3D打印技術(shù)在機械制造技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用展望

班文松

（宿州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 宿州 234101）

隨著科技的發(fā)展日新月異，3D打印技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用也漸日趨成熟，已逐步地應(yīng)用在建筑、食品、醫(yī)學(xué)、機械制造、軍事等領(lǐng)域，它的發(fā)展將會對人們生活和工作帶來翻天覆地的變化。在高職教學(xué)中，隨著教學(xué)模式不斷創(chuàng)新與改革，新的教學(xué)理念也融入其中，以3D打印技術(shù)在機械制造技術(shù)這門課程教學(xué)中應(yīng)用為例，講述其對教學(xué)起到巨大的作用，極大提高了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生對學(xué)習(xí)的興趣。因此，文章就簡單分析和展望3D打印技術(shù)在機械制造技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用，有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力，同時還可以提高教學(xué)效果。

1 機械制造技術(shù)教學(xué)的現(xiàn)狀

機械制造技術(shù)這門課程是數(shù)控技術(shù)、機電一體化技術(shù)、模具設(shè)計與制造專業(yè)的重要的專業(yè)核心課程，是一門集理論、實踐綜合性很強的專業(yè)實用課程。該課程的教學(xué)目標(biāo)要求學(xué)生掌握機械制造的基本加工技術(shù)和基本的理論，再結(jié)合工程實訓(xùn)掌握基本的操作技能，為將來能夠勝任在不同職業(yè)、不同崗位上的專業(yè)技術(shù)工作。目前，在傳統(tǒng)機械制造課程教學(xué)中，大部分教師運用掛圖、圖片、實物模型等開展教學(xué)為學(xué)生講解機械零件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸大小等，而這些通常存在諸多問題。

（1）教師利用的掛圖、圖片都是固定的、靜止的二維平面教具，不能很好地反映出機械零件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸大小，這就要求學(xué)生必須具備較好的 空間想象力。

（2）傳統(tǒng)的教學(xué)模式已無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在新的教學(xué)理念被引入課堂教學(xué)的今天，只靠教師講、學(xué)生觀摩實物模型、查看圖紙等方式開展的教學(xué)已經(jīng)很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從而導(dǎo)致學(xué)生曠課、打游戲、上課玩手機等現(xiàn)象。

（3）傳統(tǒng)機械制造技術(shù)課程教學(xué)課堂任務(wù)相對單一，且以大課堂為主，學(xué)生設(shè)計創(chuàng)新培養(yǎng)不足。在傳統(tǒng)機械制造技術(shù)課程中，由于強調(diào)機械原理的認(rèn)識，所以課程以知識輸入為主，學(xué)生學(xué)習(xí)后的產(chǎn)出只能以書面形式的制圖、作業(yè)為主，形式單一，且千篇一律，學(xué)生的設(shè)計與創(chuàng)新無法在課堂上體現(xiàn)，與現(xiàn)今推廣的創(chuàng)新教育、個性化教育理念相悖。

因此，在機械制造技術(shù)課程教學(xué)所采取的傳統(tǒng)教學(xué)方式存在的問題，特別是學(xué)生失去學(xué)習(xí)積極性，就更不愿意學(xué)習(xí)了。為了解決這些問題，將3D打印技術(shù)應(yīng)用于實踐教學(xué)中，讓學(xué)生自己參與進來親手操作，把具有抽象能力的平面圖紙打印成實物的過程，這樣會大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進一步激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和靈感，收到了良好效果。

2 3D打印技術(shù)概述

2.1 3D打印技術(shù)概念

3D打印（3Dprinting）又稱“三維打印”，是快速成型技術(shù)（RP）的一種，以三維數(shù)字模型為基礎(chǔ)，采用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印技術(shù)過去常使用于模具制造、工業(yè)設(shè)計等領(lǐng)域用來作為制造模型，經(jīng)過近些年的快速發(fā)展，3D打印技術(shù)正逐步推廣應(yīng)用到航空、醫(yī)療、軍事等各個領(lǐng)域之中，在各行各業(yè)中所占的3D打印比重也逐漸增大。

2.2 3D打印技術(shù)特點

3D打印是一種新型的制造生產(chǎn)模式，以計算機輔助設(shè)計（CAD）或計算機動畫建模軟件建模里的數(shù)據(jù)，通過逐層堆疊累積的方式生成，然后在驅(qū)動打印設(shè)備工作，生產(chǎn)加工出所需要的實體。與傳統(tǒng)加工工藝相比，3D打印技術(shù)還具有以下特點：

