3D打印技術(shù)在高校教育中的應(yīng)用研究與前景展望

肖楠 馮寶輝

隨著工業(yè)水平的飛速發(fā)展，被譽(yù)為“第三次工業(yè)革命”核心的3D打印技術(shù)得以普及且備受關(guān)注。從普通的工藝品打印到高精度工業(yè)零件打印，這無疑對(duì)普通制造業(yè)產(chǎn)生了巨大的沖擊。而對(duì)于高校教育來講，3D打印技術(shù)在其中的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)，不僅對(duì)傳統(tǒng)教育模式與教學(xué)內(nèi)容有了更進(jìn)一步的創(chuàng)新與發(fā)展，而且對(duì)于提高大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)和增強(qiáng)創(chuàng)業(yè)的可行性便有了物質(zhì)性的保證。

1 3D打印技術(shù)在高校教育中的應(yīng)用研究

1.1 3D打印技術(shù)

3D打印技術(shù)是當(dāng)今快速成型技術(shù)的一種，因其在工作原理上為增加材料的制造，也被稱為增材制造，簡(jiǎn)而言之，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)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打印機(jī)的工作原理與普通打印機(jī)的工作原理基本相同，但它們所打印的材料不同，普通打印機(jī)打印的材料是墨水和紙張，而3D打印機(jī)內(nèi)裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的原材料，也被稱為“耗材”，打印機(jī)與電腦連接后，通過電腦控制可以把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。

3D打印包含著許多不同的技術(shù)。它們的不同之處在于以可用的材料的方式，以不同層構(gòu)建創(chuàng)建部件。3D打印常用材料有尼龍玻纖、耐用性尼龍材料、石膏材料、鋁材料、鈦合金、不銹鋼、鍍銀、鍍金、橡膠類材料等。

3D打印技術(shù)因其具有效率高，成本低和可定制性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，具有很大的應(yīng)用空間。

1.2 3D打印技術(shù)在高校中的研發(fā)和應(yīng)用

2016年英國的梅德斯通博物館使用3D打印技術(shù)，重塑了一具有2500年歷史的木乃伊的臉部。由于這次3D打印技術(shù)在考古研究方面的應(yīng)用，這項(xiàng)被有些專家稱之為“第三次工業(yè)革命”的技術(shù)引發(fā)了相關(guān)專業(yè)人士的極大關(guān)注。隨著近年來3D技術(shù)得到各國的高度重視和國內(nèi)外學(xué)者的廣泛研究。我國進(jìn)行3D打印研發(fā)機(jī)構(gòu)主要集中在清華大學(xué)，北京航空航天大學(xué)，華中科技大學(xué)，西安交通大學(xué)，西北工業(yè)大學(xué)等著名高校，隨著3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，國內(nèi)眾多的高校都在眾多的專業(yè)教學(xué)方面借助了3D打印技術(shù)增強(qiáng)教學(xué)效果，更有許多的高校在專業(yè)設(shè)置上增加了3D打印專業(yè)。國內(nèi)高校3D打印專業(yè)的設(shè)置不僅代表了國家教育部門對(duì)新興行業(yè)的重視，也在無形中詮釋了未來的發(fā)展方向。教育始終是傳授知識(shí)和技能的重要手段，專業(yè)課程的設(shè)置，所以才是從真正意義上將3D打印智能科技提升到了日程上來。西安交通大學(xué)和西北工業(yè)大學(xué)在教育部的支持下，率先在國內(nèi)開拓光固化快速成形制造系統(tǒng)研究，開發(fā)出國際首創(chuàng)的紫外光快速成型機(jī)及有國際先進(jìn)水平的機(jī)、光、電一體化快速制造設(shè)備和專用材料，形成了一套國內(nèi)領(lǐng)先的產(chǎn)品快速開發(fā)系統(tǒng)。開發(fā)“激光立體成形”的3D打印技術(shù)，團(tuán)隊(duì)與中航飛機(jī)合作解決了C919飛機(jī)鈦合金結(jié)構(gòu)件的制造問題，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的特色新技術(shù)。研制并售出國內(nèi)第一臺(tái)大型金屬3D打印商用化設(shè)備。2017年也在戶縣落戶了國家增材建設(shè)研究院。

許多高校購買3D打印設(shè)備作為教學(xué)工具，在3D打印技術(shù)的加持下，許多高校課堂教育進(jìn)入了實(shí)體模型教學(xué)時(shí)代，也促進(jìn)了高校教育模式的創(chuàng)新發(fā)展和進(jìn)步。在傳統(tǒng)的高校教學(xué)過程中，為了增進(jìn)學(xué)生的理解，大多會(huì)對(duì)一些抽象的事物進(jìn)行圖片或者動(dòng)畫講解，隨著3D打印技術(shù)的普及和應(yīng)用，在課堂教學(xué)過程中，我們可以采用3D實(shí)物和模型替代傳統(tǒng)的圖片和動(dòng)畫，以幫助學(xué)生更好地理解教學(xué)內(nèi)容，使得高校教學(xué)中更好的提升學(xué)生的積極性和探索能力的開發(fā)。尤其體現(xiàn)在3D打印技術(shù)在教學(xué)中可以對(duì)任意形狀的物品進(jìn)行實(shí)物建模和打印，也可以更好的作為教學(xué)的輔助用具。其意義在于不僅促進(jìn)了高校教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變，而且一定程度上豐富了教學(xué)中的工具設(shè)備，使課堂教學(xué)更為全面，立體。

