藤鐵家居工藝品在線課程中3D打印技術的應用探究

蘇惠麗

摘要：3D打印技術作為一種新興的材料成型技術可以快速塑造出實體模型，與傳統的電腦建模、模型圖紙相比，其可直觀呈現相關教學內容，便于學生接受與理解。3D打印技術應用于藤鐵家居工藝品課程教學中具有使用便捷、成本低廉、空間要求低、節省時間、保護作品知識產權等優勢。對此，在藤鐵家居工藝品在線課程教學中，教師可借助3D打印技術輔助設計方面的教學，打印實體零件輔助裝配方面的教學，驗證學生的作品，構建豐富的三維造型輔助在線教學。

關鍵詞：藤鐵家居工藝品；3D打印技術；在線教學；優勢；瓶頸

中圖分類號：G712文獻標志碼：A文章編號：1008-3561（2023）14-0081-04

基金項目：本文系福建省教育科學規劃立項課題“融合3D打印技術的地方藤鐵工藝品在線課程資源研究”（立項批準號FJJKZZ21-032）階段性研究成果

藤鐵工藝品作為傳統藤編的現代化發展方向之一，其產業規模正隨著我國工藝品進出口量的擴大而不斷增長，由此產生的商機促進了地方經濟增長。以安溪為主的地方特色藤鐵工藝產業區域也隨著這股浪潮不斷發展壯大。2020年，安溪藤鐵工藝產業產值達200多億元，產業規模位居同行業首位。目前，安溪有藤鐵工藝企業2200多家，加工點3000多個，全縣120萬人口中有12萬人從事藤鐵工藝行業。由此不難看出，藤鐵工藝在促進區域經濟發展的同時，還需要很多藤鐵工藝品設計人才。對此，很多職業學校把服務鄉村特色產業發展作為辦學目標，積極探索鄉村特色產業人才培養新模式，提升人才與企業崗位需求的契合度，促進鄉村特色產業發展與學校專業建設的吻合。目前，本校及福建省其他中職學校的藤鐵家居工藝品在線課程建設正處于探索發展階段，各地各校針對自身學生特點開發的藤鐵家居工藝品在線課程的教學質量參差不齊，其中很多課程的理論知識教學與實踐實體相脫節，導致學生無法通過課堂教學掌握藤鐵家居工藝品的構造特點。對此，本課題小組通過探索3D打印技術應用于藤鐵家居工藝品在線課程中的優勢、必要性、應用場景及應用瓶頸，促進3D打印技術與藤鐵家居工藝品在線課程的有效融合。

一、3D打印技術在藤鐵家居工藝品設計中的應用優勢及必要性

1.3D打印技術在藤鐵家居工藝品設計中的應用優勢

在21世紀初，3D打印技術僅應用于醫療、航空航天、奢侈消費品等領域。目前，隨著技術的革新以及成本的下降，3D打印技術應用的領域越來越廣泛。其應用于藤鐵家居工藝品在線課程中的技術優勢具體如下。

（1）優勢一———使用便捷。3D打印可以不借助任何機械加工設備或磨具，直接從計算機的圖形數據庫中生成數據指定的形狀物體，以最直接的方式將抽象的二維體轉化成三維體。而傳統的加工工藝流程不僅煩瑣，需要的工具、器材還很多，并且時間長，很難在課程教學中產生時講時產的效果。

（2）優勢二———成本低廉。隨著3D打印技術的不斷發展，3D打印所需的成本也越來越低。從3D打印課程演示品對于材料性能以及機械性能的要求來看，3D打印甚至比藤鐵家居工藝品的實際生產成本還低，一些模型材料還可以回收再利用，這在一定程度上降低了課程演示品的處理難度。

（3）優勢三———空間要求低。3D打印無論從機器還是從成品來看，都比傳統的實體演示的空間要求低。首先，3D打印模型可以根據實際需求等比例放大或者縮小，操作也比較簡單，便于課堂演示、講解。另外，3D打印機本身隨著技術的發展越來越精巧。目前，桌面級的3D打印機和臺式電腦主機的大小相仿，對空間的要求很低。

