3D打印技術(shù)進(jìn)入高校課程教學(xué)初探

林健　李勁松　李美　梅燁

【摘要】3D打印技術(shù)又稱增量制造技術(shù)，它以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，通過逐層打印來制造三維物體。如今，3D打印技術(shù)被少量引入教學(xué)實(shí)踐中，并取得了一定成果，比如人機(jī)工程學(xué)。本文從實(shí)際情況出發(fā)，簡單介紹3D打印技術(shù)的概念和發(fā)展現(xiàn)狀，著重介紹將3D打印技術(shù)引進(jìn)高校課程教學(xué)的可行性和必要性，并分析了3D打印技術(shù)與各專業(yè)結(jié)合教育的發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】3D打印 教學(xué)實(shí)踐 高校 教育

【基金項(xiàng)目】1.海南大學(xué)中西部高校提升計(jì)劃項(xiàng)目子課題-汽車人機(jī)工程學(xué)2.海南大學(xué)中西部高校提升計(jì)劃項(xiàng)目子課題-汽車構(gòu)造Ⅰ。

【中圖分類號】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）12-0246-01

一、3D打印技術(shù)概況

3D（Three Dimensions）打印是一種通過材料逐層添加制造三維物體的變革性、數(shù)字化增材制造技術(shù)，它將信息、材料、生物、控制等技術(shù)融合滲透，它的發(fā)展將對未來制造業(yè)生產(chǎn)模式與人類生活產(chǎn)生重要影響。它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀可粘合材料通過選擇性激光燒結(jié)或聚合體噴射等方式來構(gòu)造三維物體。早在20世紀(jì)80年代3D打印就在美國開始發(fā)展，直到近幾年，在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展的推動(dòng)下，3D打印的軟件核心數(shù)字模型得以迅速發(fā)展，同時(shí)制造業(yè)技術(shù)水平不斷提高，3D打印的成本在不斷降低，這項(xiàng)革命性技術(shù)的黃金時(shí)代也正在到來。

二、3D打印技術(shù)的教育現(xiàn)狀及進(jìn)入教育的必要性

如今，世界各地從小學(xué)到大學(xué)的教育機(jī)構(gòu)開始出現(xiàn)有關(guān)3D打印的教育課程，而在我國研究該技術(shù)的科研機(jī)構(gòu)也很少，而了解該技術(shù)的普通民眾更是微乎其微，就國內(nèi)高校而言，對3D打印技術(shù)的教育極度缺乏，無法跟美國等發(fā)達(dá)國家相比。

以美國為首的發(fā)達(dá)國家早已經(jīng)重視3D打印技術(shù)的研究與應(yīng)用，更有人認(rèn)為3D打印技術(shù)將成為“第三次工業(yè)革命”的標(biāo)志，并引領(lǐng)工業(yè)制造、建筑、醫(yī)療、食品等傳統(tǒng)行業(yè)的革命性變革。最近幾年3D打印產(chǎn)品的應(yīng)用已經(jīng)初顯成效，就拿醫(yī)療應(yīng)用方面來說，3D打印技術(shù)變得尤為重要。美國一家醫(yī)學(xué)中心利用3D打印技術(shù)成功制造出第一顆人造心臟，這顆用塑料打印出來的心臟可以像正常的人類心臟一樣跳動(dòng)。這樣一來，外科醫(yī)生就可以借助人造心臟來練習(xí)復(fù)雜的心臟手術(shù)。另外，通過3D打印技術(shù)掃描患者身體信息，可以打印出與患者身體完全契合的骨頭以便達(dá)到更好的治療效果。不只在醫(yī)療領(lǐng)域，比如3D打印房子、汽車等現(xiàn)在都已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，一些常規(guī)生產(chǎn)方式無法生產(chǎn)的零部件3D打印都可以輕松完成，而且它的制造效率驚人。我國已經(jīng)是世界上首屈一指的制造大國，但還遠(yuǎn)不是制造強(qiáng)國。因此，創(chuàng)新制造技術(shù)變得尤為重要，3D打印技術(shù)既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。

三、高校3D打印教育探索

高校學(xué)科的設(shè)置應(yīng)該以實(shí)際應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，以培養(yǎng)專業(yè)人才為目標(biāo)。在開設(shè)課程之前要考察專業(yè)的培養(yǎng)方案，比如工科類的專業(yè)就很需要設(shè)置3D打印技術(shù)與設(shè)計(jì)這樣的課程，一些文史類專業(yè)就沒有這個(gè)必要。關(guān)于3D打印技術(shù)與設(shè)計(jì)課程設(shè)置可以從以下幾個(gè)方面著手：

