3D打印技術在家具制圖教學中的應用

鐘健強

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?“中國制造2025”提出制造業是國民經濟的主體，是國之根本，也首次明確了3D打印技術作為高檔數控機床應大力開發，應用到生產、教學中，從而加快實現產業化。它正吸引著各行各業的目光，不斷催生生產新模式、改變著行業新業態和新市場。就3D打印技術在家具制圖點、線、面的投影，基本立體的三視圖投影等教學中的應用進行綜述。

[關 ? ?鍵 ? 詞] ?3D打印技術;家具制圖教學;三視圖

[中圖分類號] ?TP334.8 ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼] ?A ? ? ? ? ? ? [文章編號] ?2096-0603（2019）23-0146-02

一、3D打印技術的定義

3D打印是一種快速成型的新技術，它以數字模型為核心，利用粉末狀金屬或塑料等為原料，通過加熱原料逐層打印的方式來實現數字模型變為實物模型。其原理是將電腦建模通過伺服機床、多軸定位、運用新材料來實現實體化。3D打印技術已經廣泛應用于各種模具、機械人、零部件、食品生產中。

二、家具制圖教學問題及3D打印在其應用優勢

家具制圖知識作為家具設計、家具生產管理等人員的基礎知識，也是工業設計專業的基礎知識，夯實這一基礎，對構建設計專業知識體系尤其重要。該課程安排在高一學年學習，高一職高生空間想象能力有限，而這門課程既抽象又對學生的動手能力要求很高，學生普遍畏懼這門課程。消除該現象重點要培養學生的繪圖和看圖能力。只有具有良好的空間想象力，學生才能達到三維空間與平面二維的良好切換，做到“看物能繪圖，看圖能識物”。本人在“家具制圖”教學中，不少學生因缺乏空間思維想象力，從而影響其作圖能力的提高。如在點、線、面的投影、基本立體的三視圖教學中采用傳統的教學方式和手工制作模型，其成本高，模型制作時間也很長，學生理解慢掌握程度不高，這種教學方式已經不能較好地適應與時俱進的教學需求。將3D打印技術運用到家具制圖教學中，利用3Done建模、3D打印機制作模型，節約模型的制作成本與時間，更重要的是打印出來的模型可以拆裝，幫助學生更好掌握畫視圖的方法與看視圖的方法。

三、3D打印技術在基本立體的三視圖教學中運用

在家具制圖的教學中，“正投影基礎理論”中“三視圖”是由物體的空間關系到平面的投影原理而得。把“物體”的三個面作投影，所得投影視圖分別為正視圖（V）、側視圖（W）、俯視圖（H）。我把這三視圖投影關系（見圖1）分別比作教室的黑板面、側墻面、地面，在講臺擺放實物進行投影。還會通過草圖大師建立模型（見圖2），通過翻轉物體觀察投影所成像，加強對三視圖的識圖與繪圖能力。這種教學模式能使大部分同學掌握三視圖的基本原理，但空間想象能力較差的學生或面對較為復雜的物體時，其空間想象力就變得不夠用了。這時候我們希望不單是通過書本、電腦觀察物體，我們更希望有實物的觀察支撐想象。

3D打印技術可以將模型打印出實物，讓學生直接將實物拿在手里觀察，而不再只是憑空想象。3D打印技術的優勢與家具制圖教學所需的思路不謀而合。現在3D打印在教育領域發展迅猛，我們教學者發現3D打印具有良好的輔助教學的功能;使學生的空間思維、動手能力、發現問題和解決問題的能力得到快速提升。在布置作業時，布置繪制家具的三視圖（見圖3），學生不但可以看著書本或圖片中的家具，還可以拿著實物通過旋轉視角，準確繪制三視圖，這樣大大提高學生的空間思維，提高繪圖準確率。

四、3Done建模與3D打印機打印模型

利用3Done軟件制止所需的模型（這里不具體介紹如何創建模型，網上很多教學視頻），將模型導出stl格式，并導入切片軟件制止路徑。以下是在教學中打印的一些作品（見圖4）。