（4）優勢四———節省時間。雖然3D打印本身的打印速度不如文字打印快，但與制作藤鐵家居工藝品的實體打樣相比，仍具有很大的速度優勢。而3D打印最主要的優勢之一是不占用教學時間。在傳統的實體演示中，教師在講解完一個圖形知識點，需要制作實物演示時，只能暫停課堂教學，進行現場制作。而在運用3D打印演示時，教師可在備課時編輯好模型程序，然后根據課堂教學內容需要，在規定的時間內讓物體自動打印出來，以此節省課堂教學時間。

（5）優勢五———保護作品的知識產權。作為一個設計師，只要擁有一臺3D打印機，就可以自己設計產品，打印樣品。這樣不會讓作品的原文件流出，有利于保護作品的知識產權。

2.3D打印技術在藤鐵家居工藝品設計中的應用必要性

藤鐵家居工藝是鐵與火的藝術。簡單來說，藤鐵家居工藝品是以鐵等為原料制作的具有功能性、裝飾性作用的室內外物品。藤鐵藝術歷史悠久，經過不斷發展，目前已經逐漸形成自己獨特的風格，藝術品設計中更是傾注了設計師大量的情感。在科技不斷發展的今天，機械化生產制作雖然大大提升了制作效率，但也限制了個人的想象力、創造力，這在一定程度上凸顯了手工藝術品獨特的價值。然而，藤鐵家居工藝品設計受工具、材料、工藝等多方面因素制約，尤其在社會快速發展的今天，藤鐵家居工藝品的造型、風格都在不斷變化，這就對藤鐵家居工藝品設計提出了更高要求。而3D打印技術作為數字時代的產物，應用于藤鐵家居藝術品設計中具有重要意義。具體來說，3D打印技術應用于藤鐵家居工藝品設計中的必要性體現在如下三個方面。

（1）簡化開發流程。傳統藤鐵家居工藝品的設計制作過程復雜，需要經過一系列的工序流程，不僅要花費大量的時間和精力，還要有較多的材料支持，可以說是費時費力，效率低下。而3D打印技術可以簡化藤鐵家居工藝品的開發流程，通過3D模型設計及設備打印兩個階段即可快速轉化設計師的設計靈感，使之形成立體、可見、清晰的產品實物。這樣既能從技術層面提升工藝品的開發制作效率，減少花費在產品打樣環節的時間、材料等成本，減少材料浪費，還可讓設計師在不斷觀察、研究3D打印產品的過程中進行工藝品設計的調整與改進，從而以更短的時間、更少的成本和精力投入高效完成藤鐵家居工藝品的設計開發。同時還可為設計師提供更多的設計藤鐵家居工藝品的想法和靈感，讓藤鐵家居藝術品的設計更加豐富、多樣，為更多造型新穎、富有審美價值的藤鐵家居藝術品的產生提供可能，從而實現現代智能技術與傳統藤鐵家居工藝的有效融合。

（2）精確設計尺寸。藤鐵工藝品對于尺寸控制的要求非常高，在手工制作過程中，尺寸誤差難免存在。另外，藤鐵工藝品還可能受材料、制作工藝等多方面因素影響而在制作過程中出現各種問題及缺陷，從而影響到工藝品的開發生產，降低工藝品的成品率。而3D打印技術可提升產品尺寸控制的精準度，尤其對裝飾部件、浮雕、花紋等局部尺寸的把控更為精確。在工藝品設計階段，3D打印技術還可靈活地進行不同維度的尺寸移動、縮放等處理，便于設計師通過預覽來了解工藝品的設計情況，從而進行針對性調整，避免后期因尺寸控制不準確而出現工藝缺陷等情況。這樣不僅能提升藤鐵家居工藝品設計的精準度，提升工藝品成品率，還可降低工藝品的設計生產成本，縮短設計生產周期。

（3）提升成品率。藤鐵工藝受材料及工藝特殊性的影響，其設計及制作工藝相對復雜，并且容易出現問題、缺陷，導致藤鐵家居工藝品的成品率下降。3D打印技術應用到藤鐵家居工藝品設計中可為傳統藤鐵工藝設計帶來新方向、新技術，有效解決手工制作不便、不規范等因素導致的設計、制作問題，提升設計的準確性、規范性，并避免工藝缺陷。這對于提升藤鐵家居工藝品的生產成本、縮短生產周期、提升產品的成品率有積極意義。

