基于三維掃描下的3D打印技術(shù)在高職教育中的應(yīng)用

劉軍

摘要：3D打印技術(shù)是快速成型領(lǐng)域的一種新興技術(shù)，它被譽(yù)為新的工業(yè)革命的開始。3D打印技術(shù)未來的發(fā)展將使大規(guī)模的個(gè)性化生產(chǎn)成為可能，將3D打印技術(shù)融入到高等職業(yè)教育領(lǐng)域，對未來我國的經(jīng)濟(jì)起到至關(guān)重要的作用。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù) 三維掃描 逆向工程 教學(xué)模式

中圖分類號：G642.4

3D打印技術(shù)（3DPrinting ）始于上世紀(jì)九十年代，它的快速成長是在最近幾年。世界各行業(yè)的領(lǐng)域都爭先恐后應(yīng)用3D打印技術(shù)，讓這種技術(shù)融入到生產(chǎn)和技術(shù)革新中，取得豐碩成果。它不僅縮短了科研實(shí)踐的周期，也減少了企業(yè)的生產(chǎn)成本。在3D時(shí)代，應(yīng)用個(gè)人的個(gè)性化定制產(chǎn)品將大行其道，新的生產(chǎn)方式催生出新的工業(yè)設(shè)計(jì)，進(jìn)而帶來新的生活理念，這將會(huì)帶來全球制造業(yè)經(jīng)濟(jì)的重大變革。為培養(yǎng)3D打印技術(shù)人才，越來越多的高等職業(yè)院校把3D打印技術(shù)應(yīng)用到教學(xué)工作中，提高了高等職業(yè)教育的效率和良好教學(xué)效果。

一、 如何實(shí)現(xiàn)3D打印技術(shù)

1、 什么是3D打印技術(shù)

相信很多人都聽說過3D打印技術(shù)，近幾年這項(xiàng)新技術(shù)發(fā)展火熱，它到底是什么人們并不了解。

3D打印技術(shù)（3DPrinting）即快速成型技術(shù)。它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等粘合材料通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印機(jī)則出現(xiàn)在上世紀(jì)九十年代中期，即一種利用光固化和紙層疊等技術(shù)的快速成型裝置。它與普通打印機(jī)工作原理基本相同，打印機(jī)內(nèi)裝有液體或粉末等“打印材料”，與電腦連接后，通過電腦控制把“打印材料”層層疊加起來，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。這項(xiàng)打印技術(shù)稱為3D立體打印技術(shù)。3D打印技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)的過程中經(jīng)常會(huì)遇到有實(shí)體，沒有三維的模型，這時(shí)就需要工程師手工測量進(jìn)行繪圖。手工測量繪圖不僅效率低，測量不方便，而且測量的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，這就導(dǎo)致項(xiàng)目周期過長，反復(fù)做測試，增加了企業(yè)制造成本。這就推出了先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域的逆向工程與3D的快速成型技術(shù)相結(jié)合生產(chǎn)方式，簡單的說就是利用三維掃描儀，以非接觸的方式將編碼光柵條紋投影到物體的表面，全方位多角度提取全部表面特征，再由單個(gè)或多個(gè)相機(jī)將拍攝到的條紋圖像輸入到計(jì)算機(jī)中，然后根據(jù)光柵的形狀利用三角法，精確計(jì)算出物體表面大量采集點(diǎn)的空間坐標(biāo)，俗稱點(diǎn)云，使用計(jì)算機(jī)相應(yīng)軟件對點(diǎn)云進(jìn)行處理。經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，三維重構(gòu)等過程，構(gòu)造出具有相同形狀結(jié)構(gòu)的三維模型，獲得CAD數(shù)據(jù)，企業(yè)就可以進(jìn)行生產(chǎn)。3D打印技術(shù)不僅可以對原形進(jìn)行復(fù)制還可以在原形的基礎(chǔ)上進(jìn)行再設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。

3D打印技術(shù)是以優(yōu)化創(chuàng)新為目的，基于三維掃描儀采集點(diǎn)云而完成的，是由實(shí)物到圖紙的設(shè)計(jì)，總體概括起來就是一種基于點(diǎn)云的優(yōu)化創(chuàng)新設(shè)計(jì)。如今這項(xiàng)技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，常用在模型制造、工業(yè)設(shè)計(jì)、航天、建筑、雕刻、醫(yī)療等領(lǐng)域，被用于制造模型，后還漸用于一些產(chǎn)品的直接制造。

