3D打印技術(shù)運(yùn)用在體育教學(xué)訓(xùn)練中的前景分析

姚燦國(guó) 廖勇勝 周鴻雁

摘 要：3D打印技術(shù)是一門新興的制造技術(shù)，在醫(yī)療、航空航天、制造等領(lǐng)域得到較廣泛運(yùn)用。文章主要運(yùn)用文獻(xiàn)資料法、田野法等研究方法對(duì)3D打印技術(shù)運(yùn)用到體育教學(xué)與訓(xùn)練中的前景進(jìn)行了研究，結(jié)果是前景一片光明.要達(dá)到普及推廣的運(yùn)用水平，還需解決產(chǎn)品價(jià)格昂貴、3D打印技術(shù)缺陷等問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù);體育教學(xué)與訓(xùn)練;前景

中圖分類號(hào)：TH16;G434

文章編號(hào)：2095-624X（2019）06-0153-02

3D打印技術(shù)（3DP）又稱增材制造（AM），它是20世紀(jì)80年代一位叫查克·赫爾的美國(guó)人發(fā)明的，是一種與傳統(tǒng)制造技術(shù)相反的制造工藝，根據(jù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)3D模型，通過(guò)增材裝備逐層添加材料來(lái)制造三維物品的技術(shù)。

一、運(yùn)動(dòng)人體標(biāo)本的制造前景一片光明

目前廣泛使用的運(yùn)動(dòng)人體標(biāo)本由兩類組成，一類來(lái)源于人類尸體，一類來(lái)源于塑料等材質(zhì)的仿生品。它們的最大缺點(diǎn)是失真，不僅形狀與活體有差異，尤其是顏色差異顯著。此外，來(lái)源于人類尸體的標(biāo)本還存在不易獲取、不易儲(chǔ)藏與保管等缺點(diǎn)。在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生因從小受傳統(tǒng)孝文化熏陶，對(duì)人類尸體有一種非常強(qiáng)烈的敬畏之心，往往對(duì)教學(xué)效果產(chǎn)生一定負(fù)面影響。運(yùn)用3D打印技術(shù)制造的運(yùn)動(dòng)人體標(biāo)本就非常好地解決了這個(gè)問(wèn)題，高仿真給學(xué)生帶來(lái)的視覺(jué)沖擊，能起到很好的教學(xué)效果。在個(gè)案性強(qiáng)的人體標(biāo)本的普及方面，3D打印技術(shù)都有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。

用3D打印技術(shù)制造運(yùn)動(dòng)人體標(biāo)本，目前無(wú)論軟硬件均無(wú)技術(shù)障礙。2015年7月，日本筑波大學(xué)和大日本印刷公司組成的聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)，運(yùn)用CT等醫(yī)療檢測(cè)設(shè)備獲取人體肝臟數(shù)據(jù)，依據(jù)該數(shù)據(jù)建模并通過(guò)3D打印技術(shù)成功制造出可以看清血管等結(jié)構(gòu)的人體肝臟全尺寸、立體模型。美國(guó)Stratasys公司生產(chǎn)的J735與J750全彩多材料3D打印機(jī)，可以同時(shí)混合6種材料，實(shí)現(xiàn)50萬(wàn)種顏色，產(chǎn)品高仿真再現(xiàn)物體的紋理、透明度和軟硬度。試想，在體育與健康課程中讓學(xué)生看到用這臺(tái)打印機(jī)打印出來(lái)的高仿真吸煙者的肺，所產(chǎn)生的教育學(xué)生養(yǎng)成不吸煙的良好生活習(xí)慣的作用是當(dāng)前標(biāo)本難以企及的。

2019年1月21日，筆者專門走訪了我國(guó)3D打印技術(shù)最權(quán)威的“粵港澳3D打印產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心”的專家。專家認(rèn)為，將感應(yīng)芯片內(nèi)置于3D打印人體標(biāo)本，制成全息人體仿真標(biāo)本從技術(shù)層面來(lái)講問(wèn)題不大。如果全息人體仿真標(biāo)本一旦進(jìn)入運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)類課程，將會(huì)使不易量化有點(diǎn)玄乎的教學(xué)內(nèi)容具體化、直觀化、數(shù)值化，比如，推拿與按摩中的力度，針灸中的穴位準(zhǔn)度與進(jìn)針深度;散打、拳擊等搏擊類課程中的擊打部位的準(zhǔn)確度與擊打力度等，這無(wú)疑有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與教師的教學(xué)質(zhì)量，豐富教學(xué)評(píng)價(jià)手段，增加教學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果的可信度。

二、個(gè)性化體育裝備的制造前景廣闊

這個(gè)世界上的每一個(gè)人都是獨(dú)一無(wú)二的，拋開(kāi)高深莫測(cè)、精彩紛呈的意識(shí)層面，僅拿人體形態(tài)指標(biāo)來(lái)說(shuō)，人與人之間就存在或多或少的差異。這種差異導(dǎo)致我們?cè)谑褂霉S流水線上生產(chǎn)的運(yùn)動(dòng)服裝、運(yùn)動(dòng)鞋、帽以及運(yùn)動(dòng)器材時(shí)的舒適度就存在不同，這與新技術(shù)、新材料無(wú)不用到極致的競(jìng)技體育發(fā)展趨勢(shì)相悖。阿迪公司很早就把3D打印技術(shù)運(yùn)用到運(yùn)動(dòng)服裝與運(yùn)動(dòng)鞋等體育裝備制造上。我國(guó)許多散打、拳擊運(yùn)動(dòng)員在比賽時(shí)不喜歡佩戴保護(hù)牙齒的護(hù)齒，其主要原因是購(gòu)買的靠大數(shù)據(jù)生產(chǎn)的護(hù)齒與本人的牙齒不太配套，舒適性較差。如果運(yùn)用3D打印技術(shù)制造的護(hù)齒就能分分鐘解決問(wèn)題。此外，增強(qiáng)握持穩(wěn)定性與舒適度的個(gè)性化球拍、水上項(xiàng)目的劃槳、武術(shù)套路的刀與劍等，都能通過(guò)使用3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