二、3D打印技術在藤鐵家居工藝品在線課程中的主要應用場景

3D打印技術在藤鐵家居工藝品在線課程中的應用場景主要體現在如下三個方面：一是展示產品設計，二是搭建藝術品構架，三是驗證學生的作品。3D打印技術應用于藤鐵家居工藝品在線課程中可依托上述優勢，最大程度緩解理論設計與實物輸出之間存在的差距，讓學生通過真實、直觀的實體展示找到設計、裝接過程中存在的問題，進而進行針對性的學習。

1.通過3D打印技術輔助設計方面的教學

在教學實踐中，有的學生很難對書面設計圖案進行三維化理解，并因此在設計中出現錯誤設計思路，如圖形結構相互碰撞、藝術品過于平面不立體、作品缺乏層次感等。在教學講解中，教師也很難將三維設計信息通過口述或平面圖形的方式傳達給學生，由此出現師生間的雙向溝通障礙。而3D打印技術可有效解決這個問題。以小音箱設計為例。一般情況下，幾何形態包括二維幾何形態、三維幾何形態（圖略）。學生可將圖中各個基本的幾何體通過拼接、鑲嵌、漸變等方式進行變化，再將點、線、面等多種元素融入其中，形成基礎設計方案，然后圍繞功能性設計定位需求形成最終設計方案。但在這個過程中，有的學生存在二維到三維的轉化障礙。例如，有的學生在給音響實體設計發音孔的時候，竟在底部設計出發音孔。究其原因是學生無法理解二維圖紙俯視圖中孔洞的上下層面的立體關系，將本來僅有頂部開孔的音響設計成了底部開孔。3D打印技術可以有效解決此類問題。這是因為3D打印技術能夠讓學生通過最直觀的實體看到設計圖紙上表示的物體的真實樣子，讓作品不再停留在二維圖紙上而是形成實體可供參觀。另外，設計中的不足、錯誤也可直觀呈現出來，便于學生深刻理解設計過程中應關注的重點知識內容。

2.打印實體零件，輔助裝配教學

藤鐵家居工藝品的實際制作需要先將零部件生產出來，再進行拼接組裝，然后形成工藝品的最終形態。在拼接過程中，部分學生由于缺乏三維意識而出現一些錯誤，如配件安裝的左右問題、配件配合的重心問題、零件結構的碰撞問題、零件組裝的過程問題等。而解決這些問題最有效的方式便是實際組裝。但進行藤鐵家居工藝品的實際組裝，不僅需要復雜的配套設備，還存在材料成本高、時間成本高、空間需求大等問題。而3D打印操作非常簡單，可有效解決這一問題。首先，可把設計出來的零部件繪制成具體模型，然后添加3D打印，進行打印，最后進行拼接。無論是零件的形狀還是零件與零件之間的配合問題都可進行直觀展示，需要焊接的部件也可通過熱熔膠粘接實現，便于在線課程的實體演示。

3.驗證學生作品，進行針對性輔導

圖紙上的物體和實物之間往往存在很大差別，這種差別無法人為通過腦補或建立三維電子模型消除，需要制作實體，而學生制作實體作品的難度很大。在藤鐵家居工藝品在線課程中，如果沒有實體作品，則不利于隨堂講解、演示，如果沒有演示，學生又很難發現自己設計中存在的問題。另外，課堂互動是網絡課程最重要的形式之一，如果沒有師生之間的有效互動，課堂教學效果將會受到影響。而借助3D打印技術，學生可在線下通過設計軟件設計出自己的產品方案，通過網絡傳輸給教師，教師收到后，可對其中的典型作品，通過3D打印呈現出來，并進行直接講解。這不僅可縮短學生作品的傳遞時間，還可提升教學互動性與教學效率。

