3D打印技術(shù)在專業(yè)學(xué)習(xí)和教育中的應(yīng)用探索

摘要：3D打印技術(shù)（3DP）是一種快速成型技術(shù)，是一種有別于傳統(tǒng)制造業(yè)的制造技術(shù)，其研究應(yīng)用前景廣闊。本文簡要介紹3D打印技術(shù)的發(fā)展歷程和原理，描述了3D打印技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。并結(jié)合自身的經(jīng)歷對3D打印技術(shù)應(yīng)用于學(xué)習(xí)中的優(yōu)勢進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：3D打??；快速成型；定制化；3D打印教學(xué)模式

引言

隨著社會的飛速發(fā)展，各種新型科技也不斷的涌入人們的生活，其中3D打印技術(shù)就是近年來的典型代表。最近幾年，3D打印的曝光度越來越高，3D打印房屋、3D打印汽車、3D打印血管等一次次的吸引了人們的眼球。3D打印產(chǎn)品的橫空出現(xiàn)，廣泛地引起民眾的關(guān)注。

1、3D打印技術(shù)概述

1.1、3D打印技術(shù)的產(chǎn)生

3D打印技術(shù)的核心制造思想最早起源于100多年前的美國。1986年 Hull發(fā)明的光固化成型技術(shù)，1988年 Feygin發(fā)明的分層實(shí)體制造技術(shù)，1989年 Deckvard發(fā)明了粉末激光燒結(jié)技術(shù)。1993年Sachs在麻省理工學(xué)院提出了立體噴墨打印技術(shù)并得到廣泛使用。1988年美國3DSystems公司在Hull的專利思維下，生產(chǎn)出了一臺3D打印設(shè)備——SLA-250（ 光固化成型機(jī)），這也是史上第一臺商業(yè)化的3D打印設(shè)備，為3D打印技術(shù)開啟了一個全新的紀(jì)元。

1.2、3D打印的原理

首先，利用CAD軟件（如Pro/E）進(jìn)行建模，并將建立的3D模型沿著Z 軸進(jìn)行分層，即分割成多個平面，而每層平面對應(yīng)一個二維圖案信息，再利用3D打印在每一個平面上按照圖層信息，將塑料、金屬等目標(biāo)物質(zhì)黏合在一起，然后逐層打印，并通過每層的二維圖形積累，最后形成一個三維模型。

1.3、3D打印技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

1、優(yōu)點(diǎn)

（1）定制化：3D打印一個較大的優(yōu)勢在于將設(shè)計人員的想象力和創(chuàng)造力得到了無限的放大，不再受傳統(tǒng)生產(chǎn)模式和生產(chǎn)工藝限制，設(shè)計人員可以根據(jù)消費(fèi)者的需求量身定制出自己想要的產(chǎn)品，通過3D打印實(shí)現(xiàn)量身定制生產(chǎn)產(chǎn)品。

（2）提高生產(chǎn)效率：3D打印技術(shù)有別于傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，它將一系列工具融為一體，通過3D制圖數(shù)據(jù)控制、激光掃描、材料融化等技術(shù)，使特定材料按照三維數(shù)據(jù)進(jìn)行特定的排列，最終把虛擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為真實(shí)的產(chǎn)品。此過程中降低了生產(chǎn)產(chǎn)品所需時間、提高了其生產(chǎn)效率。

（3）較大的降低了生產(chǎn)成本：3D技術(shù)節(jié)省了模具鑄造所需費(fèi)用，并且使材料的利用率得到了提高，還節(jié)省了大量的人工生產(chǎn)費(fèi)?；?D打印的生產(chǎn)過程，決定了所需物品可以在任何時間和地點(diǎn)精確的打印，更進(jìn)一步節(jié)省了物流、配送、上貨等成本。

（4）顛覆傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)：3D打印生產(chǎn)把工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)重新定義，這使得小型企業(yè)重獲希望。它借助于信息技術(shù)使得大量物質(zhì)流被虛擬化而轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒘?，從而將傳統(tǒng)集中龐大的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變?yōu)樯鐣a(chǎn)模式。

2、缺點(diǎn)

（1）技術(shù)成本高且工時長：3D打印雖然有較多的優(yōu)勢，但由于技術(shù)有一定的難度和打印材料研發(fā)困難，因此3D打印機(jī)價格昂貴，并且在金屬成型上的工作效率低。

（2）規(guī)模化生產(chǎn)不具備優(yōu)勢：3D打印在私人定制化生產(chǎn)有優(yōu)勢，那么相反在規(guī)?；可a(chǎn)就不具備優(yōu)勢。傳統(tǒng)制造工藝在批量化生產(chǎn)中用時短、成本低、精度高。

