3D打印技術(shù)在工業(yè)設(shè)計專業(yè)教學中的應(yīng)用

鄭濤

摘要：3D打印技術(shù)是一種新型的快速成型技術(shù)，能夠?qū)⑽矬w利用逐層打印這一方式立體地展示出來，這一技術(shù)的發(fā)展也為工業(yè)設(shè)計等專業(yè)的教育工作的展開提供了新的途徑與思路，3D打印技術(shù)能夠?qū)⒊橄蟮脑O(shè)計思路形象地展示出來，讓學生看到三維的實體模型，從而提高其思維能力與實踐能力。文中將對3D打印在高校教學中的應(yīng)用現(xiàn)狀進行簡述，然后分析3D打印技術(shù)在工業(yè)設(shè)計專業(yè)教學中應(yīng)用的意義與作用，最后提出推動其廣泛應(yīng)用的有效途徑。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；工業(yè)設(shè)計專業(yè)；教學應(yīng)用

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）15-0225-02

3D打印技術(shù)的產(chǎn)生與應(yīng)用有利于促進相關(guān)專業(yè)與行業(yè)的進一步發(fā)展，高等院校的工業(yè)設(shè)計專業(yè)意在培養(yǎng)具有高素質(zhì)、高專業(yè)技能的工業(yè)設(shè)計人才，而3D打印技術(shù)在教學中的引入對人才的培養(yǎng)有著極大的推動作用，高校在教學中應(yīng)當對該技術(shù)的應(yīng)用予以重視，努力提高教學水平，使學生的能力與素質(zhì)能夠得到有效的提升，為我國工業(yè)設(shè)計行業(yè)提供不竭的人才支持。

一、3D打印在高等院校教學中的應(yīng)用現(xiàn)狀

3D打印的優(yōu)勢在于快速成型以及增材制造，3D打印設(shè)備能夠以三維數(shù)據(jù)圖為依據(jù)將圖紙上的設(shè)計制作成為實物，立體地展示出來。高校是工業(yè)設(shè)計人才培養(yǎng)的重要場所，為了提高教學效率，使人才的能力與素質(zhì)能夠滿足市場的需求，很多高校都開始引進3D打印設(shè)備，并將其應(yīng)用到實際的教學活動中。

我國的3D打印技術(shù)尚處于初級階段，技術(shù)、設(shè)備的研究仍不成熟，3D打印在高校教學中的引入，一方面是為了促進教學工作的展開，另一方面也是為了加快3D打印技術(shù)的研究。華中科技大學、清華大學、北京航空航天大學等高校都有專門進行3D打印技術(shù)研究的機構(gòu)，且其水平較高。很多高校還與企業(yè)合作，將自己的研發(fā)成果供與企業(yè)生產(chǎn)。機械制造、航空航天、產(chǎn)品研發(fā)等領(lǐng)域都可應(yīng)用到該技術(shù)，因此，相關(guān)的工業(yè)設(shè)計專業(yè)應(yīng)當在教學中引入3D打印設(shè)備，以開拓學生的視野，提高學生的實踐能力，增強學生就業(yè)競爭力。但是在教學應(yīng)用的過程中也暴露出了一定的問題，首先，3D打印具有一定的局限性，例如其模型規(guī)模最大僅能達到1.8米，如果在課堂上需要生產(chǎn)設(shè)計一些大型的交通工具模型，僅憑3D打印技術(shù)是無法完成的；其次，由于我國在相關(guān)方面的研究仍然處于初級階段，因此技術(shù)成本、設(shè)備成本均相對較高，高校的經(jīng)濟收入有限，這種情況使高校難以大范圍地將3D打印技術(shù)與設(shè)備投入到教學實踐中；再次，3D打印可應(yīng)用的領(lǐng)域較多，由于不同領(lǐng)域的需求不同，因此3D打印設(shè)備也存在類型、型號等方面的差異，而高校一般引進的技術(shù)設(shè)備都較為單一，這種情況對教學效果有一定的影響。

