數(shù)字3d打印藝術(shù)教育及產(chǎn)學(xué)研實(shí)踐與研究

王崇娟

摘 要：數(shù)字化3D打印技術(shù)的誕生使得藝術(shù)設(shè)計(jì)有了更為廣闊的空間，同時(shí)也為藝術(shù)設(shè)計(jì)者提供了無(wú)限的可能性，數(shù)字3d打印藝術(shù)教育也成為了藝術(shù)教育類(lèi)的主要課程。產(chǎn)學(xué)研是將政府、企業(yè)和高校以及科研院校緊密聯(lián)系的統(tǒng)稱(chēng)，是推進(jìn)高校、科研院所以及企業(yè)創(chuàng)新科研成果的有效途徑，為多方提供了良好的平臺(tái)。文章主要闡述數(shù)字3d打印藝術(shù)教育在產(chǎn)學(xué)研方式下如何有效開(kāi)展。

關(guān)鍵詞：數(shù)字3d打印藝術(shù);教育;產(chǎn)學(xué)研;實(shí)踐與研究

1.3D打印技術(shù)原理與特點(diǎn)

1.1 3D打印技術(shù)原理

數(shù)字3D打印技術(shù)也被稱(chēng)為增材制造技術(shù)，其主要原理是原料噴射后快速成型技術(shù)。首先，其會(huì)利用建模技術(shù)構(gòu)建相關(guān)的三維數(shù)字模型，這也是3D打印技術(shù)的基礎(chǔ)造型，進(jìn)而借助于計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)按照一定的原則切割三維數(shù)字模型，類(lèi)似于將每每幀畫(huà)面分割為多個(gè)像素點(diǎn)，3D打印技術(shù)也將三維模型切割為多個(gè)微小單元，再利用3D打印機(jī)把材料按指定路徑添加到未完成的制件上，至此數(shù)字化技術(shù)完成，最后通過(guò)物理化手段實(shí)現(xiàn)其實(shí)體模型。因此，數(shù)字3D打印技術(shù)一般分為數(shù)字化設(shè)計(jì)階段、物理化階段以及后期處理階段。

相比于傳統(tǒng)的加工工藝，3D打印技術(shù)更具智能化、數(shù)字化、形象化，在各方面都遠(yuǎn)超于傳統(tǒng)工藝，也因此3D打印技術(shù)的誕生為各行業(yè)領(lǐng)域提供了全新的發(fā)展方向，英國(guó)有學(xué)者將其稱(chēng)為“第二次產(chǎn)業(yè)革命”。根據(jù)具體成型工藝的不同，物理化階段所使用的加工材料和加工方式也千差萬(wàn)別。無(wú)疑3D打印技術(shù)為各行業(yè)提供了無(wú)限可能，極大的提高了各行業(yè)的生產(chǎn)效率和創(chuàng)造力。

1.2 3D打印技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)

實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，3D打印技術(shù)有自由制造、綠色環(huán)保以及高效快捷等優(yōu)勢(shì)。首先，3D打印技術(shù)相比于傳統(tǒng)的工藝制造，其利用數(shù)學(xué)建模技術(shù)建立復(fù)雜且繁瑣的三維模型，在模型設(shè)計(jì)中沒(méi)有過(guò)多的限制，有極大的設(shè)計(jì)自由度，不需消耗過(guò)多的人力物力即可不斷的建模、驗(yàn)證、推翻再驗(yàn)證，藝如特殊曲面、異性深孔等復(fù)雜的零部件，而傳統(tǒng)工藝則有極大的局限性，制造、驗(yàn)證并調(diào)整需要耗費(fèi)大量的人力物力，因此其在工藝設(shè)計(jì)階段缺乏靈活性。其次，數(shù)字3D打印技術(shù)在加工前期首先通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)學(xué)建模方式初步建立了復(fù)雜的三維模型，在物理化制造階段只需要按照預(yù)定模型進(jìn)行材料補(bǔ)充即可，從而省去了對(duì)材料進(jìn)行加工切割的過(guò)程，極大的減少了工藝廢料的產(chǎn)生和浪費(fèi)。最后，傳統(tǒng)的成型技術(shù)需要大量的磨具制造和修正過(guò)程，需要耗費(fèi)大量的人力物力進(jìn)行反復(fù)性操作，才能設(shè)計(jì)出合理的作品，而數(shù)字化3D打印技術(shù)省去了繁瑣的修復(fù)、調(diào)整過(guò)程，其利用計(jì)算機(jī)技術(shù)更加智能化的設(shè)計(jì)出模型，加大的縮短了加工工序和制作周期，同時(shí)也極大的提升了材料的使用率。

