3D打印項目教學法在模具CAD/CAM中的應用

梁秀娟 嵇海旭

（廣東海洋大學 廣東·湛江 524088）

信息技術水平的不斷提高，使得CAD/CAM技術有了明顯的提高，并且廣泛使用于高校教學中。3D 打印技術是一項快速成型的新興技術，將其使用在模具CAD/CAM 教學中，能使學生感受到更直觀的視覺。本文主要通過對3D 打印項目教學法進行深入研究，分析其在模具CAD/CAM 教學的使用效果。

1 傳統模具CAD/CAM 教學中存在的問題

在傳統的模具設計與制造中，主要是以工程人員的經驗和操作技能為基礎進行的，其特點在于技術水平較低、生產周期較長以及加工質量差，同時其在工藝成型參數上并不穩定，這就說明，傳統的模具設計與制造已經不再適合當前制造業的發展。在計算機技術快速發展的背景下，計算機技術的輔助模具設計制造得到了廣泛的使用，而在模具設計與制造中引入CAD/CAM 技術是必然的選擇。CAD/CAM 技術的使用，不僅加快了模具設計及加工的過程，并且能有效減少設計周期，從而降低勞動強度的同時，還進一步提高了工藝加工的精度。[1]除此之外，目前制造業企業需要是掌握先進的數控加工和模具設計的高技術人才，在高校教學中，“模具CAD/CAM”是屬于模具設計與制造專業的核心課程，該課程以UG、Pao/E等CAD/CAM 軟件及其應用對模具設計和加工進行輔助，從而培養學生對模具設計、產品造型以及數控編程加工等方面的能力。而傳統模具CAD/CAM 教學中，仍存在一些問題，具體如下：

（1）學生缺乏學習主動性。在傳統的模具CAD/CAM 教學中，課堂教學主要是以傳授知識為主，學生被動的接受教師灌輸的知識，缺少一定的學習主動性。而在模具CAD/CAM 教學中，注重的是學生的實際操作能力，若是教師僅是依靠講授的教學方式進行知識講解，缺少課堂的有效互動，在一定程度上抑制了學生學習的積極性和興趣。

（2）過于注重對三維制圖軟件的講解。在模具CAD/CAM教學中，教師往往更注重于對理論知識的講解，并以軟件中的各項命令和經典例題為基礎進行課堂講解。[2]而學生在此過程中，只能依照制定好的操作步驟或是根據視頻講解重畫一遍模具，這對培養學生的設計靈感有很大的影響。通過這樣的教學方式，使得模具CAD/CAM 教學缺少應有的設計方法、設計思路以及技巧的深入思考，學生在教學過程中完全處在被動的位置上。

（3）無法將模具設計理論與軟件設計操作進行融會貫通。在傳統模具CAD/CAM教學中，沒有將軟件設計操作與模具設計理論進行有效的融合，很多知識之間都沒有很好的聯系起來，包括模具設計、產品造型、數控加工以及工程圖表等方面的知識。這就導致了學生在學習理論知識后，很難將所學知識有效的利用到實踐當中，從而使得學生無法綜合的利用所學知識。

總的來說，在模具CAD/CAM教學過程中，將探究問題、啟發思維以及設計實踐進行有效結合是必然的。而3D 技術項目教學法，主要是由學生進行獨立學習的一種教學方式，獨立準備資料、設計方案、具體實施方法等。[3]而教師在其中擔任的是指導的角色，在適當的時間輔助學生完成項目的實施，并且為學生提供咨詢指導。項目教學法是以培養學生能力為主的一種新型教學方式，在教學過程中將理論和實踐有效的結合起來，從而幫助學生拓寬知識面，同時提高學生的實踐操作能力，并且幫助學生進一步提高學習主動性以及面對問題、解決問題的綜合能力。

2 3D 打印項目教學在模具CAD/CAM 教學中的應用

2.1 提高學生實踐能力和創新能力

在模具CAD/CAM 教學中，3D 打印技術在應用上對學生的實踐操作能力要求較高。學生在進行模具設計學習時，利用3D 打印技術，能貫穿數據采集、物化設計等學習內容，并且能幫助學生將腦海中的設計想法完整的記錄下來，隨后可以在不開模具的情況下，將腦海中的模具形狀直接做出來。[4]另外，學生在進行模具設計時，還能將實體原型作為一個基礎模具，將不符合模具成型的工藝性設計快速的找出來，從而及時對其進行有效的修改，進一步提高學生的實踐操作能力。除此之外，3D打印項目教學法的使用，能讓學生通過對一個項目的設計，將所學知識與實踐有效的結合起來，而學生在不斷的實踐中，能夠快速的掌握此項技術的使用要點。同時，在實踐過程中，學生能夠舉一反三，從而提高其他操作技能的使用，在一定程度上，提高了學生的創造能力。因此，3D 打印技術的使用，能有效提高學生的工程實踐能力，同時有助于培養學生的創新思維和創造能力。

