3D打印技術(shù)在研發(fā)建筑裝飾專業(yè)教學(xué)教具中的應(yīng)用研究

蒙少青

為了滿足教學(xué)需要，可以結(jié)合建筑裝飾設(shè)計(jì)專業(yè)相關(guān)課程的教學(xué)需求，通過教師指導(dǎo)、本專業(yè)學(xué)生制作的方式，來研發(fā)建筑裝飾設(shè)計(jì)專業(yè)教學(xué)教具。學(xué)生方面，這種方式可以使學(xué)生加深對本專業(yè)知識(shí)的理解，并在實(shí)踐中提升專業(yè)技能；教師使用3D打印的建筑裝飾教具可以提高教學(xué)效率，豐富教學(xué)內(nèi)容；學(xué)校方面，可以節(jié)約資金、改善教學(xué)環(huán)境。

1 3D打印教具在建筑裝飾專業(yè)各類課程中的應(yīng)用

對于基礎(chǔ)課，比如建筑裝飾制圖與識(shí)圖、CAD這兩門課程。高職學(xué)生對于圖紙上的圖缺乏空間想象力，因此需要用更加直觀的形式去理解和學(xué)習(xí)，而通過3D打印的教具結(jié)合圖紙一起展示教學(xué)的方法就更加簡便高效，可以直觀地展示空間關(guān)系等內(nèi)容。

對于設(shè)計(jì)類課程，比如建筑裝飾設(shè)計(jì)。中式風(fēng)格、歐式古典風(fēng)格、地中海風(fēng)格、美式田園風(fēng)格等等，這些各種裝飾風(fēng)格特點(diǎn)僅僅通過圖片、視頻的方式進(jìn)行教學(xué)展現(xiàn)只能給學(xué)生帶來感性的認(rèn)識(shí)，但卻很難使學(xué)生得到理性的認(rèn)知。并且學(xué)校也沒有足夠的場地和資金來支撐起創(chuàng)建所有裝飾風(fēng)格的實(shí)物展示廳。而某一種裝飾風(fēng)格在不同時(shí)期的樣式變化也更加加劇了上述困難。但是，3D打印的教具就可以解決上述問題，同時(shí)通過安排學(xué)生參與3D打印教具研發(fā)的過程，也可以進(jìn)一步提升學(xué)生的理性認(rèn)知。

同樣在建筑裝飾設(shè)計(jì)課程中，不同室內(nèi)空間的功能布局設(shè)計(jì)、軟裝飾的搭配等等，這些課程教學(xué)流程通常使用老師教授、學(xué)生繪制設(shè)計(jì)圖、老師批改設(shè)計(jì)圖的方式進(jìn)行教學(xué)。整個(gè)過程一般經(jīng)歷2～4個(gè)學(xué)時(shí)，教學(xué)時(shí)間過長、并且過程繁瑣、效率低。而且按照這種教學(xué)方式，學(xué)生每學(xué)期只能完整的進(jìn)行2～3個(gè)方案設(shè)計(jì)任務(wù)，得到的專業(yè)訓(xùn)練不多，也不可能真正的練習(xí)到所有風(fēng)格和空間類型。但是使用3D打印教具進(jìn)行教學(xué)就可以改變上述情況。在功能布局設(shè)計(jì)和軟裝搭配方面，學(xué)生可以親手搭建縮微模型沙盤，教師則可以針對錯(cuò)誤的擺放進(jìn)行直接修改，并在修改過程中講述相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行思考和討論。整個(gè)過程所用時(shí)間大致在五至十分鐘之間。這與以往學(xué)生耗費(fèi)2～4個(gè)學(xué)時(shí)繪制設(shè)計(jì)圖相比，用時(shí)少、效率更高，教學(xué)效果也更加直觀，可動(dòng)手性和趣味性也更強(qiáng)。對于理論課，比如人體工程學(xué)。高職類的學(xué)生在本課程中對于數(shù)據(jù)和尺度的把握方面能力較差，容易會(huì)產(chǎn)生枯燥無味感，失去學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)對于符合與不符合人體工程學(xué)的設(shè)計(jì)案例，例如家具、機(jī)器、環(huán)境等內(nèi)容，學(xué)校無法大量提供實(shí)物展示。學(xué)生只能通過教材和自己繪制設(shè)計(jì)圖等方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。教學(xué)效果不好。但是使用標(biāo)準(zhǔn)比例的人偶，以及通過使用3D打印機(jī)打印出標(biāo)準(zhǔn)比例的教具，就可以更加直觀的進(jìn)行演示出符合或者不符合人體工程學(xué)的情景?？菰锏恼n程也會(huì)生動(dòng)起來。

對于涉及到實(shí)際操作的課程，比如室內(nèi)環(huán)境與設(shè)備。課程中給排水管路的安裝操作現(xiàn)場演示環(huán)節(jié)往往會(huì)發(fā)生于二三十個(gè)學(xué)生圍住老師觀看的場景。并且受制于實(shí)訓(xùn)場地的空間限制，所有人無法同時(shí)擠入某一個(gè)房間進(jìn)行觀摩，例如衛(wèi)生間的給排水管路的安裝。這種情況往往需要教師進(jìn)行分組單一演示。演示過程中教師無法監(jiān)督看護(hù)到其他等待組的學(xué)生，安全隱患很大。通過使用3D打印教具，可以做到人手一個(gè)等比例微縮場景。學(xué)生可以通過實(shí)際組裝模型完成給排水管道的前期模擬鋪設(shè)訓(xùn)練，然后再進(jìn)行實(shí)地真實(shí)的實(shí)訓(xùn)操作，就可以提高學(xué)習(xí)效率，降低安全隱患。學(xué)校每年也可以減少相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)管材消耗。