4.運用拓撲思路輔助在線教學

在利用3D打印技術進行建模設計階段，為節省計算機資源，人們通常以較少的點、線、面組合及排列方式來構建豐富的三維造型，這就是行業內所說的“3D模型的低?！負渌悸贰?。有的學生在進行藤鐵家居工藝設計時，受教材及傳統思想限制，存在明顯的思維局限性，導致作品設計缺乏個性化、創新性。而拓撲思路融入藤鐵家居工藝品造型設計教學中，可豐富學生的設計思路，促使學生打破傳統工藝造型設計的局限性，通過數字化造型的方式進行設計創新。這不僅有利于提升學生的創新、創造能力，還有利于學生以現代技術來凸顯藤鐵家居工藝品造型點、線、面結合的形式感。另外，3D打印技術應用于藤鐵家居工藝品在線課程中還可將抽象的、精致的、具有幾何風格的工藝品以立體的方式呈現出來，讓學生在觀看打印成品的過程中對設計品形成直觀、全面的感知和了解，在觀察、分析中尋找工藝品設計中存在的不足，并及時進行調整完善，從而進一步提升學生的工藝品設計藝術感，豐富藤鐵家居工藝品設計內涵。這樣，學生就能在學習傳統藤鐵家居工藝的基礎上，合理應用現代技術手段、現代藝術風格來進行創新和拓展，創造出既具有時代感、又具有獨特美感的現代工藝產品，實現對傳統藤鐵工藝的傳承、發展。

三、藤鐵家居工藝品在線課程中3D打印技術的應用瓶頸

3D打印技術所具有的技術優勢可促進藤鐵家居工藝品在線課程的創新發展。但目前，3D打印技術在藤鐵家居工藝品在線課程中的應用處于初期階段，在應用中存在一些瓶頸。

1.推廣的瓶頸

在本校，3D打印技術在應用中的最大瓶頸是建模參數的設置。作為設計者來說，其既要懂設計，又要懂最終產品的輸出，要在建模上下更大的功夫。這樣，教師的講課模型文件和學生的作業模型文件就可進行實時交互，再進行實體打印，然后通過實體進行教學。這對于教師的講解以及學生的理解都有幫助。但目前，部分教師缺乏設置建模參數的能力，直接影響到3D打印技術在藤鐵家居工藝品在線課程中的應用效果。

2.3D打印技術不成熟

雖然3D打印技術相對于過去而言有很大進步，但仍存在一些難以解決的問題，涉及3D打印的精度、配合度、材料的性能以及色彩等。目前，3D打印可以打印出一定形狀，但不能做到百分之百的還原，對于一些細節部件，打印精度上的問題更突出。而高精度的3D打印機耗材昂貴，售價高，學校很難承擔得起。因此，在日常教學中，對于一些細節部件，教師只能進行等比例放大打印，與其相關的其他部件也要進行相應放大打印，否則很難進行裝配。

3.3D打印自身的技術門檻

3D打印技術在藤鐵家居工藝品在線課程教學中的輔助作用十分強大，這就要求師生進行深入的學習與研究，如學習輔助軟件。對于職業學校的學生來說，三維軟件的學習難度較大，往往比藤鐵家居工藝本身的學習還難。有的教師也存在學習困難。在未來，3D打印技術在教學中的應用將更加廣泛，尤其是在實體生產與加工行業，3D打印技術的發展前景十分廣闊。而為學習藤鐵家居工藝知識，花費大量時間從零開始學習3D打印技術是否是一種本末倒置的情況，本課題小組成員的意見也不統一。這需要大量的教學實踐驗證。

四、結語

總而言之，3D打印技術應用于藤鐵家居工藝品在線課程教學中具有積極意義，不僅能提升課堂教學效率，還能拓展學生的思維，幫助學生深入理解課程知識，并促使學生在現代技術的支持下，對傳統藤鐵家居工藝進行創新，創造出既體現傳統藤鐵家居工藝特色，又具有現代藝術風格的藤鐵家居工藝品。相信在未來，隨著3D打印技術的不斷發展，二者的結合將更加緊密。

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Exploration of the Application of 3D Printing Technology in the Online Course of Rattan Iron Home Crafts

Su Huili

（Fujian Anxi Chen Li Secondary Vocational School， Anxi 362403， China）

Abstract： As a new material forming technology， 3D printing technology can quickly create solid models. Compared to traditional computer modeling and model drawings， it can visually present relevant teaching content， facilitating students acceptance and understanding. The application of 3D printing technology in the teaching of rattan iron home crafts courses has advantages such as convenient use， low cost， low space requirements， time saving， and protection of intellectual property rights of works. In this regard， in the online teaching of rattan iron home crafts， teachers can use 3D printing technology to assist in the teaching of design， printing solid parts to assist in assembly， verifying students works， and constructing rich 3D modeling assisted online teaching.

Key words： rattan iron household handicrafts；3D printingtechnology；onlineteaching； advantages；bottleneck