基于3D打印技術(shù)的創(chuàng)客實(shí)踐研究

摘 要：3D打印技術(shù)作為新的工藝制造方式，已經(jīng)融入現(xiàn)代社會(huì)的生產(chǎn)生活當(dāng)中，其與數(shù)字建模技術(shù)結(jié)合能制作出各種各樣的復(fù)雜模型。文章主要通過(guò)在藝術(shù)設(shè)計(jì)專業(yè)的3D MAX軟件教學(xué)過(guò)程中，結(jié)合專業(yè)教學(xué)特點(diǎn)，將制作的數(shù)字模型利用3D打印技術(shù)完成從模型到實(shí)體的轉(zhuǎn)換，完成小掛件的設(shè)計(jì)、制作到成品的完整過(guò)程，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，將創(chuàng)客實(shí)踐教育與專業(yè)課程相結(jié)合，進(jìn)行創(chuàng)客實(shí)踐教育的探索研究。

關(guān)鍵詞：3D MAX;3D打印;創(chuàng)客實(shí)踐

注：本文系2016年湖南省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目“基于3D打印技術(shù)的高職藝術(shù)設(shè)計(jì)創(chuàng)客實(shí)踐研究”（16C0424）研究成果之一;2016年湖南省職業(yè)院校教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“‘雙創(chuàng)背景下的高職建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)創(chuàng)客式教學(xué)改革研究”（ZJGB2016154）研究成果之一。

一、創(chuàng)客教育與3D打印技術(shù)的發(fā)展概況

我國(guó)對(duì)培養(yǎng)社會(huì)主義建設(shè)人才提出了確切的要求，即培養(yǎng)創(chuàng)新型人才?！秶?guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》提到，教育主要是培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神的復(fù)合型人才[1]。創(chuàng)新教育是指：“依據(jù)社會(huì)主義現(xiàn)代化發(fā)展對(duì)人的要求，有目的地培養(yǎng)青少年學(xué)生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新人格的教育?！盵2]而創(chuàng)客教育的相關(guān)教育理念能夠促進(jìn)創(chuàng)新教育水平的提升，在具體的專業(yè)課程教學(xué)實(shí)施過(guò)程中將創(chuàng)客思維融入到課堂教學(xué)，可以增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。我國(guó)的創(chuàng)客教育興起時(shí)間比較晚，但教育信息化的快速推進(jìn)讓創(chuàng)客教育也隨之快速發(fā)展。尤其是2015年李克強(qiáng)總理在兩會(huì)的政府工作報(bào)告中提到“創(chuàng)客”一詞后，創(chuàng)客教育迅速影響到了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，從高校到中小學(xué)都興起了前所未有的創(chuàng)客實(shí)踐活動(dòng)[3]。很多學(xué)校將創(chuàng)客教育融入課堂教學(xué)，開(kāi)展創(chuàng)客教育。

3D 打印是新興的快速成型技術(shù)，它將制作的數(shù)字模型使用各類金屬、塑料等粉末打印材料，通過(guò)分層打印燒結(jié)方式制作物體。3D 打印將以往個(gè)性化定制難以完成的關(guān)鍵技術(shù)成本等降到了最低，讓人們能夠利用創(chuàng)客空間借助互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行協(xié)同創(chuàng)新，使用3D打印機(jī)完成個(gè)人產(chǎn)品的創(chuàng)意與制作[4]。對(duì)于創(chuàng)客來(lái)說(shuō)，3D打印技術(shù)是使創(chuàng)意快速成型并創(chuàng)新應(yīng)用的保障。

二、利用3D打印技術(shù)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維

3D打印技術(shù)的前提是需要制作出數(shù)字模型，3D MAX是眾多數(shù)字模型制作軟件之一，而3D MAX軟件課程在藝術(shù)設(shè)計(jì)專業(yè)或建筑設(shè)計(jì)大類專業(yè)中基本都有開(kāi)設(shè)。例如環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)、動(dòng)漫、室內(nèi)設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)等專業(yè)都會(huì)應(yīng)用到3D MAX或者3D其他軟件。這就為3D打印的創(chuàng)客實(shí)踐活動(dòng)提供了很好的軟件基礎(chǔ)。在目前高職院校3D MAX課堂教學(xué)中存在一些問(wèn)題，即大部分的教學(xué)主要是根據(jù)教材或教程完成模型的制作，缺乏創(chuàng)新思維的培養(yǎng);在基礎(chǔ)教學(xué)中學(xué)生無(wú)法看到實(shí)物，學(xué)習(xí)興趣會(huì)慢慢缺乏，從而對(duì)本門課程學(xué)習(xí)興趣降低。因此，將3D打印融入課堂教學(xué)，在基礎(chǔ)教學(xué)中將學(xué)生做好的數(shù)字模型通過(guò)3D打印的方式呈現(xiàn)出來(lái)，能極大激發(fā)學(xué)生興趣。