2.產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合背景下數(shù)字3d打印藝術(shù)教育的實(shí)踐與研究

數(shù)字3D打印技術(shù)以其高精度、數(shù)字化、自由度高等優(yōu)勢(shì)已經(jīng)進(jìn)入高校及科研機(jī)構(gòu)，成為設(shè)計(jì)教育創(chuàng)新發(fā)展路徑探索的重要實(shí)現(xiàn)手段之一，以產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合的方式提升數(shù)字3D打印藝術(shù)的教育質(zhì)量已經(jīng)成為時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)。產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合不僅體現(xiàn)了數(shù)字3D打印藝術(shù)教育的培養(yǎng)方式和研究的創(chuàng)新，并將生產(chǎn)和工藝品應(yīng)用于企業(yè)中，以此提升地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。產(chǎn)學(xué)研中，企業(yè)承擔(dān)了需求定制的角色，將企業(yè)需求與數(shù)字3D打印藝術(shù)教育目標(biāo)有效結(jié)合來(lái)進(jìn)行新產(chǎn)品的研發(fā)，從而節(jié)約了研發(fā)的時(shí)間，不僅提高了數(shù)字3D打印藝術(shù)教育的質(zhì)量也提升了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益，進(jìn)而真正實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)學(xué)研的創(chuàng)設(shè)目標(biāo)。產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合下，數(shù)字3D打印藝術(shù)教育以培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)和創(chuàng)新精神為目標(biāo)，企業(yè)以此作為人才招聘要求，兩者相輔相成相互合作，共同實(shí)現(xiàn)學(xué)校教育與實(shí)踐教育緊密結(jié)合，知識(shí)獲取和能力培養(yǎng)有機(jī)融合的目標(biāo)。

2.1建立總體的產(chǎn)學(xué)研協(xié)同合作關(guān)系

產(chǎn)學(xué)研培養(yǎng)創(chuàng)新型和綜合型人才的首要條件是建立良好的協(xié)同合作關(guān)系，校方結(jié)合企業(yè)需求制定人才培養(yǎng)計(jì)劃并實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)，企業(yè)根據(jù)社會(huì)需求和發(fā)展設(shè)定用人需求，以此規(guī)范校方的培養(yǎng)計(jì)劃，并提供相應(yīng)的技術(shù)手段和實(shí)驗(yàn)條件，政府出臺(tái)制定相關(guān)科研部門(mén)，以向企業(yè)輸出科研結(jié)果，多方共同協(xié)作形成統(tǒng)一和諧的合作模式。

例如，美國(guó)麻省理工的實(shí)驗(yàn)課題創(chuàng)客，就充分體現(xiàn)了產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合下數(shù)字3D藝術(shù)教育的實(shí)踐。創(chuàng)客是指參與項(xiàng)目的學(xué)生，學(xué)生以個(gè)人創(chuàng)新設(shè)計(jì)和制造為參賽項(xiàng)目，學(xué)生的個(gè)人作品會(huì)存放在創(chuàng)客空間，在創(chuàng)客空間內(nèi)，互聯(lián)網(wǎng)為協(xié)同創(chuàng)新提供支持和資源。其實(shí)，這就是產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合下數(shù)字3D打印藝術(shù)教育的新形勢(shì)，以創(chuàng)客空間為平臺(tái)，創(chuàng)客不斷創(chuàng)新研發(fā)，制造出新型并符合企業(yè)需求的工藝品，創(chuàng)客空間內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和資源由政府提供。學(xué)校、企業(yè)、政府在創(chuàng)客空間中共同協(xié)作，相輔相成。

2.2探索產(chǎn)學(xué)研合作的協(xié)同育人機(jī)制

對(duì)于數(shù)字3D打印藝術(shù)教育，產(chǎn)學(xué)研共同協(xié)作的主要目標(biāo)是為社會(huì)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，產(chǎn)學(xué)研共同合作，可以有效的將課堂理論知識(shí)與社會(huì)實(shí)踐相結(jié)合，且政府機(jī)構(gòu)的科研部門(mén)可以為學(xué)生科研創(chuàng)新提供良好的平臺(tái)。開(kāi)展科研項(xiàng)目的同時(shí)，不僅可以有效提高學(xué)生的科研和創(chuàng)新能力，同時(shí)也能制造出滿(mǎn)足企業(yè)需求的先進(jìn)產(chǎn)品。

