3D打印技術(shù)在Pro/E軟件數(shù)字建模的教學(xué)探究

宋淑葉

(江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院 徐州技師分院，江蘇 徐州 221000)

0 引言

近年來，3D打印技術(shù)發(fā)展迅猛，3D打印技術(shù)也被稱作增材制造或者是快速成型技術(shù)，在醫(yī)藥醫(yī)療、建筑施工、航空機(jī)械等方面迅速發(fā)展和普及[1]，如煙霧機(jī)殼體、離合器支架等機(jī)械零部件都有3D打印產(chǎn)品的觸及(圖1)。目前，很多技工院校都開設(shè)了3D打印技術(shù)與工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)，但和相關(guān)專業(yè)主干課程的結(jié)合還有所欠缺，尤其是與Pro/E軟件數(shù)字建模課程結(jié)合還有待進(jìn)一步挖掘。在機(jī)電、機(jī)械領(lǐng)域應(yīng)用中，較為廣泛的建模軟件則是Pro/E，該軟件對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造周期的縮減起到了非常重要的作用[2-3]。為了能夠讓Pro/E軟件在校園內(nèi)順利開展教學(xué)，把3D打印技術(shù)應(yīng)用于Pro/E軟件數(shù)字建模課程教學(xué)中，通過“建模-打印”，做到“做中學(xué)、學(xué)中做、理實(shí)一體化”，讓老師在課堂中更好地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，結(jié)合教學(xué)改革，理實(shí)一體化課程的實(shí)施，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，真正做到學(xué)生學(xué)有所用，最重要的是有效地提高了教育教學(xué)的質(zhì)量。

圖1 機(jī)械零部件的3D打印產(chǎn)品

1 Pro/E課程現(xiàn)狀

1.1 教學(xué)內(nèi)容簡化

在實(shí)際的教學(xué)過程中，目前大部分院校只安排一周4節(jié)課時(shí)[4]，由于課時(shí)不足，任課教師通常只教授學(xué)生軟件建模部分，老師上課進(jìn)行理論講解也只是通過一些機(jī)械零部件的案例，和企業(yè)接軌不夠充分，項(xiàng)目式驅(qū)動(dòng)沒有扎根，學(xué)生也無法通過案例舉一反三，更無法觸類旁通。對(duì)后續(xù)學(xué)習(xí)造成不良的影響。

1.2 教學(xué)手段單一

大部分院校在該課程的教學(xué)方式主要是講授，通常由于各種條件的約束，考慮到其他計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)課程的加入，Pro/E建模課程的課時(shí)會(huì)被縮減[5]。任課教師在教學(xué)過程中，通常是單純講授，并且，教學(xué)的硬件設(shè)施設(shè)備較為簡陋，教學(xué)的手段也較單一。盡管很多職業(yè)學(xué)校已經(jīng)對(duì)該課進(jìn)行了一定程度的改革，比如增加上機(jī)練習(xí)課時(shí)、增加互動(dòng)環(huán)節(jié)、舉辦各級(jí)各類建模大賽等。但是效果并不顯著，缺乏系統(tǒng)的操作實(shí)踐。目前，大多數(shù)職業(yè)學(xué)校教師的教學(xué)過程都僅僅停留于為了完成課堂考試，并沒有結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，學(xué)生畢業(yè)進(jìn)入企業(yè)之時(shí)，根本無法達(dá)到企業(yè)要求[6]。

1.3 重視程度較低

目前，Pro/E三維建模內(nèi)容主要是實(shí)體3D建模、工程2D制圖、機(jī)械整體裝配仿真等內(nèi)容。教學(xué)方式簡單，即教師講完知識(shí)操作之后，緊接著就示范操作過程，然后再讓學(xué)生進(jìn)行練習(xí)。然而，經(jīng)過這樣一個(gè)教學(xué)過程，往往造成的結(jié)果，是學(xué)生在課堂上只是掌握了命令操作，到了課后，因興趣不大，再加上缺乏很多必要的練習(xí)和記憶的強(qiáng)化，待下次課時(shí)教學(xué)，幾乎已經(jīng)全部忘記了。經(jīng)過分析，之所以重視程度不夠最大的原因，主要是因?yàn)榻虒W(xué)內(nèi)容和方式?jīng)]有完全得到學(xué)生整體的認(rèn)可，并且和實(shí)際應(yīng)用沒有做到有機(jī)結(jié)合。