（一）合適的教材至關(guān)重要

國內(nèi)很多地區(qū)和高校在3D打印教育方面還處于空白，放眼全國這方面的教材相對較少。要想在高校開設(shè)3D打印技術(shù)與設(shè)計(jì)方面的課程必須選擇一本適用的教材，教材的內(nèi)容不宜過深，最好要有一個(gè)循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)過程，能夠由淺入深，最后從理論向?qū)嵺`延伸。人機(jī)工程學(xué)的教學(xué)就可以引進(jìn)相關(guān)3D打印技術(shù)教材。學(xué)生立足于教材，并在實(shí)踐課程中掌握3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)的基本方法，可以自行設(shè)計(jì)簡單的3D打印作品。另外，教材的選擇還應(yīng)該吸取各方面經(jīng)驗(yàn)，力求做到不盲目，因材施教。

（二）3D打印技術(shù)的教育應(yīng)與各應(yīng)用專業(yè)相結(jié)合

我們知道3D打印技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域在逐漸擴(kuò)展，而教育方面更應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，保持與專業(yè)應(yīng)用的密切聯(lián)系。許多民間設(shè)計(jì)師將該技術(shù)運(yùn)用到自己的設(shè)計(jì)作品中，他們創(chuàng)造了很多令人驚嘆的作品。但是在高校很少有學(xué)生能夠?qū)?D打印技術(shù)與自己的專業(yè)結(jié)合，設(shè)計(jì)出令人眼前一亮的作品。一方面是因?yàn)楝F(xiàn)在這方面的教育缺失，另一方面學(xué)生缺乏探索新知識的意識和能力。比如在現(xiàn)有的工科、建筑、藝術(shù)設(shè)計(jì)和醫(yī)療等專業(yè)開設(shè)3D打印課程，不僅可以讓學(xué)生接觸最前沿的技術(shù)，還能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，更會(huì)對他們的技術(shù)素養(yǎng)和未來的職業(yè)規(guī)劃產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，同時(shí)也給傳統(tǒng)專業(yè)的學(xué)習(xí)開拓新思路。因此3D打印技術(shù)教育與各應(yīng)用專業(yè)結(jié)合的緊密度將決定3D打印技術(shù)教育最終所取得的成效。3D打印技術(shù)運(yùn)用于人機(jī)工程學(xué)的教學(xué)與實(shí)踐過程，可以提升人機(jī)工程學(xué)的教學(xué)效果并極大豐富教學(xué)成果。

（三）準(zhǔn)確定位3D打印在教學(xué)實(shí)踐中所扮演的角色

第一，要把該項(xiàng)技術(shù)作為教學(xué)目標(biāo)和學(xué)習(xí)內(nèi)容，在教學(xué)過程中教會(huì)學(xué)生如何設(shè)計(jì)、如何建模、如何使用3D打印機(jī)。這樣人機(jī)工程的學(xué)生就利用3D打印技術(shù)來設(shè)計(jì)與人體更加契合的機(jī)器設(shè)備?？梢圆粌H僅將教學(xué)目標(biāo)定位在概念和理論的學(xué)習(xí)，而要立足基礎(chǔ)注重培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力。第二，作為教學(xué)工具或?qū)W習(xí)工具，目前一些高校在工業(yè)實(shí)驗(yàn)室配備了3D打印機(jī)，學(xué)生可以借助3D打印機(jī)將自己的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為作品，有佼佼者的作品在大賽中獲獎(jiǎng)，如此3D打印技術(shù)作為教學(xué)或?qū)W習(xí)工具更激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也體現(xiàn)了學(xué)以致用的教育初衷。

四、總結(jié)

3D打印技術(shù)是近幾年來發(fā)展迅猛的快速生成技術(shù)，應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛，但是受限于材料和成本等因素，該技術(shù)的運(yùn)用還不成熟。當(dāng)前3D打印教育也僅僅是試水階段，國內(nèi)只有少數(shù)高校開設(shè)相關(guān)課程或?qū)I(yè)，將它與人機(jī)工程學(xué)結(jié)合教學(xué)的幾乎沒有。該項(xiàng)技術(shù)的推廣和普及還很滯后，要想在高校全面推行教育面臨巨大挑戰(zhàn)。作為教育工作者不得不認(rèn)識到把它引進(jìn)高校教育的重要性，即使困難重重，也要做教育的先行者，相信在未來十年中會(huì)有更多人了解3D打印技術(shù)，并且運(yùn)用到生產(chǎn)生活中。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅軍 .3D 打印技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[EB/OL].2013，（03）.

[2]郭勁秋 .3D 打印走進(jìn)學(xué)校專業(yè)教育[EB/OL].2013，（03）.

[3]丁玉蘭.人機(jī)工程學(xué) [M].北京理工大學(xué)出版社，2001.

作者簡介：

林?。?991-），男，漢族，安徽人，海南大學(xué)2015級碩士研究生。

李勁松（1974-），男，漢族，江西人，碩士學(xué)歷，海南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院副教授。