（1）個性化快速生產(chǎn)。直接從計算機圖形數(shù)據(jù)中生成所需要的形狀零件，不需要機械加工或任何模具，極具個性化。

（2）周期短。傳統(tǒng)加工制造要充分考慮零件的材料、結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、精度和使用壽命等方面不同的要求，采用合理的加工方法和工藝路線等等，所以產(chǎn)品的研制周期較長。而采用3D打印直接根據(jù)計算機動畫建模軟件建模里的數(shù)據(jù)來生成實體，從而極大地縮短產(chǎn)品的研制周期，提高生產(chǎn)率。

（3）材料利用率高。經(jīng)過30年的不斷發(fā)展，3D打印技術(shù)已實現(xiàn)了金屬、塑料、陶瓷、石料、尼龍、高分子材料等常見材料的加工，其原理是通過“積層造形法”來實現(xiàn)實體生產(chǎn)，這樣就大幅減少了材料浪費，提高了材料的利用率。

3 3D打印技術(shù)在機械制造教學(xué)中的優(yōu)勢

（1）改進教學(xué)方法，促進理論聯(lián)系實際。在大部分教學(xué)應(yīng)用的案例中，3D打印技術(shù)本身并不是課程研究的重點,而是借助打印技術(shù)將抽象概念轉(zhuǎn)化成可視化實物，能夠使學(xué)生比較直觀學(xué)習(xí)和掌握知識。在機械制造教學(xué)過程中，3D打印技術(shù)將原來的填鴨式教學(xué)方法改變?yōu)閷W(xué)生自主性的學(xué)習(xí)，學(xué)生在通過打印機械零件時，還會使用到機械、計算機技術(shù)，這樣就會逐漸培養(yǎng)學(xué)生的綜合運用能力。機械制造技術(shù)是以工件表面成形理論和金屬切削理論為基礎(chǔ)，是理論知識和實踐操作聯(lián)系緊密的學(xué)科，課程的實踐目標(biāo)就是熟練掌握各種加工方法和制造工藝，這正是學(xué)習(xí)的難點。因為機械加工方法包括車削、銑削、鉆削、磨削、齒形加工等等非常多的加工方法，學(xué)習(xí)難度比較大。通過3D打印就可以直接打印出所設(shè)計的零件產(chǎn)品，促進理論聯(lián)系實際，讓教學(xué)與生產(chǎn)完美結(jié)合，提高了課堂的教學(xué)效果。

（2）提高學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力。在教學(xué)3D打印技術(shù)過程中，讓學(xué)生自己去參與制作，教師只起到輔助作用，最后打印出機械零部件模型也是讓學(xué)生自己裝配。在整個事件中，學(xué)生為主體全程參與，不僅提高學(xué)生的動手能力、發(fā)現(xiàn)問題的能力以及解決問題的能力，全面促進學(xué)生參與能力的發(fā)展。而動手能力恰是學(xué)生實踐學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。

（3）激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。3D打印技術(shù)重心就是將學(xué)生學(xué)習(xí)的平面零件圖轉(zhuǎn)變?yōu)檎鎸嵉牧Ⅲw模型，將抽象概念以實物的模型展現(xiàn)出來，極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)積極性。例如，加工階梯軸，這根軸上有鍵槽、螺紋、臺肩等一系列的操作，加工時間長、工序步驟多，學(xué)生也容易出現(xiàn)錯誤。如果采用3D打印技術(shù)，學(xué)生只要在開始把數(shù)據(jù)輸入進計算機，通過計算機輔助建模制造，可以快速完成階梯軸。

4 結(jié)語

在機械制造技術(shù)教學(xué)中應(yīng)用3D打印技術(shù)，這是一種新穎的、有效的教學(xué)手段，可以解決抽象的零件圖、學(xué)生厭學(xué)的問題。隨著3D打印技術(shù)不斷地完善成熟，高職院校應(yīng)充分利用3D打印技術(shù)引入其他專業(yè)課程教學(xué)中，這對課程教學(xué)模式起到非常大的沖擊，必將推動3D打印技術(shù)在教學(xué)改革中發(fā)揮出更大的作用。

［1］李華.機械制造技術(shù)［M］.北京：高等教育出版社，2005.

［2］楊三艷，李艷.淺談3D打印技術(shù)在機械類課程教學(xué)中的應(yīng)用［J］.職業(yè)教育研究，2014，（10）.

［3］匡鑫.3D打印技術(shù)在教具制作與教學(xué)中的應(yīng)用［J］.南方農(nóng)機，2015，（12）.

［4］王波，王仙萌.基于3D打印技術(shù)的模具制造［J］.鍛壓裝備與制造技術(shù)，2014，（6）.

［5］豐章俊，符海建.3D打印技術(shù)在機械專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.廣東職業(yè)技術(shù)教育與研究，2017，（12）.

［6］孫江山，吳永和，任友群.3D打印教育創(chuàng)新:創(chuàng)客空間、創(chuàng)新實驗室和 STEAM［J］.現(xiàn)代遠程教育研究，2015，（7）.