二、3D打印應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計專業(yè)教學的意義

1.提高學生的基礎(chǔ)理論素質(zhì)。工業(yè)設(shè)計專業(yè)具有較強的綜合性，其涵蓋的范圍廣，技術(shù)難度大，學科交叉明顯，而3D打印技術(shù)兼具材料科學、控制技術(shù)、機械技術(shù)、光學工程、計算機技術(shù)等內(nèi)容于一體，在教學中應(yīng)用這一技術(shù)能夠加深學生對專業(yè)知識的感知與了解，學習3D打印技術(shù)能夠拓展學生視野，擴充學生的知識結(jié)構(gòu)，提高學生的綜合素質(zhì)。社會的發(fā)展離不開人才的支持，具有實踐能力固然重要，但是學生同樣應(yīng)當具備與自身能力相匹配的理論素質(zhì)。學生只有同時具備軟件操作能力以及設(shè)計知識才能夠熟練地對設(shè)備進行操作，因此將3D打印技術(shù)的相關(guān)知識納入到工業(yè)設(shè)計專業(yè)的學科體系建設(shè)中是十分必要且重要的，對這一技術(shù)的學習能夠提升學生的理論素質(zhì)，提高學生的綜合能力。增加學生的知識儲備是3D打印技術(shù)在教學中應(yīng)用的基本出發(fā)點。

2.提高學生的實踐操作能力。在傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計專業(yè)教學中，理論講述是重點，關(guān)于模型設(shè)計的內(nèi)容大多通過單純的講解或者二維圖像展現(xiàn)給學生，在實踐操作課程中，教師僅能夠指導學生制作簡單的模型，而對于內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜的模型，學生僅能通過自己的想象進行理解，這種教學方法禁錮了學生的思維，不利于學生創(chuàng)造思維與設(shè)計能力的提升。而3D打印技術(shù)可根據(jù)圖紙以及相關(guān)數(shù)據(jù)將實物模型展示出來，保證一次成型，不會受到模型結(jié)構(gòu)復雜等問題的影響。在教學過程中學生可以充分發(fā)揮想象，設(shè)計產(chǎn)品，并利用3D打印機將自己的想法變?yōu)楝F(xiàn)實，這種教學方式能夠拓展學生的思維，提高學生的創(chuàng)造力與想象力。學生在專業(yè)課程的學習中能夠親身實踐，自主設(shè)計產(chǎn)品方案，在利用3D打印技術(shù)進行試驗的過程中，學生能夠發(fā)現(xiàn)設(shè)計方案中的不足并有針對性地對方案進行改進，直到設(shè)計完全符合要求與標準，這種反復修改的過程能夠提高學生在實踐設(shè)計中的科學性與嚴謹性。

3.推動產(chǎn)學研模式的發(fā)展。工業(yè)設(shè)計專業(yè)的教學安排應(yīng)當以當前市場的需求為依據(jù)，高校應(yīng)當關(guān)注相關(guān)行業(yè)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展動向，很多高校都開始逐漸意識到校企合作的重要性，并與周圍的企業(yè)展開了密切的合作，即努力建立產(chǎn)學研模式，促進人才、高校、企業(yè)的全面發(fā)展。3D打印技術(shù)的應(yīng)用為產(chǎn)學研一體化教學模式的展開提供的有利的條件，這一技術(shù)在未來工業(yè)制造發(fā)展中起著重要的引領(lǐng)作用，無論是企業(yè)還是高校都應(yīng)當認識到這一發(fā)展趨勢，但是當前3D打印設(shè)備的成本較高，企業(yè)若想將其用于生產(chǎn)，資金投入將達到幾十萬，甚至是幾百萬，這對企業(yè)來說是不利的，而當前很多高校不僅有豐富的人才資源，同時還具有先進的3D打印設(shè)備，二者的結(jié)合將促進產(chǎn)學研模式的深入完善。學生可以利用3D打印機將自己的設(shè)計想法展示出來，企業(yè)擇取最優(yōu)方案投入生產(chǎn)實踐。總的來說，3D打印技術(shù)在高校的應(yīng)用能夠促進高校、人才與企業(yè)的共同發(fā)展，提高產(chǎn)學研的水平。