三、以3D MAX基礎(chǔ)教學(xué)為例的3D打印技術(shù)的創(chuàng)客實(shí)踐

要利用3D打印技術(shù)的特性來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神開(kāi)展創(chuàng)客實(shí)踐教育，就需要了解3D打印技術(shù)的特點(diǎn)。要將做好的數(shù)字模型利用3D打印的方式將實(shí)物打印出來(lái)需要分為4步，分別是數(shù)字模型建立、模型檢測(cè)轉(zhuǎn)換、打印成型、后期打磨上色加工。3D MAX軟件是一個(gè)綜合性能很強(qiáng)的軟件，能夠在游戲、動(dòng)畫、電影、建筑、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域應(yīng)用。它是Discreet公司基于PC系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的三維軟件，是世界上最早應(yīng)用于電腦動(dòng)畫及工業(yè)三維制作的軟件之一[5]。3D MAX的應(yīng)用十分廣泛，它的強(qiáng)大功能可以滿足3D打印的普通數(shù)字建模工作。以藝術(shù)設(shè)計(jì)類專業(yè)日常教學(xué)中的3D MAX基礎(chǔ)建模命令的學(xué)習(xí)課程為例，進(jìn)行板凳的建模工作，之后使用3D打印技術(shù)完成板凳實(shí)體模型的制作。建模過(guò)程對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)并不復(fù)雜，所使用到的命令也僅為基礎(chǔ)幾何體建模命令，本案例的選擇也能夠滿足初學(xué)者學(xué)習(xí)3D MAX軟件的需求。同時(shí)利用3D打印技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)客教育實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)與創(chuàng)新的轉(zhuǎn)化?，F(xiàn)有打印設(shè)備和技術(shù)不能夠打印出帶有3D材質(zhì)貼圖和紋理色彩信息的作品，因此，在3D MAX建模過(guò)程中不需要模型的材質(zhì)貼圖的制作以及架設(shè)燈光等工作，因此3D MAX的基礎(chǔ)建模教學(xué)適合完成從建模到3D打印的實(shí)體轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)最初的創(chuàng)客實(shí)踐教育。

利用3D MAX基礎(chǔ)命令教學(xué)，創(chuàng)建板凳模型，最終制作3D打印吊墜。

選擇板凳作為基礎(chǔ)案例主要是因?yàn)?D MAX建模最容易入門的是幾何體建模，能夠充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，能夠讓學(xué)生享受學(xué)習(xí)帶來(lái)的樂(lè)趣的同時(shí)初步了解3D打印的基本知識(shí)。讓學(xué)生通過(guò)3D打印看到自己的第一件由模型轉(zhuǎn)化為實(shí)物的作品，初步對(duì)其灌輸創(chuàng)客思維。

首先，幾何體板凳模型的創(chuàng)建。在創(chuàng)建板凳模型之前，需要確認(rèn)最終打印尺寸，因?yàn)樵谌粘＝虒W(xué)過(guò)程中一般會(huì)根據(jù)現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)物大小進(jìn)行創(chuàng)建與制作。將現(xiàn)實(shí)生活中的板凳縮小，可使得最后打印出來(lái)的板凳模型吊墜小巧可愛(ài)，并且能夠使得3D打印的速度和效率、材質(zhì)損耗達(dá)到一個(gè)平衡。因此在模型制作前期需要同學(xué)們對(duì)3D打印的價(jià)格和特點(diǎn)等進(jìn)行全面收集和掌握，確保最終能夠打印出精美漂亮的板凳吊墜作品。根據(jù)市面上的不同板凳的實(shí)際大小，學(xué)生最終選擇了25cm×30cm×45cm這個(gè)尺寸。因這個(gè)尺寸與教室和機(jī)房的板凳接近，制作過(guò)程中有參考對(duì)象，制作完成后有紀(jì)念價(jià)值。模型使用3D MAX的基礎(chǔ)幾何體命令建成。在建模過(guò)程中，按照實(shí)際模型大小進(jìn)行比例的確定，根據(jù)板凳大小，最終確定以10∶1的比例進(jìn)行創(chuàng)建，在創(chuàng)建的過(guò)程中要注意軟件的單位設(shè)置，這樣做出的模型會(huì)更加精確。最終確定模型高度為2.5cm×3cm×4.5cm。建模完成后需對(duì)完成的模型進(jìn)行檢測(cè)。