二、3D打印技術(shù)在高等職業(yè)教育中的作用

在三維掃描、建模、3D打印技術(shù)下，可以快速建立三維數(shù)字化工程處理能力，為設(shè)計(jì)師提供了更有效的解決方案，以技術(shù)的手段為集團(tuán)效益的提升和創(chuàng)新行為的產(chǎn)生帶來很大的協(xié)同作用。三維技術(shù)大大的降低應(yīng)用型人才創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)的成本。因此中國能走向世界的前列，就要培養(yǎng)快速成型技術(shù)的人才，把3D打印技術(shù)融入到高等職業(yè)教育教學(xué)中來，讓年輕的大學(xué)生接觸和感受到快速成型技術(shù)對他們知識領(lǐng)域的沖擊和影響。3D打印技術(shù)在高職教學(xué)中的應(yīng)用也進(jìn)一步推進(jìn)了高等職業(yè)教育的深化改革，豐富了高等職業(yè)教育的教學(xué)手段。

1、3D打印技術(shù)提高了課堂的教學(xué)效果

基于三維掃描的3D打印技術(shù)的魅力還在于它不需要在工廠操作，桌面打印機(jī)就可以打出小物品。在教室就，可以利用3三維掃描技術(shù)把教學(xué)中抽象的物體通過快速成型技術(shù)直接呈現(xiàn)到學(xué)生和老師面前。高職院校的教師以三維掃描、建模、3D打印技術(shù)為輔助工具，結(jié)合電子、機(jī)械、軟件等專業(yè)知識，可以不通過多媒體課件的展示，直接打印出3D的實(shí)體教具，完成教學(xué)任務(wù)。這樣通過實(shí)物的展示在形象和細(xì)節(jié)上，都要比傳統(tǒng)課件的虛擬展示更為形象和直接。學(xué)生對這些打印出來的實(shí)物課件表現(xiàn)出濃厚的興趣，大大提高了課堂教學(xué)的效果和學(xué)生們學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

2、3D打印技術(shù)提高了高職院校師生的探究能力

高職院校中有許多專業(yè)需要師生對所學(xué)知識完成專業(yè)設(shè)計(jì)，師生只要經(jīng)過3D技術(shù)的教育訓(xùn)練，結(jié)合自己所學(xué)專業(yè)知識，把成熟的技術(shù)理念快速應(yīng)用到實(shí)踐中。在三維掃描、建模、3D打印技術(shù)下，可以快速建立三維數(shù)字化工程處理能力，為設(shè)計(jì)師提供了更有效的解決方案。學(xué)生們在通過自己的學(xué)習(xí)、分析通過三維掃描、建模、設(shè)計(jì)、創(chuàng)新后，快速打印出小組學(xué)習(xí)中設(shè)計(jì)的作業(yè)實(shí)體。這樣創(chuàng)新的教學(xué)方法和互動(dòng)，極大提高了學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣、認(rèn)知能力和動(dòng)手創(chuàng)造能力。

3、3D打印技術(shù)改變了課堂的教學(xué)模式

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式是老師講學(xué)生聽，或老師利用多媒體課件讓學(xué)生來感知。而現(xiàn)在教師把書本中的抽象物品通過三維掃描快速成型技術(shù)，打印出三維的立體實(shí)物，同學(xué)們在一件件栩栩如生的三維實(shí)物模型前，會(huì)感覺到知識就在自己身邊。學(xué)生通過自己的學(xué)習(xí)把自己的想法通過創(chuàng)新也能實(shí)體化，這學(xué)生的創(chuàng)造力提供了多種的可能。老師在課堂與學(xué)生展開學(xué)科知識的探究，再通過快速成型技術(shù)把理論的變?yōu)槿S現(xiàn)實(shí)的實(shí)體來驗(yàn)證學(xué)習(xí)理論的結(jié)果，這樣豐富了想象和互動(dòng)的課堂。激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神。不可否認(rèn)，3D打印技術(shù)為高校的教師和學(xué)生更多的學(xué)習(xí)和想象空間，為課堂的教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變起了非常關(guān)鍵的作用，

三、 3D打印技術(shù)在高等職業(yè)教育中存在的問題

3D打印技術(shù)在中國教育領(lǐng)域剛剛起步，今天很多高等職業(yè)教育院校引入了快速成型技術(shù)，但它還是一種積極嘗試，在發(fā)展中也發(fā)現(xiàn)了一些問題

