藤鐵家居工藝品在線課程中3D打印技術(shù)的應(yīng)用探究

蘇惠麗

摘要：3D打印技術(shù)作為一種新興的材料成型技術(shù)可以快速塑造出實體模型，與傳統(tǒng)的電腦建模、模型圖紙相比，其可直觀呈現(xiàn)相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，便于學(xué)生接受與理解。3D打印技術(shù)應(yīng)用于藤鐵家居工藝品課程教學(xué)中具有使用便捷、成本低廉、空間要求低、節(jié)省時間、保護(hù)作品知識產(chǎn)權(quán)等優(yōu)勢。對此，在藤鐵家居工藝品在線課程教學(xué)中，教師可借助3D打印技術(shù)輔助設(shè)計方面的教學(xué)，打印實體零件輔助裝配方面的教學(xué)，驗證學(xué)生的作品，構(gòu)建豐富的三維造型輔助在線教學(xué)。

關(guān)鍵詞：藤鐵家居工藝品；3D打印技術(shù)；在線教學(xué)；優(yōu)勢；瓶頸

中圖分類號：G712文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1008-3561（2023）14-0081-04

基金項目：本文系福建省教育科學(xué)規(guī)劃立項課題“融合3D打印技術(shù)的地方藤鐵工藝品在線課程資源研究”（立項批準(zhǔn)號FJJKZZ21-032）階段性研究成果

藤鐵工藝品作為傳統(tǒng)藤編的現(xiàn)代化發(fā)展方向之一，其產(chǎn)業(yè)規(guī)模正隨著我國工藝品進(jìn)出口量的擴(kuò)大而不斷增長，由此產(chǎn)生的商機(jī)促進(jìn)了地方經(jīng)濟(jì)增長。以安溪為主的地方特色藤鐵工藝產(chǎn)業(yè)區(qū)域也隨著這股浪潮不斷發(fā)展壯大。2020年，安溪藤鐵工藝產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值達(dá)200多億元，產(chǎn)業(yè)規(guī)模位居同行業(yè)首位。目前，安溪有藤鐵工藝企業(yè)2200多家，加工點3000多個，全縣120萬人口中有12萬人從事藤鐵工藝行業(yè)。由此不難看出，藤鐵工藝在促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時，還需要很多藤鐵工藝品設(shè)計人才。對此，很多職業(yè)學(xué)校把服務(wù)鄉(xiāng)村特色產(chǎn)業(yè)發(fā)展作為辦學(xué)目標(biāo)，積極探索鄉(xiāng)村特色產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)新模式，提升人才與企業(yè)崗位需求的契合度，促進(jìn)鄉(xiāng)村特色產(chǎn)業(yè)發(fā)展與學(xué)校專業(yè)建設(shè)的吻合。目前，本校及福建省其他中職學(xué)校的藤鐵家居工藝品在線課程建設(shè)正處于探索發(fā)展階段，各地各校針對自身學(xué)生特點開發(fā)的藤鐵家居工藝品在線課程的教學(xué)質(zhì)量參差不齊，其中很多課程的理論知識教學(xué)與實踐實體相脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生無法通過課堂教學(xué)掌握藤鐵家居工藝品的構(gòu)造特點。對此，本課題小組通過探索3D打印技術(shù)應(yīng)用于藤鐵家居工藝品在線課程中的優(yōu)勢、必要性、應(yīng)用場景及應(yīng)用瓶頸，促進(jìn)3D打印技術(shù)與藤鐵家居工藝品在線課程的有效融合。

一、3D打印技術(shù)在藤鐵家居工藝品設(shè)計中的應(yīng)用優(yōu)勢及必要性

1.3D打印技術(shù)在藤鐵家居工藝品設(shè)計中的應(yīng)用優(yōu)勢

在21世紀(jì)初，3D打印技術(shù)僅應(yīng)用于醫(yī)療、航空航天、奢侈消費(fèi)品等領(lǐng)域。目前，隨著技術(shù)的革新以及成本的下降，3D打印技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域越來越廣泛。其應(yīng)用于藤鐵家居工藝品在線課程中的技術(shù)優(yōu)勢具體如下。

