3D打印技術(shù)在中職學(xué)校模具制造教學(xué)中的應(yīng)用研究

陸小青

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?3D打印技術(shù)是一項(xiàng)新型快速成型的技術(shù)，是快速發(fā)展出現(xiàn)在大眾視野的項(xiàng)目之一，將其應(yīng)用于中職學(xué)校模具設(shè)計(jì)相關(guān)的專業(yè)教學(xué)中，可以使學(xué)生在視覺效果上獲得更直觀的體驗(yàn)。主要針對3D打印技術(shù)的原理與特點(diǎn)進(jìn)行分析，并討論該技術(shù)的多項(xiàng)應(yīng)用優(yōu)勢、應(yīng)用形式及方法，最后總結(jié)3D打印技術(shù)在中職學(xué)校模具設(shè)計(jì)教學(xué)中取得的良好成效。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?3D打印技術(shù);模具設(shè)計(jì);教學(xué)應(yīng)用

[中圖分類號(hào)] ?G712 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號(hào)] ?2096-0603（2021）44-0038-02

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技的快速發(fā)展，3D打印技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域均有應(yīng)用，并逐漸呈現(xiàn)良好的發(fā)展趨勢?，F(xiàn)在大部分的成品零件都是由模具制造的，其中90%以上的塑料制品都需要由模具制造。企業(yè)在生產(chǎn)中使用3D打印機(jī)，不僅可以有效提高生產(chǎn)效率，縮短新產(chǎn)品研發(fā)時(shí)間，還可以節(jié)省很多資金。但應(yīng)用該技術(shù)方面的人才出現(xiàn)較大缺口，有利的是中職學(xué)校對這些人才的培養(yǎng)要求開始逐步面向社會(huì)需求，以提高學(xué)生應(yīng)用3D打印技術(shù)的能力，從而提高中職學(xué)校模具課程的教學(xué)效果。

一、3D打印的原理與優(yōu)勢特點(diǎn)

（一）3D打印的原理

基于普通的二維打印，在原有二維的基礎(chǔ)上再加一維，它是快速成型技術(shù)中重要的技術(shù)之一，利用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)將常見的粉末類金屬或塑料物質(zhì)等黏合性強(qiáng)的各種材料，基于數(shù)字模型文件，通過分層加工、堆疊累積的方式來完成固定樣式的三維模型。3D打印工藝流程簡便：設(shè)計(jì)可以打印的零件或?qū)嵨铮@取3D模型資料，并用3D打印技術(shù)呈現(xiàn)出來。在應(yīng)用3D打印技術(shù)的整個(gè)過程中，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、建模和零件成型，以更快、更準(zhǔn)確和更穩(wěn)定的方式對其成型。

（二）3D打印的優(yōu)勢及特點(diǎn)

3D打印零件比較穩(wěn)定，可以大量研發(fā)生產(chǎn)，可以大幅度提升人員的工作效率、產(chǎn)品的開發(fā)數(shù)量及企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。從企業(yè)的生產(chǎn)成本和環(huán)保方面而言，3D打印只需要3D模型的數(shù)據(jù)資料及塑料或粉末金屬等打印材料，依托3D打印機(jī)輸出。因此，3D打印的應(yīng)用可以節(jié)省大量的生產(chǎn)成本，還可以使整個(gè)制造過程變得高效明了。3D打印技術(shù)比傳統(tǒng)的打印或加工技術(shù)具有更加明顯的優(yōu)勢和特點(diǎn)。

1.可操作性強(qiáng)，產(chǎn)品制造效率高

應(yīng)用傳統(tǒng)打印或數(shù)控加工無法成型復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品制造過程難以全部完成，而使用3D打印技術(shù)，可以高效節(jié)能地生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件。

2.盡可能實(shí)現(xiàn)零浪費(fèi)和低成本

應(yīng)用3D打印時(shí)，由于是依據(jù)產(chǎn)品數(shù)字模型逐層堆加，所以使用打印材料是有序的，不用剔除邊角料，提高了相應(yīng)材料的使用效率和效果，縮短生產(chǎn)周期。

3.產(chǎn)品的精度和穩(wěn)定性持續(xù)提高

3D打印技術(shù)可以超越一些局限，讓設(shè)計(jì)空間更加廣闊和深入，打印形狀復(fù)雜的零件比簡單形狀零件成本不會(huì)增加多少，應(yīng)用該技術(shù)可提高產(chǎn)品競爭力。另外，3D打印生產(chǎn)工藝很簡單，不需要加工裝夾設(shè)備和加工刀具，只需要產(chǎn)品的模型數(shù)據(jù)、打印原材料和3D打印機(jī)就可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)，因而生產(chǎn)精度和穩(wěn)定性較好。

