3D打印技術(shù)在家具制圖教學(xué)中的應(yīng)用

鐘健強

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?“中國制造2025”提出制造業(yè)是國民經(jīng)濟的主體，是國之根本，也首次明確了3D打印技術(shù)作為高檔數(shù)控機床應(yīng)大力開發(fā)，應(yīng)用到生產(chǎn)、教學(xué)中，從而加快實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。它正吸引著各行各業(yè)的目光，不斷催生生產(chǎn)新模式、改變著行業(yè)新業(yè)態(tài)和新市場。就3D打印技術(shù)在家具制圖點、線、面的投影，基本立體的三視圖投影等教學(xué)中的應(yīng)用進行綜述。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?3D打印技術(shù);家具制圖教學(xué);三視圖

[中圖分類號] ?TP334.8 ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼] ?A ? ? ? ? ? ? [文章編號] ?2096-0603（2019）23-0146-02

一、3D打印技術(shù)的定義

3D打印是一種快速成型的新技術(shù)，它以數(shù)字模型為核心，利用粉末狀金屬或塑料等為原料，通過加熱原料逐層打印的方式來實現(xiàn)數(shù)字模型變?yōu)閷嵨锬Ｐ汀Ｆ湓硎菍㈦娔X建模通過伺服機床、多軸定位、運用新材料來實現(xiàn)實體化。3D打印技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種模具、機械人、零部件、食品生產(chǎn)中。

二、家具制圖教學(xué)問題及3D打印在其應(yīng)用優(yōu)勢

家具制圖知識作為家具設(shè)計、家具生產(chǎn)管理等人員的基礎(chǔ)知識，也是工業(yè)設(shè)計專業(yè)的基礎(chǔ)知識，夯實這一基礎(chǔ)，對構(gòu)建設(shè)計專業(yè)知識體系尤其重要。該課程安排在高一學(xué)年學(xué)習(xí)，高一職高生空間想象能力有限，而這門課程既抽象又對學(xué)生的動手能力要求很高，學(xué)生普遍畏懼這門課程。消除該現(xiàn)象重點要培養(yǎng)學(xué)生的繪圖和看圖能力。只有具有良好的空間想象力，學(xué)生才能達到三維空間與平面二維的良好切換，做到“看物能繪圖，看圖能識物”。本人在“家具制圖”教學(xué)中，不少學(xué)生因缺乏空間思維想象力，從而影響其作圖能力的提高。如在點、線、面的投影、基本立體的三視圖教學(xué)中采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式和手工制作模型，其成本高，模型制作時間也很長，學(xué)生理解慢掌握程度不高，這種教學(xué)方式已經(jīng)不能較好地適應(yīng)與時俱進的教學(xué)需求。將3D打印技術(shù)運用到家具制圖教學(xué)中，利用3Done建模、3D打印機制作模型，節(jié)約模型的制作成本與時間，更重要的是打印出來的模型可以拆裝，幫助學(xué)生更好掌握畫視圖的方法與看視圖的方法。

三、3D打印技術(shù)在基本立體的三視圖教學(xué)中運用

在家具制圖的教學(xué)中，“正投影基礎(chǔ)理論”中“三視圖”是由物體的空間關(guān)系到平面的投影原理而得。把“物體”的三個面作投影，所得投影視圖分別為正視圖（V）、側(cè)視圖（W）、俯視圖（H）。我把這三視圖投影關(guān)系（見圖1）分別比作教室的黑板面、側(cè)墻面、地面，在講臺擺放實物進行投影。還會通過草圖大師建立模型（見圖2），通過翻轉(zhuǎn)物體觀察投影所成像，加強對三視圖的識圖與繪圖能力。這種教學(xué)模式能使大部分同學(xué)掌握三視圖的基本原理，但空間想象能力較差的學(xué)生或面對較為復(fù)雜的物體時，其空間想象力就變得不夠用了。這時候我們希望不單是通過書本、電腦觀察物體，我們更希望有實物的觀察支撐想象。

3D打印技術(shù)可以將模型打印出實物，讓學(xué)生直接將實物拿在手里觀察，而不再只是憑空想象。3D打印技術(shù)的優(yōu)勢與家具制圖教學(xué)所需的思路不謀而合。現(xiàn)在3D打印在教育領(lǐng)域發(fā)展迅猛，我們教學(xué)者發(fā)現(xiàn)3D打印具有良好的輔助教學(xué)的功能;使學(xué)生的空間思維、動手能力、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力得到快速提升。在布置作業(yè)時，布置繪制家具的三視圖（見圖3），學(xué)生不但可以看著書本或圖片中的家具，還可以拿著實物通過旋轉(zhuǎn)視角，準確繪制三視圖，這樣大大提高學(xué)生的空間思維，提高繪圖準確率。

四、3Done建模與3D打印機打印模型

利用3Done軟件制止所需的模型（這里不具體介紹如何創(chuàng)建模型，網(wǎng)上很多教學(xué)視頻），將模型導(dǎo)出stl格式，并導(dǎo)入切片軟件制止路徑。以下是在教學(xué)中打印的一些作品（見圖4）。