3D打印技術(shù)在體育裝備研發(fā)中同樣具有廣闊的前景，它因?yàn)榫哂邪央娔X中宏偉藍(lán)圖變成實(shí)實(shí)在在的物品的功能，可以大大縮短體育新裝備研發(fā)周期，可以預(yù)見(jiàn)，3D打印技術(shù)將會(huì)被越來(lái)越多的體育裝備企業(yè)運(yùn)用，尤其在開(kāi)發(fā)滿足個(gè)性化裝備需求方面，優(yōu)勢(shì)顯著，市場(chǎng)前景十分樂(lè)觀。

三、在體育教學(xué)與訓(xùn)練中廣泛使用存在的主要問(wèn)題

1.產(chǎn)品價(jià)格昂貴

3D打印技術(shù)，以美國(guó)、德國(guó)為首的西方國(guó)家起步早，核心技術(shù)與高端3D打印裝備均為他們所壟斷。我國(guó)不僅起步晚，而且目前生產(chǎn)的3D打印機(jī)整體來(lái)說(shuō)比較低端，為了滿足體育教學(xué)與訓(xùn)練需要就需要大量引進(jìn)國(guó)外動(dòng)輒幾百萬(wàn)的高端3D打印裝備，這無(wú)疑使制造成本大大提高，影響廣泛使用。

2.3D打印技術(shù)目前自身技術(shù)缺陷

3D打印技術(shù)的主要工作流程是：首先獲取被打印物體的三維數(shù)據(jù)，其次通過(guò)計(jì)算機(jī)建模軟件建模，最后由3D打印機(jī)分區(qū)或逐層打印出物體。這種技術(shù)的最大特點(diǎn)在于幾乎可以制造出任何形狀的靜態(tài)物品，但是，對(duì)運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)態(tài)物體就不能清晰打印出來(lái)。而這恰恰是體育教學(xué)與訓(xùn)練中評(píng)價(jià)教學(xué)與訓(xùn)練效果、診斷技術(shù)動(dòng)作所需要的。另外，產(chǎn)品的生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，目前還不能采用傳統(tǒng)的流水線生產(chǎn)方式來(lái)大批量生產(chǎn)。

3.相關(guān)法律的缺失

3D打印技術(shù)在我國(guó)還處于普及推廣階段，因?yàn)槠鋷缀蹩梢园盐锲钒ㄈ耍ㄐ螒B(tài)、外觀）能夠一模一樣地打印出來(lái)。打印出來(lái)的物品、人體器官等還具有一定功能，這就容易涉及道德方面的問(wèn)題，涉及知識(shí)產(chǎn)權(quán)、肖像權(quán)等法律方面的問(wèn)題，目前我國(guó)還沒(méi)有出臺(tái)相關(guān)法律來(lái)約束、規(guī)范3D打印技術(shù)的使用。

四、在體育教學(xué)與訓(xùn)練中廣泛使用的建議

（1）國(guó)家與民間加大3D打印技術(shù)研發(fā)投入，打破以美國(guó)為首的西方國(guó)家對(duì)3D打印核心技術(shù)的壟斷，提高高端3D打印機(jī)的制造能力，降低客戶使用成本。

（2）改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)能;自主創(chuàng)新，突破4D乃至5D打印技術(shù)，解決3D打印技術(shù)不能清晰打印動(dòng)態(tài)物體的難題。

（3）加快規(guī)范使用3D打印技術(shù)的法律、法規(guī)出臺(tái)，為3D打印技術(shù)的普及推廣保駕護(hù)航。

3D打印技術(shù)運(yùn)用到體育教學(xué)與訓(xùn)練，前景一片光明。第一，3D打印技術(shù)給運(yùn)動(dòng)人體標(biāo)本帶來(lái)一場(chǎng)革命性改變，因其幾乎與活體標(biāo)本一模一樣的顏色、形狀、質(zhì)感，可以加深學(xué)生印象，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。第二，隨著科技水平不斷發(fā)展，3D打印技術(shù)不斷完善與突破，新的打印產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，這勢(shì)必大大豐富教師教學(xué)儀器、教具、教學(xué)與訓(xùn)練手段的選擇內(nèi)容，同時(shí)讓教學(xué)與訓(xùn)練效果的評(píng)價(jià)更加科學(xué)、客觀。當(dāng)然，目前3D打印技術(shù)大量運(yùn)用到體育教學(xué)與訓(xùn)練中，還存在一些亟待解決的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)缺乏核心技術(shù)、3D打印技術(shù)自身技術(shù)缺陷、新技術(shù)帶來(lái)的道德和法律層面的問(wèn)題等，這都是當(dāng)前制約3D打印技術(shù)在體育教學(xué)與訓(xùn)練中廣泛運(yùn)用的因素。

縱觀古今，任何一項(xiàng)具有劃時(shí)代意義的新技術(shù)誕生后，對(duì)我們學(xué)習(xí)、工作、生活的影響都是經(jīng)過(guò)由小到大、由弱到強(qiáng)的過(guò)程。隨著3D打印技術(shù)不斷改進(jìn)完善，其產(chǎn)品將會(huì)大量運(yùn)用到體育教學(xué)與訓(xùn)練中，讓體育教學(xué)與訓(xùn)練變得更加科學(xué)、高效。

參考文獻(xiàn)：

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