4.可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和提高生產(chǎn)效率

在3D打印技術(shù)開始應(yīng)用于市場之后，企業(yè)研究和開發(fā)產(chǎn)品速度也獲得了提高。3D打印利用使用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行三維造型，通過后處理生成打印代碼，并自動(dòng)通過數(shù)據(jù)線傳輸，而無需用戶干預(yù)，從而實(shí)現(xiàn)真正的自動(dòng)化。此外，把3D打印技術(shù)應(yīng)用于模具制造中，只需要基于產(chǎn)品需求生產(chǎn)而不受傳統(tǒng)加工工藝限制，因而生產(chǎn)效率得到提升。

二、中職學(xué)校模具設(shè)計(jì)教學(xué)中3D打印技術(shù)的應(yīng)用方法

（一）采用項(xiàng)目教學(xué)方法細(xì)化教學(xué)實(shí)踐項(xiàng)目

項(xiàng)目實(shí)操教學(xué)應(yīng)用方法是將所要學(xué)的知識(shí)技能依托系統(tǒng)的項(xiàng)目實(shí)踐而開展的教學(xué)活動(dòng)。通過項(xiàng)目教學(xué)法引導(dǎo)學(xué)生直接參與項(xiàng)目，在基于3D打印技術(shù)方向的模具課程中，進(jìn)一步闡明如何在模具制造過程中使用3D打印技術(shù)。這種教學(xué)方法把理論和實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合起來，從簡到難，知識(shí)逐漸積累，更加注重學(xué)生對3D打印技術(shù)方面知識(shí)的應(yīng)用以及掌握每個(gè)項(xiàng)目所需要的技能，不同于傳統(tǒng)知識(shí)傳授，可提升學(xué)生獨(dú)立探索合作學(xué)習(xí)的能力。

（二）建設(shè)3D打印網(wǎng)絡(luò)課程

在中職模具專業(yè)課程中創(chuàng)建3D打印技術(shù)模具示范網(wǎng)絡(luò)課程，從而使學(xué)生能夠通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)高質(zhì)量3D打印課程，并將其巧妙地應(yīng)用在課程教學(xué)中。課程開發(fā)是中職學(xué)校模具專業(yè)課程的重要組成部分，中職學(xué)?？梢愿鶕?jù)3D打印技術(shù)和模具課程內(nèi)容創(chuàng)建理實(shí)一體化課程以及提供理論和實(shí)踐指導(dǎo)。培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用3D打印技術(shù)的能力以及在模具專業(yè)中實(shí)際應(yīng)用時(shí)的操作技能，從而使學(xué)生獲得綜合理論技能。

（三）設(shè)立興趣項(xiàng)目小組，以提高學(xué)生對模具應(yīng)用的認(rèn)識(shí)

通過建立興趣項(xiàng)目小組，使學(xué)生對3D打印技術(shù)在模具制造應(yīng)用中的內(nèi)容有更深刻的認(rèn)識(shí)。在興趣項(xiàng)目小組中，學(xué)生通過小組討論可以共同設(shè)計(jì)和制作有創(chuàng)意的模具。具體來說，相關(guān)團(tuán)隊(duì)依據(jù)教學(xué)內(nèi)容可以自定義創(chuàng)作3D打印作品，將傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)制造工藝與創(chuàng)作模具的設(shè)計(jì)、打印和裝配相結(jié)合，使學(xué)生能夠持續(xù)學(xué)習(xí)和應(yīng)用。

（四）通過對實(shí)體模具進(jìn)行有針對性的點(diǎn)評，幫助學(xué)生不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)

在模具課程教學(xué)中應(yīng)用3D打印技術(shù)，使模具的詳細(xì)結(jié)構(gòu)情況能夠更直接、明了地展現(xiàn)在學(xué)生面前，使學(xué)生在視覺感觀上有更深刻的認(rèn)識(shí)。在模具專業(yè)項(xiàng)目教學(xué)過程中，教師應(yīng)對學(xué)生學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的問題有針對性的指導(dǎo)，了解學(xué)生應(yīng)用3D打印技術(shù)的情況。通過學(xué)中做、做中學(xué)，解決出現(xiàn)的問題，使學(xué)生不斷提升自己的模具設(shè)計(jì)及3D打印應(yīng)用水平。