（1）優(yōu)勢一———使用便捷。3D打印可以不借助任何機(jī)械加工設(shè)備或磨具，直接從計算機(jī)的圖形數(shù)據(jù)庫中生成數(shù)據(jù)指定的形狀物體，以最直接的方式將抽象的二維體轉(zhuǎn)化成三維體。而傳統(tǒng)的加工工藝流程不僅煩瑣，需要的工具、器材還很多，并且時間長，很難在課程教學(xué)中產(chǎn)生時講時產(chǎn)的效果。

（2）優(yōu)勢二———成本低廉。隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，3D打印所需的成本也越來越低。從3D打印課程演示品對于材料性能以及機(jī)械性能的要求來看，3D打印甚至比藤鐵家居工藝品的實際生產(chǎn)成本還低，一些模型材料還可以回收再利用，這在一定程度上降低了課程演示品的處理難度。

（3）優(yōu)勢三———空間要求低。3D打印無論從機(jī)器還是從成品來看，都比傳統(tǒng)的實體演示的空間要求低。首先，3D打印模型可以根據(jù)實際需求等比例放大或者縮小，操作也比較簡單，便于課堂演示、講解。另外，3D打印機(jī)本身隨著技術(shù)的發(fā)展越來越精巧。目前，桌面級的3D打印機(jī)和臺式電腦主機(jī)的大小相仿，對空間的要求很低。

（4）優(yōu)勢四———節(jié)省時間。雖然3D打印本身的打印速度不如文字打印快，但與制作藤鐵家居工藝品的實體打樣相比，仍具有很大的速度優(yōu)勢。而3D打印最主要的優(yōu)勢之一是不占用教學(xué)時間。在傳統(tǒng)的實體演示中，教師在講解完一個圖形知識點，需要制作實物演示時，只能暫停課堂教學(xué)，進(jìn)行現(xiàn)場制作。而在運(yùn)用3D打印演示時，教師可在備課時編輯好模型程序，然后根據(jù)課堂教學(xué)內(nèi)容需要，在規(guī)定的時間內(nèi)讓物體自動打印出來，以此節(jié)省課堂教學(xué)時間。

（5）優(yōu)勢五———保護(hù)作品的知識產(chǎn)權(quán)。作為一個設(shè)計師，只要擁有一臺3D打印機(jī)，就可以自己設(shè)計產(chǎn)品，打印樣品。這樣不會讓作品的原文件流出，有利于保護(hù)作品的知識產(chǎn)權(quán)。

2.3D打印技術(shù)在藤鐵家居工藝品設(shè)計中的應(yīng)用必要性

藤鐵家居工藝是鐵與火的藝術(shù)。簡單來說，藤鐵家居工藝品是以鐵等為原料制作的具有功能性、裝飾性作用的室內(nèi)外物品。藤鐵藝術(shù)歷史悠久，經(jīng)過不斷發(fā)展，目前已經(jīng)逐漸形成自己獨(dú)特的風(fēng)格，藝術(shù)品設(shè)計中更是傾注了設(shè)計師大量的情感。在科技不斷發(fā)展的今天，機(jī)械化生產(chǎn)制作雖然大大提升了制作效率，但也限制了個人的想象力、創(chuàng)造力，這在一定程度上凸顯了手工藝術(shù)品獨(dú)特的價值。然而，藤鐵家居工藝品設(shè)計受工具、材料、工藝等多方面因素制約，尤其在社會快速發(fā)展的今天，藤鐵家居工藝品的造型、風(fēng)格都在不斷變化，這就對藤鐵家居工藝品設(shè)計提出了更高要求。而3D打印技術(shù)作為數(shù)字時代的產(chǎn)物，應(yīng)用于藤鐵家居藝術(shù)品設(shè)計中具有重要意義。具體來說，3D打印技術(shù)應(yīng)用于藤鐵家居工藝品設(shè)計中的必要性體現(xiàn)在如下三個方面。

