3D打印技術在中職學校模具制造教學中的應用研究

陸小青

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?3D打印技術是一項新型快速成型的技術，是快速發(fā)展出現(xiàn)在大眾視野的項目之一，將其應用于中職學校模具設計相關的專業(yè)教學中，可以使學生在視覺效果上獲得更直觀的體驗。主要針對3D打印技術的原理與特點進行分析，并討論該技術的多項應用優(yōu)勢、應用形式及方法，最后總結3D打印技術在中職學校模具設計教學中取得的良好成效。

[關 ? ?鍵 ? 詞] ?3D打印技術;模具設計;教學應用

[中圖分類號] ?G712 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼] ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2021）44-0038-02

隨著社會經濟和科技的快速發(fā)展，3D打印技術在多個領域均有應用，并逐漸呈現(xiàn)良好的發(fā)展趨勢。現(xiàn)在大部分的成品零件都是由模具制造的，其中90%以上的塑料制品都需要由模具制造。企業(yè)在生產中使用3D打印機，不僅可以有效提高生產效率，縮短新產品研發(fā)時間，還可以節(jié)省很多資金。但應用該技術方面的人才出現(xiàn)較大缺口，有利的是中職學校對這些人才的培養(yǎng)要求開始逐步面向社會需求，以提高學生應用3D打印技術的能力，從而提高中職學校模具課程的教學效果。

一、3D打印的原理與優(yōu)勢特點

（一）3D打印的原理

基于普通的二維打印，在原有二維的基礎上再加一維，它是快速成型技術中重要的技術之一，利用數(shù)字技術材料打印機將常見的粉末類金屬或塑料物質等黏合性強的各種材料，基于數(shù)字模型文件，通過分層加工、堆疊累積的方式來完成固定樣式的三維模型。3D打印工藝流程簡便：設計可以打印的零件或實物，獲取3D模型資料，并用3D打印技術呈現(xiàn)出來。在應用3D打印技術的整個過程中，產品的設計、建模和零件成型，以更快、更準確和更穩(wěn)定的方式對其成型。

（二）3D打印的優(yōu)勢及特點

3D打印零件比較穩(wěn)定，可以大量研發(fā)生產，可以大幅度提升人員的工作效率、產品的開發(fā)數(shù)量及企業(yè)經濟效益。從企業(yè)的生產成本和環(huán)保方面而言，3D打印只需要3D模型的數(shù)據(jù)資料及塑料或粉末金屬等打印材料，依托3D打印機輸出。因此，3D打印的應用可以節(jié)省大量的生產成本，還可以使整個制造過程變得高效明了。3D打印技術比傳統(tǒng)的打印或加工技術具有更加明顯的優(yōu)勢和特點。

1.可操作性強，產品制造效率高

應用傳統(tǒng)打印或數(shù)控加工無法成型復雜的內部結構，使產品制造過程難以全部完成，而使用3D打印技術，可以高效節(jié)能地生產結構復雜的零件。

2.盡可能實現(xiàn)零浪費和低成本

應用3D打印時，由于是依據(jù)產品數(shù)字模型逐層堆加，所以使用打印材料是有序的，不用剔除邊角料，提高了相應材料的使用效率和效果，縮短生產周期。

3.產品的精度和穩(wěn)定性持續(xù)提高

3D打印技術可以超越一些局限，讓設計空間更加廣闊和深入，打印形狀復雜的零件比簡單形狀零件成本不會增加多少，應用該技術可提高產品競爭力。另外，3D打印生產工藝很簡單，不需要加工裝夾設備和加工刀具，只需要產品的模型數(shù)據(jù)、打印原材料和3D打印機就可實現(xiàn)生產，因而生產精度和穩(wěn)定性較好。

4.可實現(xiàn)自動化和提高生產效率

在3D打印技術開始應用于市場之后，企業(yè)研究和開發(fā)產品速度也獲得了提高。3D打印利用使用計算機軟件進行三維造型，通過后處理生成打印代碼，并自動通過數(shù)據(jù)線傳輸，而無需用戶干預，從而實現(xiàn)真正的自動化。此外，把3D打印技術應用于模具制造中，只需要基于產品需求生產而不受傳統(tǒng)加工工藝限制，因而生產效率得到提升。