三、中職學(xué)校模具設(shè)計(jì)教學(xué)中3D打印技術(shù)的應(yīng)用成效

（一）通過實(shí)踐操作提升學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)操能力

3D打印技術(shù)的應(yīng)用使學(xué)生能夠通過所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)踐操作來掌握該應(yīng)用所需的技能，從而提高他們的創(chuàng)新與創(chuàng)造能力及操作實(shí)踐能力，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生迸出新的創(chuàng)意和研究出新的技巧。

（二）提升教學(xué)效果和實(shí)訓(xùn)耗材利用率

實(shí)訓(xùn)中心通過引入FDM、SLA 3D打印機(jī)，使模具設(shè)計(jì)課程更直觀、更生動(dòng)，同時(shí)簡化整個(gè)模具設(shè)計(jì)與加工過程，最大化提高材料的利用率，節(jié)約制造成本。例如，在設(shè)計(jì)齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（如圖1所示）的課程中，學(xué)生可以根據(jù)給定的圖紙創(chuàng)建各裝配零件的三維模型，然后使用切片軟件直接生成模型數(shù)據(jù)，最后利用3D打印技術(shù)生成零件實(shí)物。通過這些流程使學(xué)生形成遇到問題并解決問題的能力，也培養(yǎng)學(xué)生在設(shè)計(jì)中細(xì)心和專注的能力，同時(shí)也提升課堂的教學(xué)效果。

（三）促進(jìn)學(xué)生的專業(yè)技能和綜合素養(yǎng)提升

模具設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合性要求非常高的崗位，企業(yè)對這方面的人才需求非常大。把3D打印技術(shù)應(yīng)用到模具設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐，有助于提升學(xué)生專業(yè)技能的掌握。在學(xué)習(xí)的每一個(gè)階段，要學(xué)會(huì)掌握每個(gè)技能的應(yīng)用，還要練習(xí)解決生產(chǎn)制造相關(guān)的實(shí)際問題。在持續(xù)的學(xué)習(xí)實(shí)踐過程中，學(xué)生相應(yīng)的專業(yè)技能可以逐漸積累起來。此外，3D打印技術(shù)應(yīng)用在模具設(shè)計(jì)教學(xué)中將提高學(xué)生的安全意識(shí)、質(zhì)量意識(shí)、創(chuàng)新思維和綠色環(huán)保觀念。

四、結(jié)語

學(xué)校以企業(yè)需求為重點(diǎn)開設(shè)培養(yǎng)3D打印技術(shù)技能人才的設(shè)計(jì)課程，在教學(xué)過程中應(yīng)用3D打印技術(shù)，需要及時(shí)更新知識(shí)，同時(shí)開發(fā)新技術(shù)和新流程，傳授學(xué)生與時(shí)俱進(jìn)的先進(jìn)知識(shí)。只有在實(shí)踐的基礎(chǔ)上，將理論教學(xué)與實(shí)際培訓(xùn)結(jié)合起來，并根據(jù)時(shí)代的發(fā)展提高并更新培訓(xùn)目標(biāo)和認(rèn)識(shí)，學(xué)校才能在模具設(shè)計(jì)中培養(yǎng)出更具包容性和創(chuàng)新性的技術(shù)人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]王小新.3D打印在塑料制品及模具設(shè)計(jì)課程教學(xué)中的應(yīng)用探索[J].模具工業(yè)，2016，42（11）：68-70，73.

[2]張艷華.3D打印技術(shù)在模具設(shè)計(jì)教學(xué)中的實(shí)踐與探索[J].教育教學(xué)論壇，2016（12）：146-147.

[3]楊南粵，周敏，李爭名.基于3D打印技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)與模具設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2017， 36（8）：243-246.

[4]束奇，劉敬，崔運(yùn)靜.3D打印技術(shù)在模具教學(xué)中的實(shí)踐初探[J].高教學(xué)刊，2016（19）：145-146.

[5]徐鼐，李志君，杜杰，等.3D打印技術(shù)在塑料加工成型及模具設(shè)計(jì)課程群教學(xué)改革中的應(yīng)用探索[J].科教文匯，2015（7）：58-60.

[6]余冬玲，劉玉濤，花擁斌，等.基于3D打印技術(shù)《成型工藝與模具設(shè)計(jì)》課程改革與實(shí)踐[J].教育，2016（11）：138.

◎編輯 鄭曉燕