2.2 提高實訓材料的利用率，使模具設計教學過程更直觀

在模具CAD/CAM 教學中引入3D 打印項目教學法，能讓整個課堂教學設計更為直觀方便，并且能使得實訓課程的材料得到最大化的利用。在高校模具實訓中心中，通常會將SLA、FDM 3D 打印機引入教學中，而打印機的使用，能更好地輔助模具設計的課程教學。[5]例如，使用FDM 3D 打印機能將導入的模型進行自動添加，并且在運行和操作上來看，FDM 3D 成型機都較為簡單，有利于學生操作。同時，在模具設計實訓過程中，3D 打印使用FDM 成型機進行，能有效提高實訓材料的利用率。另外，將3D 打印技術引入模具CAD/CAM 教學中，能帶給學生更直觀、更方便的設計感受。例如，在進行“創新設計非接觸式測溫儀外殼模型”的課程講解時，在學生將外殼外形圖繪制出來后，教師可以指導學生通過3D 造型軟件進行數字建模，在建模成功后，可以使用3D 打印技術將設計好的外殼模型打印出來，從而使其成為實體的模型。而利用3D 打印機打印出實體模型后，便可以將測溫儀的結構分析和造型設計完整的呈現出來，從而使得學生對模具造型有更直觀的感覺。將測溫儀實體模型打印出來后，教師可以將真實的測溫儀與打印出來的實體模型進行比較，針對其模型左右外殼的組裝進行觀察，從而得知如何設計手柄部位連接孔，并準確掌握其固定位置，為模型的緊固連接奠定基礎。除此之外，在測溫儀弧形外殼部分，其剛性是較為薄弱的，因此在組裝過程中極易變形，這就需要學生在進行模型組裝時，應當將加強筋加入其中，以免在組裝中使模型出現瑕疵。[6]且學生通過將3D 打印出來的測溫儀外殼與真的測溫儀進行對比觀察，能更深入的了解測溫儀外部形狀與內容結構是如何設計的，從而設計出更加完善的測溫儀模型。總的來說，在模具CAD/CAM 教學過程中使用3D打印技術，能使得學生在模具設計課程中，對模具零件結構和整體形狀的設計更有把握，并且還能有效提高教師的教學效率和質量。

2.3 提高學生的專業素養能力

模具CAD/CAM是一項有較強實用性的工作，對于專業性強的技術型人才，未來企業有著較大的需求量。高校在進行模具CAD/CAM 教學時，采用3D 打印項目教學法強化模具設計的理論知識與實踐操作的結合，有利于培養學生的專業素養能力，對學生未來就業有很大的幫助。同時，3D 打印技術有較強的職業性，需要有較高的專業水平才能擔任，而學生在使用3D打印技術時，便是與直接面向生產制造沒有什么兩樣了，相當于學生在使用3D 打印技術的過程中，已經屬于訓練生產制造的過程。[7]而學生在模具CAD/CAM 學習中，不僅需要掌握3D打印技術、熟練操作此項技術，同時還要不斷提升自己的專業能力，鍛煉自己面對制造問題或是生產問題的解決能力。在此過程中，學生能在長期的實訓中，逐漸積累自身的專業技能和職業素養，將理論知識與實踐操作有效的結合起來，從而提高自身的綜合能力。另外，學生進行實踐活動的過程中，應當以實踐任務為基礎，帶著具體的任務參與到實踐活動或是解決問題的過程當中，只有這樣帶有針對性的實踐活動，才能更好的激發學生的探索精神，從而提高學生對模具CAD/CAM的學習興趣。[8]因此，在高校模具CAD/CAM 教學中融入3D 打印項目教學法，能有效將理論知識與實踐操作有效結合起來，并且能進一步提高學生的專業能力和實際操作能力，使得學生能得到全面的發展，讓其成為優秀的實用型人才。而在未來的企業崗位中，3D打印技術會得到廣泛的使用，且其在面對相關的工作問題時，也能有效的解決。

3 結論

由上述得知，在模具CAD/CAM 教學中使用3D 打印項目教學法，需要不斷的創新，與時代新技術和新工藝接軌，以此為學生提供最為先進的模具技術教學。同時，還應當提高學生的實際操作技能，以此培養出滿足社會發展需求的綜合型設計技術人才。