五、過去教學(xué)效果與融入3D打印技術(shù)的授課效果對比

我們來談?wù)勈谡n方式改變的前后效果對比：（1）原有教學(xué)方式與授課效果。在我校，家具制圖作為專業(yè)基礎(chǔ)課，家具制圖的主要教學(xué)內(nèi)容：家具制圖概述、點線面的投影、基本體的三視圖識圖與繪制、軸測圖的繪制、家具圖樣畫法等。該教學(xué)內(nèi)容共60課時安排在高一第一學(xué)期。采取的教學(xué)模式是：理論的講授—課堂練習(xí)—課后作業(yè)—作業(yè)講解—知識點的再次復(fù)習(xí)。因為教學(xué)內(nèi)容多且知識點不好理解，另教學(xué)課時有限，所以課堂上盡可能多講授知識重點、難點。導(dǎo)致講授內(nèi)容多，練習(xí)時間少，課外作業(yè)壓力重。因此造成老師講得辛苦，學(xué)生學(xué)得乏味，雙方都產(chǎn)生畏難情緒，嚴重阻礙了學(xué)生對知識點的掌握，降低了對該專業(yè)的認可度。（2）改進后的授課效果?？平M集體探討與備課，根據(jù)學(xué)生特點與就業(yè)實際需要對教學(xué)內(nèi)容順序進行調(diào)整與精簡。高一第一學(xué)期只學(xué)家具制圖國際標準—標注標準—投影知識—基本體的三視圖這四個部分。且對教學(xué)內(nèi)容進行了精簡，在有限的學(xué)時內(nèi)，講解與實際工作制圖需求有關(guān)的內(nèi)容，避免廣撒網(wǎng)，應(yīng)重點火力解決三視圖的識圖與繪制。對授課方式進行調(diào)整，采取分組教學(xué)，授課前把“模型”打印好，課堂上分發(fā)模型，對照模型來觀察物體三視圖，提高課堂理論內(nèi)容授課教學(xué)效率，運用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法增加課堂趣味性，課堂中能做到及時發(fā)現(xiàn)問題，并解決學(xué)生疑問，使學(xué)生在課堂上領(lǐng)會所教知識并掌握制圖要領(lǐng)。3D打印出來的各種模型在教學(xué)各個環(huán)節(jié)都參與到，例如展示、拆裝、分解、重構(gòu)等環(huán)節(jié)，加深學(xué)生的理解，同時利用多媒體教學(xué)內(nèi)容向?qū)W生展示更直觀的圖片、實物模型再次鞏固知識難點、重點。

六、家具制圖對3D打印技術(shù)在校園的普及

3D打印技術(shù)在我校作為參加學(xué)生競賽的比賽之一，參賽隊員主要是高二學(xué)生。將3D打印技術(shù)應(yīng)用在家具制圖上，可以使高一的學(xué)生就開始接觸了解3D打印技術(shù)，提高學(xué)生對專業(yè)課的興趣。同時3D打印技術(shù)也是可以使學(xué)生從對紙上的模型轉(zhuǎn)化為對成型后的立體模型認知。它是一個平面變立體再反過來強化立體空間的理解過程。教師引領(lǐng)學(xué)生通過觀摩實體加深空間理解。經(jīng)過一年的熏陶，使對3D打印技術(shù)感興趣的學(xué)生會自主去學(xué)習(xí)了解，為高二挑選競賽苗子做好準備。

3D打印機簡潔化、快速化，使它在家具設(shè)計專業(yè)教學(xué)的各個環(huán)節(jié)中大量使用，教師不再是傳統(tǒng)的幻燈片展示教學(xué)，還可以將教學(xué)模型、家具模型等復(fù)雜立體模型打印出來，學(xué)生在課堂上可以直接觀察模型，讓模型的空間架構(gòu)印在學(xué)生腦海中。在此之前，學(xué)生設(shè)計的作品都只能停留在數(shù)字模型中，想利用木工機器將設(shè)計產(chǎn)品加工出來往往是費時費力，還存在安全隱患。現(xiàn)在可以通過3D打印機讓學(xué)生將數(shù)字模型直接一體化打印出來（見圖5），也可以將數(shù)字模型分為多個零件打印，再重新組裝，這使學(xué)習(xí)變得有趣，學(xué)生的積極性也逐步提高，讓師生都回歸理想狀態(tài)。

七、總結(jié)

隨著3D打印技術(shù)的深入發(fā)展，影響會變得更加深入、全面。家具設(shè)計不單是在設(shè)計、生產(chǎn)已開始變革，在專業(yè)教學(xué)上也已經(jīng)開始變革。3D打印技術(shù)的影響最終也將深入整個家具設(shè)計中。本文只將3D打印的出?？?、準等特點結(jié)合家具制圖課程來應(yīng)用嘗試。但作者的意圖是從高一就培養(yǎng)學(xué)生利用3D打印來提高自身的空間思維，并了解其作用，為以后從功能、結(jié)構(gòu)、材料和外形等角度全方位利用、分析出3D打印技術(shù)將給家具產(chǎn)品帶來功能個性化、重生功能、機構(gòu)一體化快速成型、混合結(jié)構(gòu)增加、多種材料的新組合方式以及新材料等有利影響。同時我也相信在未來的教育教學(xué)中，3D打印技術(shù)會為各科提供了更多樣的展示與嘗試。

參考文獻：

[1]王燦才.3D打印的發(fā)展現(xiàn)狀分析[J].絲網(wǎng)印刷，2012（9）：39-43.

[2]王蕾.3D打印技術(shù)與家具設(shè)計智能創(chuàng)新[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2016（26）：3-5.

編輯 張 慧