其次，利用3D打印技術(shù)完成實(shí)物模型制作。學(xué)生使用3D MAX的基礎(chǔ)命令完成板凳建模工作，3D打印的數(shù)字模型基本制作完成。市場(chǎng)主流的FDM 3D打印機(jī)能夠識(shí)別STL格式，不能直接支持3D MAX文件，因此我們需要將做好的3D MAX板凳模型文件轉(zhuǎn)化成STL格式文件進(jìn)行保存。然后利用KISSlicer軟件進(jìn)行切片打印，最終完成板凳模型的打印制作。打印完成后將打印好的模型與平臺(tái)分離取出，會(huì)發(fā)現(xiàn)模型上還附著很多支撐結(jié)構(gòu)，需要對(duì)打印好的模型進(jìn)行后期的處理和修飾。支撐結(jié)構(gòu)主要和模型的造型有關(guān)，主要是為了防止模型的懸空部分在打印過(guò)程中坍塌。支撐結(jié)構(gòu)會(huì)影響到成品的美感，其與底部網(wǎng)格結(jié)構(gòu)都是用于保護(hù)打印模型，在打印完成后需要將其去除。通過(guò)使用美工刀、剪刀、鉗子等工具將附著在模型本體上的支撐結(jié)構(gòu)去除，然后使用砂紙等打磨工具進(jìn)行精細(xì)打磨。在去除支撐結(jié)構(gòu)的過(guò)程中需要注意保護(hù)板凳模型，由于板凳實(shí)物凳角等部分本身就尺寸很小，縮小打印后，凳腳部分會(huì)變得很細(xì)，這會(huì)讓拆除支撐物過(guò)程變得艱難。為了解決這一問(wèn)題，可以在制作模型過(guò)程中適當(dāng)夸大凳腳尺寸，在分離凳腳內(nèi)部空間時(shí)需要操作者耐心細(xì)致，不要造成凳腳斷裂。在完成支撐物的修剪后，初步完成板凳的打印，但是模型還是會(huì)有殘留和毛邊，需要使用砂紙進(jìn)行打磨使模型整體看起來(lái)精細(xì)。打磨完成后，可以對(duì)模型進(jìn)行抹灰噴漆使其更加美觀。最后安裝金屬環(huán)做成吊墜，完成整個(gè)作品。

四、結(jié)語(yǔ)

筆者嘗試將創(chuàng)客教育融入到高職藝術(shù)專業(yè)的專業(yè)課堂教學(xué)中，用創(chuàng)客思維指導(dǎo)專業(yè)課堂教學(xué)，讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體，要求學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、主動(dòng)探索和架設(shè)知識(shí)框架，讓學(xué)生由被動(dòng)地學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)去學(xué)，提升其創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。讓學(xué)生養(yǎng)成創(chuàng)新、合作、實(shí)踐、分享的習(xí)慣。本文在創(chuàng)客理念的指導(dǎo)下以3D打印技術(shù)為技術(shù)支持，結(jié)合3D MAX專業(yè)課程教學(xué)，進(jìn)行創(chuàng)客實(shí)踐的研究探索，將創(chuàng)客教育融入到課堂教學(xué)中，鼓勵(lì)學(xué)生將自己制作的3D模型通過(guò)3D打印的方式以實(shí)物呈現(xiàn)出來(lái)，讓高職藝術(shù)設(shè)計(jì)類專業(yè)的教育能夠借助3D打印的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，探索創(chuàng)客教育實(shí)踐路徑。通過(guò)本次板凳模型的制作，讓學(xué)生在掌握3D MAX建模技能的同時(shí)，對(duì)3D打印技術(shù)也有更深刻的認(rèn)識(shí)，從而帶來(lái)思維上的突破，逐步培養(yǎng)其創(chuàng)新創(chuàng)意設(shè)計(jì)思維。讓學(xué)生自己動(dòng)手從3D打印技術(shù)中挖掘和探索自我的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐動(dòng)手能力，擺脫傳統(tǒng)教學(xué)學(xué)生難主動(dòng)動(dòng)手、主動(dòng)思考的困境。

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作者簡(jiǎn)介：

詹松，湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授。研究方向：室內(nèi)設(shè)計(jì)、環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)、職業(yè)教育。