（1）簡化開發(fā)流程。傳統(tǒng)藤鐵家居工藝品的設(shè)計制作過程復(fù)雜，需要經(jīng)過一系列的工序流程，不僅要花費(fèi)大量的時間和精力，還要有較多的材料支持，可以說是費(fèi)時費(fèi)力，效率低下。而3D打印技術(shù)可以簡化藤鐵家居工藝品的開發(fā)流程，通過3D模型設(shè)計及設(shè)備打印兩個階段即可快速轉(zhuǎn)化設(shè)計師的設(shè)計靈感，使之形成立體、可見、清晰的產(chǎn)品實物。這樣既能從技術(shù)層面提升工藝品的開發(fā)制作效率，減少花費(fèi)在產(chǎn)品打樣環(huán)節(jié)的時間、材料等成本，減少材料浪費(fèi)，還可讓設(shè)計師在不斷觀察、研究3D打印產(chǎn)品的過程中進(jìn)行工藝品設(shè)計的調(diào)整與改進(jìn)，從而以更短的時間、更少的成本和精力投入高效完成藤鐵家居工藝品的設(shè)計開發(fā)。同時還可為設(shè)計師提供更多的設(shè)計藤鐵家居工藝品的想法和靈感，讓藤鐵家居藝術(shù)品的設(shè)計更加豐富、多樣，為更多造型新穎、富有審美價值的藤鐵家居藝術(shù)品的產(chǎn)生提供可能，從而實現(xiàn)現(xiàn)代智能技術(shù)與傳統(tǒng)藤鐵家居工藝的有效融合。

（2）精確設(shè)計尺寸。藤鐵工藝品對于尺寸控制的要求非常高，在手工制作過程中，尺寸誤差難免存在。另外，藤鐵工藝品還可能受材料、制作工藝等多方面因素影響而在制作過程中出現(xiàn)各種問題及缺陷，從而影響到工藝品的開發(fā)生產(chǎn)，降低工藝品的成品率。而3D打印技術(shù)可提升產(chǎn)品尺寸控制的精準(zhǔn)度，尤其對裝飾部件、浮雕、花紋等局部尺寸的把控更為精確。在工藝品設(shè)計階段，3D打印技術(shù)還可靈活地進(jìn)行不同維度的尺寸移動、縮放等處理，便于設(shè)計師通過預(yù)覽來了解工藝品的設(shè)計情況，從而進(jìn)行針對性調(diào)整，避免后期因尺寸控制不準(zhǔn)確而出現(xiàn)工藝缺陷等情況。這樣不僅能提升藤鐵家居工藝品設(shè)計的精準(zhǔn)度，提升工藝品成品率，還可降低工藝品的設(shè)計生產(chǎn)成本，縮短設(shè)計生產(chǎn)周期。

（3）提升成品率。藤鐵工藝受材料及工藝特殊性的影響，其設(shè)計及制作工藝相對復(fù)雜，并且容易出現(xiàn)問題、缺陷，導(dǎo)致藤鐵家居工藝品的成品率下降。3D打印技術(shù)應(yīng)用到藤鐵家居工藝品設(shè)計中可為傳統(tǒng)藤鐵工藝設(shè)計帶來新方向、新技術(shù)，有效解決手工制作不便、不規(guī)范等因素導(dǎo)致的設(shè)計、制作問題，提升設(shè)計的準(zhǔn)確性、規(guī)范性，并避免工藝缺陷。這對于提升藤鐵家居工藝品的生產(chǎn)成本、縮短生產(chǎn)周期、提升產(chǎn)品的成品率有積極意義。

