段的結合讓學生有一個直觀的感受過程。

2.讓學生直接參與3D產品的制作

從最開始的建模階段開始一直到后面的成形，學生全部都親身參與其中，感受制作的全過程，這樣就可以在基礎知識學、關鍵部件制圖方式掌握的前提下，幫助學生拓展其學習知識點，并且教授學生3D打印機的使用方法，利用對已有模型程序文件的改造，調動學生想象力制造相應的設計部件模型。

利用3D打印技術，就可以為學生呈現原本相對復雜的零部件，讓學生可以擁有直觀的感受，在提高學習興趣的同時有利于創新精神的培養，最終實現教學做一體化的教學。

三、基于3D打印技術的機械制圖課程教學

機械制圖作為核心課程的教學能夠引導學生建立抽象思維能力以及三維空間思考能力，這樣既可以確保學生掌握制圖技能，還可以提高學生的動手能力和創新能力。教師需要引導學生建立對應的空間感知力，讓學生從原本的平面思維逐漸轉化成為三維立體空間思維，教師可以將課程的核心要求與先進技術相互結合起來，通過新型模式的運用，將傳統教學模式改變。

在機械制圖課程教學中，合理利用3D打印技術，可以通過三維建模學習、開發多樣化的教學模式，提升學生的學習興趣，讓學生積極參與實踐，這對學生對3D打印技術的掌握也有著積極的推動作用。

（一）增加三維建模學習

機械制圖教學作為技術基礎課程，可以幫助學生培養專業素質和規范素質。一般來說，機械制圖教學有兩個學期：第一學期為制圖基礎，第二學期為制圖訓練。在3D打印技術融入后，就可以將Solid Works、UG等建模軟件融入學習中，并且將課時延伸至三個學期，進而利用三維建模軟件來進行學習。

（二）開發多樣化教學模式，組織學習小組

將實時教學和網絡教學相互結合起來，合理利用互聯網資源，基于學生作為中心，在課堂教學之外，發揮教學手段的激勵作用，從而實現學生的自主學習。利用建模軟件學習小組的創辦，通過建立軟件學習QQ群、微信群，可以營造一個良性的學習氛圍，學生不明白可以即時詢問，教師可以即時指點，充分利用課余時間，提升學習效率。

（三）激發學習興趣，尋找實戰機會

合理的創設機會，讓學生參與對應的比賽，通過設置班級賽、校園賽，讓學生不斷鞏固機械制圖課程的基礎知識和探索3D打印技術的應用，時機成熟還可以創辦3D打印或軟件建模興趣小組，這樣不僅有利于學生學習興趣的提升，還能為學校提供軟件建模的好苗子，為參加校外競賽提供選拔參考和訓練平臺。

四、機械制圖教學中3D打印技術的實際應用

下面就3D打印技術在機械制圖中的應用列舉一兩例：

在“平面截切形成截交線”的學習中（見圖1），很多學生僅僅憑借空間想象是很難對截斷體的整體形狀加以了解，其想象出來的截斷體和實際的形體之間存在明顯的差異。通過3D打印技術，就可以滿足實物化的要求（見圖2），這樣可以將截交面的狀況直觀顯示出來，這樣就可以滿足提升學生空間想象能力。

制圖教學中，通過建模軟件演示截平面的截切，得到圖示的截斷體。通過軟件建模，把截斷體的兩部分軟件模型分別輸入到3D打印設備里，各自打印出來后，貼合成一個完整的基本體（如圖1的基本體分別是正六棱柱、正四棱錐）。學生可通過模型自行貼合、拆分這個基本體，理解截斷體的形狀和結構。這樣，學生既掌握基本體的截切，又能理解截斷體與基本體之間的關系，利用已知拓展到未知，思路合理簡單，內容清晰易懂，提升了學生興趣，提高了課堂效率。

而在形體相貫的學習中，僅僅憑借三視圖，學生也無法想象當圓錐體和圓柱體之間相貫之后，其相貫線究竟是什么樣的（見圖3）。但是利用3D打印技術，就可以制造出對應的組合體（見圖4），學生在觀察相貫線之后，就需要將三視圖和實體進行相互對比，通過實踐，可以得到自己的理解，最終在實踐之中理解組合體以及平面投影視圖之間的相互關系。

同樣的道理，將相貫的兩個甚至多個基本體分別建模，通過軟件演示其相貫過程，并標記相互重合或抵消的部分，再利用3D打印技術打印出來，驗證相貫體的產生并得出相貫體的特點，尤其是相貫線的形狀、走向，都能通過打印實物來求證，不僅讓學生理解了相貫線的來龍去脈，更化解了相貫線這一知識點的難點，一舉兩得。

總而言之，在3D打印技術的不斷發展下，隨著其在實踐教學之中不斷地深入應用，相信對現代化的技能型人才培養也發揮了重要的作用，我們也將不斷地前進，才能滿足實際的需求，推動機械制圖教學的可持續發展，滿足人才的培養。

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編輯 陳鮮艷