基于增材制造（3D打?。┘夹g在三維建模實訓教學中的應用研究與實踐

周 凱 張 燁

（上海師范大學天華學院，上海 201815）

基于增材制造（3D打?。┘夹g在三維建模實訓教學中的應用研究與實踐

周 凱 張 燁

（上海師范大學天華學院，上海 201815）

以“中國制造2025”為需求，以德國“工業(yè)4.0”發(fā)展為導向，參照“美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，結(jié)合實踐教學協(xié)調(diào)發(fā)展的國際化教學要求，以應用型“技術”加“藝術”為人才培養(yǎng)目標，將增材制造（3D打?。┘夹g融入三維建模課程的實訓教學環(huán)節(jié)中，將學生設計作品由虛擬變成實物，實現(xiàn)“設計”與“制造”的貫通，為綜合應用型技術人才的培養(yǎng)提供有效途徑。

增材制造 實訓教學 3D打印 藝術設計

引言

將增材制造（3D打印）技術融入三維建模實訓教學環(huán)節(jié)中，將學生設計的三維模型，通過增材制造（3D打?。┘夹g將虛擬變成實物，讓“機械工程學”及“設計學”專業(yè)的學生在三維建模實訓中接觸了解“新技術，新材料，新工藝技術內(nèi)容”，與當前主流技術相銜接，促進不同學科間的學術交流與互補發(fā)展，從而為培養(yǎng)一批“藝術”加“技術”的復合型專業(yè)技術型人才打下基礎。1 研究思路和方法及研究步驟在三維建模實訓課程中引入增材制造（3D打?。┘夹g的應用研究與實踐，將如圖1所示的線路圖為流程。

圖1 線路圖

（1）本教學重實踐應用，針對相關專業(yè)的學生，借鑒國外相關課程進行教學，在三維建模實訓課程后期導入3D打印技術，選取有創(chuàng)意性作品。

（2）將虛擬三維模型通過3D打印機轉(zhuǎn)換成實物，讓學生掌握3D打印機應用技術。培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識，讓學生與時俱進掌握新技術的應用技能。

（3）實訓過程中，以班級為單位分成若干小組，以團隊形式內(nèi)部推選創(chuàng)意的三維建模作品，進行實體打印。

（4）在打印過程中，介紹3D打印機工作原理及操作步驟。通過實物打印過程，讓學生掌握3D打印技術的應用，并對設計的產(chǎn)品進行分析處理到再設計。

2 教學成效

2.1 機械設計制造及其自動化專業(yè)

（1）機械專業(yè)學生掌握3D打印機的工作原理，對其結(jié)構(gòu)特點有深一步的認識，對3D打印機可以進行相關參數(shù)的設置，具有綜合應用能力。

（2）3D打印技術與機械設計制造及其自動化專業(yè)的CAD/CAM技術有效結(jié)合，學生在技術層面多掌握一門新的應用型技術，將機械設計零件實物化。

（3）應用3D打印技術制造所設計的產(chǎn)品，掌握對增材制造技術的應用與實踐。學生在實訓課中將自己設計出來的三維模型通過3D打印機制作出來，將虛擬產(chǎn)品變成實物，增強學生課堂互動，激發(fā)創(chuàng)新思維，提升創(chuàng)造力，培養(yǎng)自主創(chuàng)新人才。

2.2 藝術設計專業(yè)

（1）藝術設計出來的產(chǎn)品具有一定的創(chuàng)新及實用性。學生掌握設計創(chuàng)作的專業(yè)技能和方法，成為具有一定工業(yè)設計修養(yǎng)和審美能力的復合型人才。

（2）通過3D打印技術，將設計產(chǎn)品實物化，并進行有效分析再創(chuàng)造。讓學生掌握新技術，在后期工作中多降低設計后的加工成本，有效利用應用型技術解決實際問題，開發(fā)新產(chǎn)品，將“產(chǎn)”“學”“研”在校內(nèi)有機結(jié)合。

2.3 學科間交流

（1）兩專業(yè)學生對所設計的三維建模作品進行處理、分析及優(yōu)化，通過增材制造技術將其實物呈現(xiàn)。結(jié)合專業(yè)間特點及當今市場需求，進行創(chuàng)新設計或改進。藝術設計專業(yè)學生了解3D打印機基本工作原理，使用3D打印機制作設計的產(chǎn)品，并對機械專業(yè)設計的模型結(jié)合“工藝美“”進行分析處理。

（2）促使學科間互補，部分學生滿足“藝術”加“技術”的復合型專業(yè)技術型人才要求，設計的作品可以參加相關比賽。例如，對機械設備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外形進行處理，設計并制作出作品的模型。例如：機床外形及機構(gòu)再次設計、3D打印機設計與制作、汽車外形設計等。

3 教學分析

（1）培養(yǎng)學生利用三維軟件設計出有創(chuàng)造性、實用性、符合打印的三維模型。針對已有的機械設備進行優(yōu)化處理再創(chuàng)新。具體的，機械專業(yè)針對對機械結(jié)構(gòu)方面，藝術設計針對外形優(yōu)化。

（2）教學中，將三維建模實訓中引入增材制造（3D打?。┘夹g的研究，將3D打印技術與當前的教學計劃對接，做到知識上的連貫性。

（3）新技術的應用是為了使應用型本科學生更好得與世界接軌，也是為了將增材制造（3D打?。┘夹g在應用型本科教學計劃研究做鋪墊，是學生就業(yè)及社會發(fā)展的需要，從而做到產(chǎn)學研相結(jié)合，推動國內(nèi)研發(fā)與應用同步發(fā)展。

（4）在傳統(tǒng)設計前提下快速融入新技術，應用并推廣增材制造（3D打印技術）在藝術設計領域的工業(yè)設計?！凹夹g”與“藝術”的結(jié)合，必將為未來的“中國制造2025”做出貢獻。

（5）兩學科間的三維建模軟件，尋找通用格式交流使用，相互審閱，對彼此專業(yè)的特長起到互補作用，將各自的學科特色相結(jié)合，將技術融合、學科融合，從而走國際化應用型人才的培養(yǎng)模式。

[1]Berman，Barry.3-D Printing：The New Industrial Revolution[J].Business Horizons，2012，55（2）：155-162.

[2]Dolphin，Jake.3D Printing-Piracy or Opportunity?[J]. Keeping Good Companies，2012，64（5）：300-303.

[3]陳燕和.中國3D打印研究（1993-2014）[J].現(xiàn)代情報，2015，35（6）：86-89.

[4]吳亞輝，張英琦.多層次開放型先進制造技術訓練模式的探索與實踐[J].實驗室科學，2014（5）：196-199.

[5]王娟，3D技術教育應用創(chuàng)新透視[J].現(xiàn)代遠程教育研究，2015，（1）：63-69.

Application Research and Practice of the Technology of Increasing Material Manufacturing (3D Printing) in the Teaching of Three Dimensional Modeling and Practice

ZHOU Kai, ZHANG Ye
(Shanghai Normal University Tianhua college, Shanghai 201815)

Based on "Chinese manufacturing 2025" requirements, to the German industrial 4 development oriented, with reference to the "American industrial Internet, combined with the requirements of the international coordinated development of teaching and practice teaching, the application of" technology "and" art "as the talent training goal, will increase in material manufacturing (3D printing) technology into practice the 3D modeling teaching curriculum, students will design works from the virtual into real, through the realization of" design "and" manufacturing ", to provide an effective way to cultivate comprehensive applied technological talents.

increasing material manufacturing, training teaching, 3D printing, art design