二、3D打印技術(shù)在藤鐵家居工藝品在線課程中的主要應(yīng)用場景

3D打印技術(shù)在藤鐵家居工藝品在線課程中的應(yīng)用場景主要體現(xiàn)在如下三個方面：一是展示產(chǎn)品設(shè)計，二是搭建藝術(shù)品構(gòu)架，三是驗證學(xué)生的作品。3D打印技術(shù)應(yīng)用于藤鐵家居工藝品在線課程中可依托上述優(yōu)勢，最大程度緩解理論設(shè)計與實物輸出之間存在的差距，讓學(xué)生通過真實、直觀的實體展示找到設(shè)計、裝接過程中存在的問題，進(jìn)而進(jìn)行針對性的學(xué)習(xí)。

1.通過3D打印技術(shù)輔助設(shè)計方面的教學(xué)

在教學(xué)實踐中，有的學(xué)生很難對書面設(shè)計圖案進(jìn)行三維化理解，并因此在設(shè)計中出現(xiàn)錯誤設(shè)計思路，如圖形結(jié)構(gòu)相互碰撞、藝術(shù)品過于平面不立體、作品缺乏層次感等。在教學(xué)講解中，教師也很難將三維設(shè)計信息通過口述或平面圖形的方式傳達(dá)給學(xué)生，由此出現(xiàn)師生間的雙向溝通障礙。而3D打印技術(shù)可有效解決這個問題。以小音箱設(shè)計為例。一般情況下，幾何形態(tài)包括二維幾何形態(tài)、三維幾何形態(tài)（圖略）。學(xué)生可將圖中各個基本的幾何體通過拼接、鑲嵌、漸變等方式進(jìn)行變化，再將點、線、面等多種元素融入其中，形成基礎(chǔ)設(shè)計方案，然后圍繞功能性設(shè)計定位需求形成最終設(shè)計方案。但在這個過程中，有的學(xué)生存在二維到三維的轉(zhuǎn)化障礙。例如，有的學(xué)生在給音響實體設(shè)計發(fā)音孔的時候，竟在底部設(shè)計出發(fā)音孔。究其原因是學(xué)生無法理解二維圖紙俯視圖中孔洞的上下層面的立體關(guān)系，將本來僅有頂部開孔的音響設(shè)計成了底部開孔。3D打印技術(shù)可以有效解決此類問題。這是因為3D打印技術(shù)能夠讓學(xué)生通過最直觀的實體看到設(shè)計圖紙上表示的物體的真實樣子，讓作品不再停留在二維圖紙上而是形成實體可供參觀。另外，設(shè)計中的不足、錯誤也可直觀呈現(xiàn)出來，便于學(xué)生深刻理解設(shè)計過程中應(yīng)關(guān)注的重點知識內(nèi)容。

2.打印實體零件，輔助裝配教學(xué)

藤鐵家居工藝品的實際制作需要先將零部件生產(chǎn)出來，再進(jìn)行拼接組裝，然后形成工藝品的最終形態(tài)。在拼接過程中，部分學(xué)生由于缺乏三維意識而出現(xiàn)一些錯誤，如配件安裝的左右問題、配件配合的重心問題、零件結(jié)構(gòu)的碰撞問題、零件組裝的過程問題等。而解決這些問題最有效的方式便是實際組裝。但進(jìn)行藤鐵家居工藝品的實際組裝，不僅需要復(fù)雜的配套設(shè)備，還存在材料成本高、時間成本高、空間需求大等問題。而3D打印操作非常簡單，可有效解決這一問題。首先，可把設(shè)計出來的零部件繪制成具體模型，然后添加3D打印，進(jìn)行打印，最后進(jìn)行拼接。無論是零件的形狀還是零件與零件之間的配合問題都可進(jìn)行直觀展示，需要焊接的部件也可通過熱熔膠粘接實現(xiàn)，便于在線課程的實體演示。