二、中職學校模具設計教學中3D打印技術的應用方法

（一）采用項目教學方法細化教學實踐項目

項目實操教學應用方法是將所要學的知識技能依托系統(tǒng)的項目實踐而開展的教學活動。通過項目教學法引導學生直接參與項目，在基于3D打印技術方向的模具課程中，進一步闡明如何在模具制造過程中使用3D打印技術。這種教學方法把理論和實踐有機地結合起來，從簡到難，知識逐漸積累，更加注重學生對3D打印技術方面知識的應用以及掌握每個項目所需要的技能，不同于傳統(tǒng)知識傳授，可提升學生獨立探索合作學習的能力。

（二）建設3D打印網絡課程

在中職模具專業(yè)課程中創(chuàng)建3D打印技術模具示范網絡課程，從而使學生能夠通過網絡學習高質量3D打印課程，并將其巧妙地應用在課程教學中。課程開發(fā)是中職學校模具專業(yè)課程的重要組成部分，中職學校可以根據(jù)3D打印技術和模具課程內容創(chuàng)建理實一體化課程以及提供理論和實踐指導。培養(yǎng)學生應用3D打印技術的能力以及在模具專業(yè)中實際應用時的操作技能，從而使學生獲得綜合理論技能。

（三）設立興趣項目小組，以提高學生對模具應用的認識

通過建立興趣項目小組，使學生對3D打印技術在模具制造應用中的內容有更深刻的認識。在興趣項目小組中，學生通過小組討論可以共同設計和制作有創(chuàng)意的模具。具體來說，相關團隊依據(jù)教學內容可以自定義創(chuàng)作3D打印作品，將傳統(tǒng)模具設計制造工藝與創(chuàng)作模具的設計、打印和裝配相結合，使學生能夠持續(xù)學習和應用。

（四）通過對實體模具進行有針對性的點評，幫助學生不斷改進設計

在模具課程教學中應用3D打印技術，使模具的詳細結構情況能夠更直接、明了地展現(xiàn)在學生面前，使學生在視覺感觀上有更深刻的認識。在模具專業(yè)項目教學過程中，教師應對學生學習過程中產生的問題有針對性的指導，了解學生應用3D打印技術的情況。通過學中做、做中學，解決出現(xiàn)的問題，使學生不斷提升自己的模具設計及3D打印應用水平。

三、中職學校模具設計教學中3D打印技術的應用成效

（一）通過實踐操作提升學生的創(chuàng)新實操能力

3D打印技術的應用使學生能夠通過所學的理論知識和實踐操作來掌握該應用所需的技能，從而提高他們的創(chuàng)新與創(chuàng)造能力及操作實踐能力，同時鼓勵學生迸出新的創(chuàng)意和研究出新的技巧。

（二）提升教學效果和實訓耗材利用率

實訓中心通過引入FDM、SLA 3D打印機，使模具設計課程更直觀、更生動，同時簡化整個模具設計與加工過程，最大化提高材料的利用率，節(jié)約制造成本。例如，在設計齒條傳動機構（如圖1所示）的課程中，學生可以根據(jù)給定的圖紙創(chuàng)建各裝配零件的三維模型，然后使用切片軟件直接生成模型數(shù)據(jù)，最后利用3D打印技術生成零件實物。通過這些流程使學生形成遇到問題并解決問題的能力，也培養(yǎng)學生在設計中細心和專注的能力，同時也提升課堂的教學效果。

（三）促進學生的專業(yè)技能和綜合素養(yǎng)提升

模具設計是一個綜合性要求非常高的崗位，企業(yè)對這方面的人才需求非常大。把3D打印技術應用到模具設計綜合實踐，有助于提升學生專業(yè)技能的掌握。在學習的每一個階段，要學會掌握每個技能的應用，還要練習解決生產制造相關的實際問題。在持續(xù)的學習實踐過程中，學生相應的專業(yè)技能可以逐漸積累起來。此外，3D打印技術應用在模具設計教學中將提高學生的安全意識、質量意識、創(chuàng)新思維和綠色環(huán)保觀念。

四、結語

學校以企業(yè)需求為重點開設培養(yǎng)3D打印技術技能人才的設計課程，在教學過程中應用3D打印技術，需要及時更新知識，同時開發(fā)新技術和新流程，傳授學生與時俱進的先進知識。只有在實踐的基礎上，將理論教學與實際培訓結合起來，并根據(jù)時代的發(fā)展提高并更新培訓目標和認識，學校才能在模具設計中培養(yǎng)出更具包容性和創(chuàng)新性的技術人才。

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◎編輯 鄭曉燕