探討3D打印在中職機械制圖教學中的應用

董啟迪

摘 要：隨著科技水平的提高，3D打印技術的不斷成熟，當前已經在各個領域得到了廣泛的應用。但是，在中職教育領域的應用則相對較少。另外，考慮到3D打印技術的優勢，集中體現在普及率越來越高、技術不斷成熟、成本逐步下降，因而在未來的中職教育領域中必然會得到廣泛的應用。對在中職機械制圖課程教學中應用3D打印技術進行介紹。

關鍵詞：3D打印技術；中職教育；機械制圖；三維零件

3D打印是快速成型技術的一種，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黏合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術，經過近二十多年的發展，這一技術不僅在各大工業制造領域得到了普及應用，而且隨著中職教育課程理論與實踐整體化的進一步深入，必將在其中等職育課程中得到更為廣泛的應用。

一、3D打印技術介紹

毋庸置疑，在3D打印技術飛速發展的今天，這一技術極大地促進了個性化制作的發展，特別是在機械制造設計、醫療生物、汽車航空等各領域充分發揮其優勢。眾所周知，如今的3D打印技術不僅在以上提到的領域中得到了普及，更掀起了中職教育領域的熱潮。這一技術首先應用三維數字模型，其次通過軟件將三維模型數據進行分層，最后將材料分層疊加打印。簡而言之，3D打印就是通過xy平面掃描形成工作的截面形狀，同時z坐標做高度的位移，逐層打印從而獲得產品。熔融層積成型技術利用熱塑性高分子材料，并對其加熱使其融化，最后成為絲狀，使其成為成型的打印技術。總的來說這一技術具有成本低、技術成熟、操作簡便等優勢，因而特別適合在包括中職學校等領域廣泛應用。

二、3D打印技術在中職機械制圖教學中的應用

客觀上說，作為一門具有很強的專業基礎性的課程，機械制圖課程是中職機械類學生日常學習中重要的一門功課。通過這門基礎課一方面能夠全面增強學生的創新意識，另一方面也能夠全面塑造、培養學生的綜合能力，想象力、圖形表達能力、創新能力等等。相較于傳統的建模工藝，3D打印技術無論是制作周期、還是材料等都具有絕對的優勢，特別是符合中職學校了解三維零件圖形的要求。絕大多數的高一新生在剛開始學習機械制圖時腦海中的想象力幾乎為零，更別提轉化二維平面投影與三維立體零件模型的能力了。事實上，對于絕大多數的初學者而言，在最初的學習中只能依靠影射規則來感受三維立體零件圖形，但是通過影射規則所認識的三維零件圖形畢竟存在一定的局限性，因而在呈現三維零件圖形時則無法滿足直觀、全面、形象這些特點。客觀上說這些是很多還沒有形成良好的抽象思維的初學者在學習機械制圖時最大的壓力來源。對于當前的機械圖課堂來說最主要的就是要依靠教學模型、實體掛圖、PPT等幫助廣大學生理解，但這些教具需要花費很大的財力、物力、人力，另外展示的效率也不高，總體的教學效果并不是很好，而且在傳統的教學方法中，多以教師為主體，學生很少能夠真正參與其中，而這就進一步打擊了學生的積極性，甚至產生反感的情緒，而這樣提高學習能力就更難了。

而3D打印技術的出現解決了廣大教育工作者當前所面對的難題。對于廣大教師而言3D打印技術的應用給日常教學帶來了便利，通過這一技術，即能夠根據需要切割或者其他處理，從而打印出立體圖形，可以方便地將二維投影視圖轉變成更具體、更詳細的三維零件模型。從某一方面來說，這樣的教學方法能夠使原本枯燥的機械學習變得更生動有趣，能夠收到意想不到的教學效果。比如，利用3D打印技術就能使學生感受到當一個圓柱體被另一個圓柱體貫穿后相貫線的形狀，并打印出來，這樣一來，就能讓學生清楚地觀察，并深入學習，通過實踐得出結論。這樣一來，對于學生更好地了解平面投影視圖、零件組合體的關系也有很大的幫助，客觀上說這對全面提高機械制圖的效率也有一定的幫助。

總的來說，引入3D打印技術有利于提高學生感悟抽象知識的能力，有利于學生將復雜的知識簡單化、容易化。此外，通過這一技術也能大大提高學生的想象力、創造力。這不僅有利于學生學習機械制圖等相關的知識，對其一生的成長也具有重要的意義，是全面提高學生思維、設計、動手能力的客觀需要。

三、體會與思考

在中等職業教育中3D打印技術的應用所帶來的最明顯的效果是能夠實現實物模型，使學生產生了深刻感知。客觀上說要激發學生的思維能力、動手能力就必須堅定不移地改革教育方式，要充分利用3D技術，通過這一技術不僅能夠使學生對這門學科產生濃厚的興趣，更能培養他們主動學習、主動創造的能力，促進中職教育的發展。

最后，不可否認的是由于各種客觀方面的原因，比如三維建模培訓、成本、材料等因素，使得當前的中職學校要引入3D打印技術還面臨各方面的問題。對于當前的很多學校而言首先要思考的就是如何選購性價比高，即價格低且精度高的打印設備，如何讓廣大任課教師掌握相關技術的使用方法。當然，我們有理由相信在科學技術不斷發展的今天，在3D打印機設備不斷通用化、智能化、精密化的今天，這一技術必將成為未來教學工作的重要組成部分。

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編輯 李建軍