例如，發(fā)源于美國(guó)的STEAM教育，其其意味著融合多種學(xué)科和技術(shù)以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。其主要強(qiáng)調(diào)學(xué)生的創(chuàng)新型設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力，最終以數(shù)字3d打印藝術(shù)為輸出技術(shù)。如國(guó)外和高校舉報(bào)的STEAMI作坊，學(xué)生相互合作、共同學(xué)習(xí)并設(shè)計(jì)研發(fā)相關(guān)主題，如學(xué)生在教室?guī)ьI(lǐng)下觀察飛機(jī)飛行模型和影響飛機(jī)飛行速度、動(dòng)力、阻力等因素，最終確定設(shè)計(jì)方案，并使用數(shù)學(xué)3d打印系數(shù)和激光切割機(jī)等設(shè)備將設(shè)計(jì)模型轉(zhuǎn)化為實(shí)物模型。

2.3加強(qiáng)高校學(xué)科專(zhuān)業(yè)建設(shè)，提高人才培養(yǎng)能力

產(chǎn)學(xué)研不僅可以增強(qiáng)企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)，發(fā)展國(guó)家經(jīng)濟(jì)，同時(shí)也對(duì)培養(yǎng)高校學(xué)科建設(shè)起到了積極的促進(jìn)作用。產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合下背景下良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和豐富的學(xué)習(xí)資源應(yīng)運(yùn)而生，各高校也開(kāi)展各類(lèi)科研實(shí)驗(yàn)室并為學(xué)生提供了豐富的學(xué)習(xí)資源，以實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)意能力。如美國(guó)家科學(xué)基金會(huì)和麥克阿瑟金基金會(huì)資助的項(xiàng)目“FabSchool”，該課程充分結(jié)合實(shí)際生活培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)際問(wèn)題的解決能力，課程設(shè)定實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景，以供學(xué)生根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)模型，學(xué)生在應(yīng)用數(shù)字3d打印技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中，潛移默化中會(huì)將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際生活，并理解抽象的理論知識(shí)。 不同于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室更加注重通過(guò)抽象概念解決開(kāi)放性問(wèn)題，并強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)效果的驗(yàn)證。學(xué)生通過(guò)創(chuàng)新設(shè)計(jì)、數(shù)字建模和3D打印驗(yàn)證，使理論與實(shí)踐相結(jié)合，為以往抽象的概念學(xué)習(xí)引入了新的知識(shí)學(xué)習(xí)維

3.結(jié)束語(yǔ)

隨著信息技術(shù)、控制技術(shù)、材料技術(shù)的不斷發(fā)展突破，3D打印技術(shù)也取得了突破性的進(jìn)步，能制造出材料更多樣、結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、型面精度更高的產(chǎn)品。該技術(shù)的不斷升級(jí)將成為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)教育創(chuàng)新變革的主要推動(dòng)力，為設(shè)計(jì)創(chuàng)新教育的發(fā)展開(kāi)拓新路徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜科.國(guó)際化背景下的產(chǎn)學(xué)研合作實(shí)踐與探索——以中韓合作"3D打印技術(shù)在BJD玩具中的應(yīng)用與延伸"項(xiàng)目為例[J]. 藝術(shù)品鑒， 2018， 000（014）：P.222-223.

[2]陳方婧，徐姍姍.高職教育中基于3D打印技術(shù)的教學(xué)實(shí)踐與研究[J]. 大觀（論壇）， 2018， 000（010）：P.140-142.

[3] 張巖. 3D打印的喜與憂(yōu)——藝術(shù)教育對(duì)3D打印普及的重要性[C]// 北京數(shù)字科普協(xié)會(huì);中科院網(wǎng)絡(luò)科普聯(lián)盟， 2016.

[4] 楊玉昆. 3D打印技術(shù)在高職院校教育中的實(shí)踐與研究[J]. 南方農(nóng)機(jī)， 2020， 051（002）：123-124.

[5] 袁晨峰. 職業(yè)院校開(kāi)展3D打印技術(shù)的課程教學(xué)實(shí)踐與研究[J]. 現(xiàn)代職業(yè)教育， 2018， 000（014）：176-177.