（3）可使用材料少：3D打印能使用的材料還有限，這也是3D打印技術(shù)的一個重大技術(shù)瓶頸。

2、3D打印技術(shù)在自身學(xué)習(xí)中的心得與探索

2.1、將3D打印技術(shù)應(yīng)用于課堂教學(xué)

3D打印為教育行業(yè)開啟了一條嶄新的道路，許多教育機(jī)構(gòu)以及一些組織，正在研究、探索如何能將3D打印技術(shù)靈活的應(yīng)用到教學(xué)和學(xué)習(xí)。學(xué)生不僅可以感受到3D打印技術(shù)輔助教學(xué)的便利性和直觀性，還可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，同時可以有效地提高他們創(chuàng)新實(shí)踐的能力，更對學(xué)生的實(shí)戰(zhàn)技能和未來的進(jìn)入崗位產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。據(jù)調(diào)查，在中國的大學(xué)中90%以上培養(yǎng)的是面面俱到、門門懂的大而全或小而全廣泛性知識性人才，而專職教育的比重只有不到10%。有了這樣的的格局，那么中國與德國工業(yè)的差距就不足為奇了。課堂上的課程大多是抽象的、空洞的、理想的，都是自己的頭腦中建立了一個工廠及一套生產(chǎn)模式，但它的可行性卻得不到驗證。因此，將3D打印引入我們課堂是非常有必要的。

2.2 3D打印應(yīng)用與教育行業(yè)中的優(yōu)勢

3D打印技術(shù)的引入，可以讓我們實(shí)現(xiàn)“學(xué)中做、做中學(xué)、所思即所得”的模式，在學(xué)習(xí)中我們可以將抽象的東西設(shè)計打印出來，將理論轉(zhuǎn)化為實(shí)際，通過實(shí)際的運(yùn)轉(zhuǎn)、操作中再發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，在此操作過程中再學(xué)習(xí)到新的東西，讓學(xué)有所用，實(shí)現(xiàn)更早的將理論與實(shí)際結(jié)合。打印的實(shí)物圖還可以進(jìn)行理論操作，進(jìn)行模擬實(shí)訓(xùn)，有機(jī)的將學(xué)校和社會企業(yè)相結(jié)合，真正培養(yǎng)一批社會所需要的人才。

2.3 3D打印將企業(yè)和學(xué)校緊密的聯(lián)系在一起

3D打印這個產(chǎn)業(yè)的推進(jìn)離不開后備人才儲備，而對于這個行業(yè)目前人才面臨著嚴(yán)重的缺乏，那么解決這一問題學(xué)校自然應(yīng)該首當(dāng)其沖。所以對于人才儲備的培養(yǎng)刻不容緩，將3D打印與教學(xué)相結(jié)合將會促進(jìn)中國發(fā)展質(zhì)的飛躍，在深化了理論知識和提高可操作性人才比例的同時培養(yǎng)新技術(shù)人才。但目前3D 教學(xué)內(nèi)容、課程設(shè)置、3D人才培養(yǎng)方案都比較匱乏。因此，進(jìn)行課程改革，創(chuàng)建新型學(xué)習(xí)模式，開展產(chǎn)學(xué)研合作，探索 3D 創(chuàng)新型人才培養(yǎng)新模式，將成為未來幾年構(gòu)建綠色生態(tài)教育質(zhì)量體系的重要內(nèi)容。

大學(xué)是一個培育社會所需人才的基地。而社會需要能解決問題、擁有較強(qiáng)動手能力的人才。3D打印就可以發(fā)揮德國教育模式中的“二元制”。將企業(yè)和學(xué)校聯(lián)合起來，將理論與實(shí)踐結(jié)合起來，理論為輔實(shí)踐為主，將考察方式轉(zhuǎn)變?yōu)闀娉煽兒蛯?shí)際技能操作考察兩種。3D打印教育采用理論學(xué)習(xí)和實(shí)、踐培訓(xùn)相結(jié)合，這不同于傳統(tǒng)的理論灌輸式學(xué)習(xí)，不需要空談過多的大道理，重要的是在實(shí)踐中讓學(xué)員理解，在理解的基礎(chǔ)上進(jìn)一步創(chuàng)新，培養(yǎng)一批理論與實(shí)踐的結(jié)合體、實(shí)用型、大學(xué)生。

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作者簡介：趙建森（1997.5—），男，漢族，籍貫：四川巴中人，四川工業(yè)科技學(xué)院汽車工程系，16級在讀本科生，本科學(xué)位，專業(yè)：車輛工程，研究方向：3D打印、無人駕駛。