三、推動3D打印廣泛用于工業(yè)設(shè)計專業(yè)教學的途徑

1.將手工制作與3D打印結(jié)合起來。3D打印雖然具有成型迅速等優(yōu)勢，但是在實際的教學過程中，課堂所需的實物模型有大有小，而學校引進的打印設(shè)備較為單一，僅能滿足對某一個尺寸或某幾個尺寸的需求，過大的模型是無法通過3D打印展示出來的，因此在課堂教學中還應(yīng)當對手工制作模型予以足夠的重視，在手工制作中，學生能夠切實體會模型制作的問題與不足，而3D模型則能夠?qū)碗s結(jié)構(gòu)予以展示，兩種模型制作方法的綜合運用能夠使學生的動手能力與思維能力得到全面的提升。

2.應(yīng)用于教具開發(fā)。3D打印技術(shù)十分適合應(yīng)用在自主研發(fā)和小規(guī)模生產(chǎn)環(huán)節(jié)。在高職院校工業(yè)設(shè)計教學中，很多課程在授課過程中都需要使用實物教具，以加深學生對知識的理解。但是，大多數(shù)教具都需要根據(jù)教學內(nèi)容加以定制，很難在市場中采購到。例如，《設(shè)計概論》課程中需要設(shè)計史上著名的設(shè)計作品的實物教具；《機械制圖》課程中需要通過實物模型向?qū)W生講解形體的三視圖；《產(chǎn)品設(shè)計》課程中需要把學生設(shè)計作品轉(zhuǎn)化成實體模型；《計算機輔助設(shè)計》課程中需要通過教具模型讓學生理解三維建模軟件的形面構(gòu)建。這些教具都可以通過3D打印技術(shù)實現(xiàn)自主設(shè)計和小規(guī)模生產(chǎn)，這樣教具與學生所學知識就可以實現(xiàn)無縫對接。同時，教具還可以根據(jù)授課內(nèi)容的更新，實現(xiàn)自主設(shè)計和更新。通過3D打印技術(shù)將書上或紙上的知識或圖片立體地展示給學生，學生對知識點的理解會更加直觀，教學效果也會得到極大提升。

3.加深校企合作的深度與廣度。3D打印設(shè)備成本與打印材料的成本均較高，因此即使學校購買了相關(guān)設(shè)備，受到打印材料的限制，也無法將其廣泛投入到教學實踐中。而在企業(yè)的生產(chǎn)實踐中如果在設(shè)備引進中投入大量資金，將造成自身競爭優(yōu)勢的損失，因此高校與企業(yè)應(yīng)當加大合作的深度與廣度，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，高校為企業(yè)提供人才與設(shè)備支持，企業(yè)則為高校提供資金補助，并為學生的實踐提供空間與平臺，企業(yè)與高校共同開發(fā)相關(guān)項目，提高3D打印技術(shù)研發(fā)的效率。

4.建設(shè)區(qū)域性的3D打印服務(wù)平臺。為使企業(yè)與高校都能夠加深對3D打印技術(shù)的理解，促進產(chǎn)學研模式的深入應(yīng)用，政府應(yīng)當參與到區(qū)域性的3D打印服務(wù)平臺的建設(shè)中，積極引導高校與企業(yè)參與到相關(guān)研究中，政府應(yīng)當對高校予以適當?shù)难a貼，鼓勵高校引進不同類型的設(shè)備，建設(shè)區(qū)域化的服務(wù)體系，對3D打印研發(fā)進行專業(yè)化的運營，實現(xiàn)區(qū)域資源的共享，讓更多的高校與企業(yè)有機會接觸到3D打印技術(shù)。

四、結(jié)語

3D打印技術(shù)對未來機械制造業(yè)的發(fā)展有著重要的意義，高校在教育改革與建設(shè)中應(yīng)當認識到這一發(fā)展趨勢，在安排工業(yè)設(shè)計專業(yè)的課程時應(yīng)當將3D打印相關(guān)的內(nèi)容納入其中，從而提高學生的理論素質(zhì)與實踐能力，促進產(chǎn)學研模式的進一步發(fā)展，高校應(yīng)當與企業(yè)展開深入合作，促進工業(yè)制造業(yè)、高校與人才的共同發(fā)展。

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