五、過去教學效果與融入3D打印技術的授課效果對比

我們來談談授課方式改變的前后效果對比：（1）原有教學方式與授課效果。在我校，家具制圖作為專業基礎課，家具制圖的主要教學內容：家具制圖概述、點線面的投影、基本體的三視圖識圖與繪制、軸測圖的繪制、家具圖樣畫法等。該教學內容共60課時安排在高一第一學期。采取的教學模式是：理論的講授—課堂練習—課后作業—作業講解—知識點的再次復習。因為教學內容多且知識點不好理解，另教學課時有限，所以課堂上盡可能多講授知識重點、難點。導致講授內容多，練習時間少，課外作業壓力重。因此造成老師講得辛苦，學生學得乏味，雙方都產生畏難情緒，嚴重阻礙了學生對知識點的掌握，降低了對該專業的認可度。（2）改進后的授課效果。科組集體探討與備課，根據學生特點與就業實際需要對教學內容順序進行調整與精簡。高一第一學期只學家具制圖國際標準—標注標準—投影知識—基本體的三視圖這四個部分。且對教學內容進行了精簡，在有限的學時內，講解與實際工作制圖需求有關的內容，避免廣撒網，應重點火力解決三視圖的識圖與繪制。對授課方式進行調整，采取分組教學，授課前把“模型”打印好，課堂上分發模型，對照模型來觀察物體三視圖，提高課堂理論內容授課教學效率，運用任務驅動教學法增加課堂趣味性，課堂中能做到及時發現問題，并解決學生疑問，使學生在課堂上領會所教知識并掌握制圖要領。3D打印出來的各種模型在教學各個環節都參與到，例如展示、拆裝、分解、重構等環節，加深學生的理解，同時利用多媒體教學內容向學生展示更直觀的圖片、實物模型再次鞏固知識難點、重點。

六、家具制圖對3D打印技術在校園的普及

3D打印技術在我校作為參加學生競賽的比賽之一，參賽隊員主要是高二學生。將3D打印技術應用在家具制圖上，可以使高一的學生就開始接觸了解3D打印技術，提高學生對專業課的興趣。同時3D打印技術也是可以使學生從對紙上的模型轉化為對成型后的立體模型認知。它是一個平面變立體再反過來強化立體空間的理解過程。教師引領學生通過觀摩實體加深空間理解。經過一年的熏陶，使對3D打印技術感興趣的學生會自主去學習了解，為高二挑選競賽苗子做好準備。

3D打印機簡潔化、快速化，使它在家具設計專業教學的各個環節中大量使用，教師不再是傳統的幻燈片展示教學，還可以將教學模型、家具模型等復雜立體模型打印出來，學生在課堂上可以直接觀察模型，讓模型的空間架構印在學生腦海中。在此之前，學生設計的作品都只能停留在數字模型中，想利用木工機器將設計產品加工出來往往是費時費力，還存在安全隱患。現在可以通過3D打印機讓學生將數字模型直接一體化打印出來（見圖5），也可以將數字模型分為多個零件打印，再重新組裝，這使學習變得有趣，學生的積極性也逐步提高，讓師生都回歸理想狀態。

七、總結

隨著3D打印技術的深入發展，影響會變得更加深入、全面。家具設計不單是在設計、生產已開始變革，在專業教學上也已經開始變革。3D打印技術的影響最終也將深入整個家具設計中。本文只將3D打印的出模快、準等特點結合家具制圖課程來應用嘗試。但作者的意圖是從高一就培養學生利用3D打印來提高自身的空間思維，并了解其作用，為以后從功能、結構、材料和外形等角度全方位利用、分析出3D打印技術將給家具產品帶來功能個性化、重生功能、機構一體化快速成型、混合結構增加、多種材料的新組合方式以及新材料等有利影響。同時我也相信在未來的教育教學中，3D打印技術會為各科提供了更多樣的展示與嘗試。

參考文獻：

[1]王燦才.3D打印的發展現狀分析[J].絲網印刷，2012（9）：39-43.

[2]王蕾.3D打印技術與家具設計智能創新[J].中國高新技術企業，2016（26）：3-5.

編輯 張 慧