首先，3D 打印技術(shù)在很多領(lǐng)域中存在短板。一些學(xué)科虛擬物品，沒有合適的打印材料來完成，或無法支付日常生活中所接觸到的價(jià)格比較昂貴稀缺的材料，真正用于生活應(yīng)用的還并不多，3D適合小規(guī)模制造和高端定制化產(chǎn)品。3D打印技術(shù)只適合靜態(tài)物體，對運(yùn)動(dòng)的物體難以實(shí)現(xiàn)。3D打印技術(shù)對于機(jī)械、建筑、電子等專業(yè)可以說是如魚得水，而對于一些文科類的學(xué)科，還只存在于表面，如文學(xué)名著中的人物、建筑充實(shí)課堂教學(xué)。

其次。3D打印技術(shù)與多媒體課件相結(jié)合的教學(xué)還有待于高職教師進(jìn)一步開發(fā)和實(shí)踐，不只是一味的做個(gè)學(xué)科的教學(xué)工具。在課堂教學(xué)中很多學(xué)生還只是一味的感興趣，并沒有通過快速打印技術(shù)的申請來帶動(dòng)學(xué)生更為深入研究和創(chuàng)新。

今后，在高等職業(yè)教育的課堂中還要師生共同努力，進(jìn)快打造出一套系統(tǒng)的3D打印技術(shù)與多媒體課件相結(jié)合的課堂教學(xué)體系。3D打印技術(shù)為高等職業(yè)教育提供了巨大發(fā)展空間

在3D時(shí)代，應(yīng)用個(gè)人的個(gè)性化定制產(chǎn)品將大行其道，高等職業(yè)學(xué)校是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的基地。3D打印技術(shù)在高等職業(yè)教育領(lǐng)域中的應(yīng)用只是剛剛開始，我們沒有發(fā)達(dá)國家發(fā)展的早，但是只要我們努力學(xué)習(xí)，深入研究，充分發(fā)揮師生的想象力，一定會(huì)在今后的高職教育教學(xué)活動(dòng)中，注入更多的動(dòng)力和創(chuàng)新產(chǎn)品，使高職學(xué)校培養(yǎng)出了的學(xué)生都表現(xiàn)出對3D打印技術(shù)融入各個(gè)學(xué)科教學(xué)時(shí)迸發(fā)出濃厚興趣。為許多高職教育工作者提供更好的教學(xué)工具和教學(xué)方法，同時(shí)使之成為高職院校教師完成高職教育，眾創(chuàng)空間，創(chuàng)新基地建設(shè)。

結(jié)束語

3D打印技術(shù)的前景很好，未來將有可能得到普及進(jìn)入我們的生活。將3D打印技術(shù)融入到高等職業(yè)教育的領(lǐng)域中，對未來的國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到關(guān)鍵的作用?，F(xiàn)在很多高職院校培養(yǎng)出來的高職學(xué)生，都是中國很多企業(yè)生產(chǎn)力發(fā)展的主力軍。這些在學(xué)校里學(xué)會(huì)了專業(yè)技能又能通過快速成型技術(shù)進(jìn)行企業(yè)工業(yè)設(shè)計(jì)。技術(shù)創(chuàng)新的人才，他們可以把成熟的技術(shù)理論，快速應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)、生活的創(chuàng)新中將會(huì)是企業(yè)快速發(fā)展的一股重要力量。雖然3D打印技術(shù)進(jìn)入高等職業(yè)教育的時(shí)間不長，還在積極探索實(shí)踐中，但高職院校的師生們都充滿期待，相信3D打印技術(shù)將在高職院校今后的教學(xué)活動(dòng)中發(fā)揮更為主要作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭紅偉，馬玉瓊，張艷蕊，李世杰. 三維掃描與3D打印技術(shù)在開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)踐與應(yīng)用[J] 實(shí)驗(yàn)室科學(xué).2013.19（2）

[2]兀旦暉，趙晨飛.3D打印技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用研究. [J]課程教育研究.2013-21：185-186

[3]楊三艷，李艷.淺談3D打印技術(shù)在機(jī)械課程教學(xué)中的應(yīng)用. [J]職業(yè)教育與研究.2014（10）：166-168

[4]許曉萍.3D打印技術(shù)在高等教育教學(xué)中的應(yīng)用[J]佳木斯職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)2015（12）