對于軟件課程，比如3ds Max、BIM、SketchUp。學(xué)生通過計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的模型是虛擬的，只能用眼睛看，卻無法伸手觸摸。而通過安排學(xué)生在這些軟件課上親手創(chuàng)建專業(yè)課程所需的3D打印教具模型，可以加深學(xué)生對專業(yè)知識(shí)的理解，提高學(xué)習(xí)興趣。將計(jì)算機(jī)虛擬模型與3D打印實(shí)物相結(jié)合，也提升了課堂的趣味性。

2 研發(fā)建筑裝飾專業(yè)教學(xué)用的3D打印教具流程

由于涉及到專業(yè)教學(xué)，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生參與其中，具體流程如下：

（1）調(diào)研。老師帶領(lǐng)學(xué)生與課程負(fù)責(zé)人和任課教師進(jìn)行溝通，獲取某一課程中某一教學(xué)單元所需情景教學(xué)教具的使用情況。優(yōu)先確定出使用次數(shù)頻繁、課程覆蓋面廣的教學(xué)教具。例如，在建筑裝飾設(shè)計(jì)、家具與陳設(shè)設(shè)計(jì)、家居軟裝設(shè)計(jì)、公共軟裝飾設(shè)計(jì)和人體工程學(xué)這些課程中，家具的教具應(yīng)用廣泛，這里選定一款現(xiàn)代風(fēng)格的木質(zhì)座椅。

（2）獲得數(shù)據(jù)。進(jìn)行相關(guān)教具的數(shù)據(jù)收集，匯總出縮放比例、長寬高、顏色、材質(zhì)、結(jié)構(gòu)組成等內(nèi)容。例如，前面選定的木質(zhì)座椅教具需要覆蓋多門課程，特別涉及到了家具與陳設(shè)設(shè)計(jì)課程中的組合與結(jié)構(gòu)，因此特別要注意搜集座椅各個(gè)部件銜接處的結(jié)構(gòu)特征。

（3）軟件建模。結(jié)合所搜集的數(shù)據(jù)，在軟件課上教師指導(dǎo)學(xué)生完成教具模型的創(chuàng)建。例如，使用3dsMax軟件，逐一等比例創(chuàng)建木質(zhì)座椅模型的各部件。

（4）轉(zhuǎn)換成STL文件。將軟件創(chuàng)建的數(shù)學(xué)模型統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為3D打印機(jī)支持的STL格式。例如，3dsMax可以導(dǎo)出這種格式的文件。

（5）切片輸出。將模型文件進(jìn)行分層切片。使用Cura、RepetierHost等軟件把計(jì)算機(jī)創(chuàng)建完的3D模型分層切片，并設(shè)計(jì)好打印的路徑、填充密度、角度和外殼等。最后儲(chǔ)存成3D打印機(jī)能使用的.gcode文件格式。

（6）3D打印機(jī)準(zhǔn)備。啟動(dòng)3D打印機(jī)，通過數(shù)據(jù)線或SD卡將.gcode格式文件傳送給3D打印機(jī)，裝入打印材料，調(diào)平打印平臺(tái)，設(shè)定參數(shù)，然后打印機(jī)準(zhǔn)備開始工作。

（7）打印。打印過程中注意保持機(jī)器平穩(wěn)，保存環(huán)境清潔和溫度恒定。隨時(shí)留意材料供應(yīng)是否及時(shí)。

（8）打磨。去除支撐、毛邊。3D打印好的模型會(huì)在細(xì)節(jié)上出現(xiàn)問題，比如支撐造成的次邊、剝離基座后產(chǎn)生的凸起等。這些要使用美工刀、小鉗子或鏟子等工具進(jìn)行修整才能獲得滿意的造型。例如給打印好的木質(zhì)座椅3D模型各部分零件逐一打磨光滑。留意結(jié)合處的鏈接部分的樣式，以免誤刪。

（9）上色。剛剛打印好的模型只能算半成品，還需要使用手涂或噴涂的方式給模型上顏色。上色要保持室內(nèi)通風(fēng)，帶好口罩等個(gè)人防護(hù)工具。例如給打印好的木質(zhì)座椅3D模型各部分零件逐一上色。

（10）分類保存，比便應(yīng)用。按照教學(xué)課程或用途進(jìn)行分類，統(tǒng)一將3D打印教具存放在清潔安全的地方，最好配備專門的教具器材室以及專業(yè)的維護(hù)保管人員。例如給打印好的木質(zhì)座椅3D模型各部分零件統(tǒng)一存放進(jìn)收納盒中，并標(biāo)記號(hào)適用的課程、預(yù)覽照片、裝配圖等信息，以便查找。

3 結(jié)語

通過3D打印制作建筑裝飾相關(guān)課程的教學(xué)教具，可以彌補(bǔ)教學(xué)條件的不足因素。并讓本專業(yè)的學(xué)生參與其中，可以使學(xué)生切身學(xué)習(xí)到建筑裝飾相關(guān)課程專業(yè)知識(shí)，提升學(xué)生的專業(yè)技能，也極大的豐富了課程的教學(xué)手段，提高了課堂的教學(xué)效率。

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