2 3D打印技術(shù)應(yīng)用于Pro/E課程

將3D打印技術(shù)，在Pro/E三維建模中得以結(jié)合和應(yīng)用，把課本的知識(shí)轉(zhuǎn)化成實(shí)物，以這樣的方式來增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，效果顯著。

3D打印技術(shù)的主要原理是通過逐層打印的方式，利用模型文件(.stl格式)，使用可粘合材料，實(shí)現(xiàn)物體整體造型的成型技術(shù)。打印過程，首先通過Pro/E設(shè)計(jì)軟件，進(jìn)行對(duì)模型的3D建立，再將建好的模型另存為.stl格式，進(jìn)行切片的動(dòng)作，從而指導(dǎo)打印機(jī)實(shí)現(xiàn)逐層打印，獲得實(shí)體。通過對(duì).stl文件信息的讀取，可以打印出任何教學(xué)過程中需要實(shí)現(xiàn)的實(shí)體。結(jié)合3D打印技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，通過該技術(shù)的融入，便能實(shí)現(xiàn)Pro/E三維建模課程的有效課程改革和教學(xué)改革，從而進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量[7]。

應(yīng)用結(jié)合主要有如下步驟：一是教師需要制定和3D打印技術(shù)相匹配的教學(xué)案例內(nèi)容；二是教學(xué)過程，不僅要講授案例的操作命令，還要結(jié)合3D打印機(jī)的切片操作進(jìn)行講解；三是布置課程任務(wù)，學(xué)生在課后對(duì)任務(wù)進(jìn)行資料查閱，對(duì)任務(wù)進(jìn)行課后建模，課上帶著問題學(xué)習(xí)，任課教師通過3D打印機(jī)進(jìn)行打印，不僅可以達(dá)到解惑，還可以對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行強(qiáng)化。

通過3D打印內(nèi)容的引入，該課程的課時(shí)得以增加，由原來的一周2課時(shí)增加到一周6課時(shí)，保障了課程教學(xué)的充分性。通過增加項(xiàng)目任務(wù)，可以按照小組分配來設(shè)計(jì)課程的任務(wù)，3～4人為一個(gè)小組，每個(gè)學(xué)習(xí)研究小組配置一臺(tái)3D打印機(jī)，小組成員分工合作，完成從二維圖到實(shí)體，再到模型的整個(gè)流程，各小組自行討論，并自行分配工作量。通過該方法，學(xué)生在小組中合作，進(jìn)行溝通和交流，增強(qiáng)職業(yè)素養(yǎng)，增加課堂效果，也增進(jìn)師生情感。

3 結(jié)語

運(yùn)用3D打印技術(shù)應(yīng)用于Pro/E三維建模教學(xué)，增加了實(shí)踐的途徑，推動(dòng)了學(xué)生實(shí)踐技能和學(xué)習(xí)能力的提高，也同時(shí)提高了課程教學(xué)質(zhì)量，改進(jìn)了教學(xué)模式，最終創(chuàng)新了教學(xué)方法。可以看出，這種教學(xué)模式有益于學(xué)生的發(fā)展。本文通過對(duì)Pro/E軟件數(shù)字建模課程的教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，總結(jié)該課程目前教學(xué)中存在的問題，即教學(xué)內(nèi)容簡化，教學(xué)手段單一，以及重視程度不夠；其次，將3D打印技術(shù)引入該課程教學(xué)，提高了課堂教學(xué)質(zhì)量，改變了原有的教學(xué)模式，充分顯示3D打印技術(shù)在教學(xué)中起到的重要作用。

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