有許多高校也逐漸開設(shè)了和3D打印技術(shù)相關(guān)的課程，這也一定程度促進(jìn)了3D打印技術(shù)和學(xué)生專業(yè)課程的相結(jié)合，在促進(jìn)專業(yè)課程提升的同時(shí)，也促進(jìn)了3D打印技術(shù)的發(fā)展。在3D打印技術(shù)中，包含了像三維建模、工程制圖、三維動(dòng)畫設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)語言等課程內(nèi)容，而這些課程也是大多數(shù)專業(yè)的相關(guān)課程，因此，高校在專業(yè)教育過程中，可以引導(dǎo)學(xué)生利用3D打印技術(shù)進(jìn)行實(shí)物的設(shè)計(jì)、建模、打印，對(duì)鍛煉提升學(xué)生的動(dòng)手能力和問題解決能力有著積極的意義。

高校的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育作為我國的一項(xiàng)教育發(fā)展的重要計(jì)劃，在高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中也有出現(xiàn)學(xué)生依托3D打印技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行創(chuàng)業(yè)的實(shí)例。

例如：學(xué)生依托其高校現(xiàn)有資源，通過大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目建設(shè)一個(gè)3D打印工作室，在校內(nèi)打造一個(gè)以3D打印為主，接受私人定制化服務(wù)，同時(shí)兼營(yíng)自造工藝品出售的個(gè)人體驗(yàn)制造中心。建立一套商品經(jīng)營(yíng)模式，以3D打印教學(xué)教具為主，工藝品制作為輔實(shí)現(xiàn)盈利的創(chuàng)意工作室。

3D打印技術(shù)可以幫助學(xué)生將一個(gè)具有創(chuàng)造性價(jià)值的想法轉(zhuǎn)化為實(shí)際，使其最終成為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的好幫手，新途徑。

2 3D打印技術(shù)在高校教育中的前景展望

2.1 3D打印技術(shù)在高校教育中的發(fā)展

“十三五”規(guī)劃綱要在對(duì)“現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)”的提案中明確寫到：“大力推進(jìn)半導(dǎo)體，增材制造（俗稱3D打?。?，智能系統(tǒng)等新興前沿領(lǐng)域創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)化，形成一批新增長(zhǎng)點(diǎn)”。

3D打印在國內(nèi)高校中的應(yīng)用主要在相關(guān)專業(yè)，但未全面普及到各個(gè)學(xué)科，為推動(dòng)3D打印在高校教育中的應(yīng)用發(fā)展，教育部提出“3D打印進(jìn)校園”的倡議，高校也應(yīng)加強(qiáng)3D打印的硬件建設(shè)和科研投入，加強(qiáng)3D打印實(shí)驗(yàn)室，實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地等3D打印平臺(tái)建設(shè)。同時(shí)對(duì)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的項(xiàng)目進(jìn)行3D打印技術(shù)相關(guān)融合，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)一些可行的創(chuàng)業(yè)想法，此外可以通過3D打印平臺(tái)對(duì)學(xué)校中的實(shí)際問題進(jìn)行解決，如教具模型的定制等。

2.2 3D打印技術(shù)在高校教育的前景

3D打印技術(shù)因具有的高效性，低成本和可定制性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)廣受大眾歡迎，其作為一種新興技術(shù)，在高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育中的實(shí)現(xiàn)，對(duì)實(shí)現(xiàn)高校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)起到一定的積極作用，對(duì)促進(jìn)高校教育創(chuàng)新和改革發(fā)展具有重要意義。

結(jié)束語：綜上所述，隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，高等院校教育在實(shí)際進(jìn)行中可以借助3D打印技術(shù)，更好的進(jìn)行專業(yè)化教育，促進(jìn)了技術(shù)與教育的相融合。3D打印技術(shù)和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的結(jié)合，也為當(dāng)代大學(xué)生開啟了一個(gè)新的創(chuàng)業(yè)大門，成為大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的有力幫手。把3D打印技術(shù)與高校教育相結(jié)合，有力推動(dòng)我國從“工業(yè)大國”向“工業(yè)強(qiáng)國”轉(zhuǎn)型，早日實(shí)現(xiàn)新時(shí)代“中國夢(mèng)”。

（作者單位：西安交通工程學(xué)院）

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