3.驗證學(xué)生作品，進(jìn)行針對性輔導(dǎo)

圖紙上的物體和實物之間往往存在很大差別，這種差別無法人為通過腦補(bǔ)或建立三維電子模型消除，需要制作實體，而學(xué)生制作實體作品的難度很大。在藤鐵家居工藝品在線課程中，如果沒有實體作品，則不利于隨堂講解、演示，如果沒有演示，學(xué)生又很難發(fā)現(xiàn)自己設(shè)計中存在的問題。另外，課堂互動是網(wǎng)絡(luò)課程最重要的形式之一，如果沒有師生之間的有效互動，課堂教學(xué)效果將會受到影響。而借助3D打印技術(shù)，學(xué)生可在線下通過設(shè)計軟件設(shè)計出自己的產(chǎn)品方案，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給教師，教師收到后，可對其中的典型作品，通過3D打印呈現(xiàn)出來，并進(jìn)行直接講解。這不僅可縮短學(xué)生作品的傳遞時間，還可提升教學(xué)互動性與教學(xué)效率。

4.運(yùn)用拓?fù)渌悸份o助在線教學(xué)

在利用3D打印技術(shù)進(jìn)行建模設(shè)計階段，為節(jié)省計算機(jī)資源，人們通常以較少的點、線、面組合及排列方式來構(gòu)建豐富的三維造型，這就是行業(yè)內(nèi)所說的“3D模型的低?！?fù)渌悸贰?。有的學(xué)生在進(jìn)行藤鐵家居工藝設(shè)計時，受教材及傳統(tǒng)思想限制，存在明顯的思維局限性，導(dǎo)致作品設(shè)計缺乏個性化、創(chuàng)新性。而拓?fù)渌悸啡谌胩勹F家居工藝品造型設(shè)計教學(xué)中，可豐富學(xué)生的設(shè)計思路，促使學(xué)生打破傳統(tǒng)工藝造型設(shè)計的局限性，通過數(shù)字化造型的方式進(jìn)行設(shè)計創(chuàng)新。這不僅有利于提升學(xué)生的創(chuàng)新、創(chuàng)造能力，還有利于學(xué)生以現(xiàn)代技術(shù)來凸顯藤鐵家居工藝品造型點、線、面結(jié)合的形式感。另外，3D打印技術(shù)應(yīng)用于藤鐵家居工藝品在線課程中還可將抽象的、精致的、具有幾何風(fēng)格的工藝品以立體的方式呈現(xiàn)出來，讓學(xué)生在觀看打印成品的過程中對設(shè)計品形成直觀、全面的感知和了解，在觀察、分析中尋找工藝品設(shè)計中存在的不足，并及時進(jìn)行調(diào)整完善，從而進(jìn)一步提升學(xué)生的工藝品設(shè)計藝術(shù)感，豐富藤鐵家居工藝品設(shè)計內(nèi)涵。這樣，學(xué)生就能在學(xué)習(xí)傳統(tǒng)藤鐵家居工藝的基礎(chǔ)上，合理應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)手段、現(xiàn)代藝術(shù)風(fēng)格來進(jìn)行創(chuàng)新和拓展，創(chuàng)造出既具有時代感、又具有獨(dú)特美感的現(xiàn)代工藝產(chǎn)品，實現(xiàn)對傳統(tǒng)藤鐵工藝的傳承、發(fā)展。

三、藤鐵家居工藝品在線課程中3D打印技術(shù)的應(yīng)用瓶頸

3D打印技術(shù)所具有的技術(shù)優(yōu)勢可促進(jìn)藤鐵家居工藝品在線課程的創(chuàng)新發(fā)展。但目前，3D打印技術(shù)在藤鐵家居工藝品在線課程中的應(yīng)用處于初期階段，在應(yīng)用中存在一些瓶頸。

