3D打印技術及其在中職教學中的應用

朱笛

摘 要：3D打印技術作為一門新興加工技術，將成為未來制造工藝中的重要組成部分，開設3D打印課程，讓學生充分了解3D打印的原理、工藝方法及從三維建模到操作3D打印機生成實物加工的全過程，培養(yǎng)中職學生的創(chuàng)新意識，深化中職教育改革，要求教師在開展教學過程中，將創(chuàng)新精神融入到教學中去。

關鍵詞：3D打印;教育應用;設計;創(chuàng)新

中圖分類號：G718 ????????文獻標識碼：A

3D打印技術是目前全球最受關注的新興技術之一，在工業(yè)設計、裝備制造、航空航天、電子電器、生物醫(yī)學等領域都有廣泛應用。“第三次工業(yè)革命”浪潮中，3D打印技術將成為重塑社會生產(chǎn)關系的核心手段之一。3D打印作為助推智能制造的關鍵技術，在“中國制造2025”的背景下火速升溫，3D打印行業(yè)人才需求不斷擴大。越來越多的學校開始將3D打印技術應用于教學，尤其傳統(tǒng)加工制造專業(yè)，為了使學生能夠與時俱進，提高他們的創(chuàng)新能力，有些學校已經(jīng)將3D打印納入課程設計。如何有效的發(fā)揮3D打印技術的最大效果則是我們需要深入了解研究的話題。

1探究3D打印技術的特點

3D打印帶來了世界性的制造業(yè)革命，以前是部件設計完全依賴于生產(chǎn)工藝能否實現(xiàn)，而3D打印機的出現(xiàn)顛覆了這一生產(chǎn)思路，這使得企業(yè)在生產(chǎn)部件的時候不需要再考慮生產(chǎn)工藝問題，任何復雜形狀的設計均可通過3D打印機來實現(xiàn)。

1.1直接數(shù)字化制造

3D打印直接數(shù)字化制造，從三維CAD模型直接制造出產(chǎn)品，減少或省略了毛坯準備、零件加工、裝配等中間工序，且無需昂貴的刀具或模具，從而極大地縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率。加工過程中無振動、噪聲和切削廢料，實現(xiàn)了環(huán)保。

1.2制作個性化

3D打印制造的是完全定制的、個性化的獨特產(chǎn)品，設計空間無限，特別是在醫(yī)療領域可以根據(jù)病人條件，量身定做，提高了效率。

1.3產(chǎn)品研制周期短

傳統(tǒng)模型制作過程往往要經(jīng)過多道工序所用時間過長，3D打印技術減少了模具的制造過程，有效地縮短了模型的制造時間。

1.4材料利用率高

數(shù)據(jù)打印能夠最大限度地發(fā)揮材料的特性，而不在意制品構造是否復雜，僅把材料放在有用的地方，材料無限組合，大大減少了材料的浪費，提高了材料的利用率，降低了成本。

2 3D打印技術在教學中的應用

2.1 3D打印對學生學習的積極作用

2.1.1提高學生的動手設計能力

3D打印從設計到制作都需要學生自己動手參與操作，這樣對學生的動手能力，操作能力和創(chuàng)新力有積極地推動作用。

2.1.2激發(fā)學生的學習積極性

3D打印通過打印機將學生的構思轉變?yōu)檎鎸嵙Ⅲw并且具有色彩的立體模型，將抽象變?yōu)榫呦螅黾訉W生的興趣，是他們獲得成就感，擁有繼續(xù)探究的動力。

2.1.3培養(yǎng)學生的創(chuàng)新性和創(chuàng)造力

3D打印技術可以融入生活，學生將生活的點點滴滴，將腦中的奇思妙想通過自己動手變?yōu)楝F(xiàn)實，這樣不但提高了學生的動手能力，還有效的提高了學生的創(chuàng)新性，使學生多方面發(fā)展，對于國家培養(yǎng)創(chuàng)新性人才起到了積極意義。

2.2以“制作手機支架”任務為例作詳細闡述

本文以Solidworks三維軟件制作“手機支架”模型，以創(chuàng)想三維3D打印機為例，詳細闡述一下如何由三維模型到模型實體的實現(xiàn)，以提高學生的創(chuàng)新精神。

Dreality 3D（創(chuàng)想三維切片軟件）是由深圳創(chuàng)想三維科技公司推出的一款Cxsw3d創(chuàng)想三維機器專用程序，支持FDM機器打印。可進行3D切片操作，根據(jù)不同的打印機和物品進行設置和調(diào)整，打印出來的模型作品效果非常逼真，且支持單個或者多個同時打印。

2.2.1設計制作三維模型

（1）學生根據(jù)自己手機的尺寸，根據(jù)參考樣例，確定可支撐手機的手機支架總體尺寸，再根據(jù)自己的興趣愛好，繪制出自己設計的手機支架草圖。

（2）根據(jù)繪制的草圖，用Solidworks三維軟件制作“手機支架”模型，保存為“stl”格式文件。

2.2.2 3D打印機準備工作

（1）清潔平臺，貼美紋紙。

（2）調(diào)平熱床，用A4紙輔助調(diào)節(jié)噴嘴和熱床距離。

（3）噴嘴預熱，檢查材料的用量，根據(jù)自身需求進料或換料。

2.2.3 3D打印流程

（1）將制作完成的.stl格式模型導入到創(chuàng)想三維切片軟件中，界面會顯示打印該模型所需時間和耗材。

（2）設置參數(shù)。操作者可設置層高、壁厚、打印速度等參數(shù)。

（3）變換模型。在該軟件中，可對模型進行旋轉，鏡像，縮放等操作。操作者可通過變換模型，從界面顯示中得到最優(yōu)的打印時間。

（4）導出模型。將該模型以.gcode格式導出，存在可移動磁盤中。

（5）將模型導入打印機。將可移動磁盤插入到打印機中，操作者可選擇準備、控制、語言、存儲卡打印等按鈕進行參數(shù)調(diào)節(jié)。

（6）設置打印參數(shù)，包括噴床溫度、熱床溫度、風扇速度等。設置完畢后即可打印。打印界面中會顯示打印進度，工作時的噴床溫度、熱床溫度、噴床的實時坐標等信息。

（7）打印完成。打印完成界面可獲得本次打印時間，耗材損耗等信息。能夠掌握打印信息，做到有據(jù)可依，為下次打印做好充分的準備和計劃。

3結語

本文通過探究3D打印技術的特點，得到其對學生學習的積極作用。又通過具體案例闡釋，將3D打印機和三維軟件結合進行教學，一方面不僅深化課堂學習的理論知識，同時激發(fā)了學生學習的積極性;另一方面，陪養(yǎng)了學生創(chuàng)新能力，全面提高學生的綜合素質(zhì)，使學生的專業(yè)素養(yǎng)和能力在科技創(chuàng)新活動中得到全面提升。

參考文獻

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