1.推廣的瓶頸

在本校，3D打印技術(shù)在應(yīng)用中的最大瓶頸是建模參數(shù)的設(shè)置。作為設(shè)計者來說，其既要懂設(shè)計，又要懂最終產(chǎn)品的輸出，要在建模上下更大的功夫。這樣，教師的講課模型文件和學(xué)生的作業(yè)模型文件就可進(jìn)行實時交互，再進(jìn)行實體打印，然后通過實體進(jìn)行教學(xué)。這對于教師的講解以及學(xué)生的理解都有幫助。但目前，部分教師缺乏設(shè)置建模參數(shù)的能力，直接影響到3D打印技術(shù)在藤鐵家居工藝品在線課程中的應(yīng)用效果。

2.3D打印技術(shù)不成熟

雖然3D打印技術(shù)相對于過去而言有很大進(jìn)步，但仍存在一些難以解決的問題，涉及3D打印的精度、配合度、材料的性能以及色彩等。目前，3D打印可以打印出一定形狀，但不能做到百分之百的還原，對于一些細(xì)節(jié)部件，打印精度上的問題更突出。而高精度的3D打印機(jī)耗材昂貴，售價高，學(xué)校很難承擔(dān)得起。因此，在日常教學(xué)中，對于一些細(xì)節(jié)部件，教師只能進(jìn)行等比例放大打印，與其相關(guān)的其他部件也要進(jìn)行相應(yīng)放大打印，否則很難進(jìn)行裝配。

3.3D打印自身的技術(shù)門檻

3D打印技術(shù)在藤鐵家居工藝品在線課程教學(xué)中的輔助作用十分強(qiáng)大，這就要求師生進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)與研究，如學(xué)習(xí)輔助軟件。對于職業(yè)學(xué)校的學(xué)生來說，三維軟件的學(xué)習(xí)難度較大，往往比藤鐵家居工藝本身的學(xué)習(xí)還難。有的教師也存在學(xué)習(xí)困難。在未來，3D打印技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用將更加廣泛，尤其是在實體生產(chǎn)與加工行業(yè)，3D打印技術(shù)的發(fā)展前景十分廣闊。而為學(xué)習(xí)藤鐵家居工藝知識，花費(fèi)大量時間從零開始學(xué)習(xí)3D打印技術(shù)是否是一種本末倒置的情況，本課題小組成員的意見也不統(tǒng)一。這需要大量的教學(xué)實踐驗證。

四、結(jié)語

總而言之，3D打印技術(shù)應(yīng)用于藤鐵家居工藝品在線課程教學(xué)中具有積極意義，不僅能提升課堂教學(xué)效率，還能拓展學(xué)生的思維，幫助學(xué)生深入理解課程知識，并促使學(xué)生在現(xiàn)代技術(shù)的支持下，對傳統(tǒng)藤鐵家居工藝進(jìn)行創(chuàng)新，創(chuàng)造出既體現(xiàn)傳統(tǒng)藤鐵家居工藝特色，又具有現(xiàn)代藝術(shù)風(fēng)格的藤鐵家居工藝品。相信在未來，隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，二者的結(jié)合將更加緊密。

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Exploration of the Application of 3D Printing Technology in the Online Course of Rattan Iron Home Crafts

Su Huili

（Fujian Anxi Chen Li Secondary Vocational School， Anxi 362403， China）

Abstract： As a new material forming technology， 3D printing technology can quickly create solid models. Compared to traditional computer modeling and model drawings， it can visually present relevant teaching content， facilitating students acceptance and understanding. The application of 3D printing technology in the teaching of rattan iron home crafts courses has advantages such as convenient use， low cost， low space requirements， time saving， and protection of intellectual property rights of works. In this regard， in the online teaching of rattan iron home crafts， teachers can use 3D printing technology to assist in the teaching of design， printing solid parts to assist in assembly， verifying students works， and constructing rich 3D modeling assisted online teaching.

Key words： rattan iron household handicrafts；3D printingtechnology；onlineteaching； advantages；bottleneck