周博， 董麗媛

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，天津 300222）

0 引言

3D（3 Dimensions）打印其本質(zhì)是快速制造技術(shù)，它是一種以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，運(yùn)用固體、液體塑料或金屬等可黏合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)建造實(shí)物［1］。在一些發(fā)達(dá)城市，3D打印課程已經(jīng)走進(jìn)了中學(xué)校園。在課堂上，中學(xué)教師教學(xué)生用建模軟件設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單的數(shù)字模型，并打印出來(lái)。整個(gè)從“無(wú)”到“有”的過(guò)程，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)3D打印的興趣，并自主設(shè)計(jì)有創(chuàng)意、創(chuàng)新和個(gè)性化的模型。但是在高校，3D打印普及的力度就遠(yuǎn)不如中學(xué)。

1 3D打印加工過(guò)程

3D打印加工過(guò)程按加工先后順序依次是：三維建模、分層處理和打印實(shí)體。

圖1 3D 打印加工過(guò)程流程圖

1）三維建模。通過(guò)計(jì)算機(jī)三維建模軟件（如：UG、SolidWorks、CATIA等）繪制CAD模型，或者用三維掃描儀掃描實(shí)體獲得點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再將點(diǎn)云數(shù)據(jù)的重構(gòu)，得到實(shí)體的CAD模型。

2）分層處理。將CAD模型導(dǎo)出STL格式，STL格式是用三角形面來(lái)近似實(shí)體的表面，三角形面越小其生成的表面分辨率越高［2］。將STL格式導(dǎo)入到分層軟件中進(jìn)行分層處理。

3）打印實(shí)體。打印機(jī)通過(guò)讀取分層處理后文件中的橫截面信息，用逐步堆積的方法制造出一個(gè)實(shí)體。

2 3D打印在高校教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

2.1 制作直觀的教學(xué)用具

教師在教學(xué)時(shí)，多使用語(yǔ)言和圖片講述教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生見(jiàn)不到實(shí)物，無(wú)法理解教師所講授的知識(shí)點(diǎn)。例如車刀，其尺寸小并且顏色單一，同學(xué)看不清結(jié)構(gòu)，不宜于學(xué)習(xí)和理解，這樣教學(xué)質(zhì)量就大打折扣。現(xiàn)在通過(guò)3D打印，就可以得到任意尺寸、材料和顏色的車刀，既美觀又直觀教學(xué)，彌補(bǔ)以前課堂教學(xué)看不懂、聽(tīng)不明白的劣勢(shì)，如圖2所示。

圖2 實(shí)體刀具與打印刀具對(duì)比圖

2.2 調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性和培養(yǎng)創(chuàng)造力

這種新型的打印模式應(yīng)用在教學(xué)中，能夠改變以往的教學(xué)形式，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生發(fā)揮想象，制作越來(lái)越多富有創(chuàng)造力的物品。成倍增加的模型不僅幫助3D打印機(jī)廣泛應(yīng)用在教育的目的，而且有助于學(xué)生了解該技術(shù)是怎么進(jìn)行探討和發(fā)展的［3］。這樣學(xué)生從想象轉(zhuǎn)變成現(xiàn)實(shí)，增強(qiáng)學(xué)生設(shè)計(jì)成就感，逐漸地提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力。

2.3 激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

3D打印是幫助學(xué)生將三維CAD模型快速變成實(shí)物的一種工具。它可以將學(xué)生的概念設(shè)計(jì)成為可能，給學(xué)生提供了真實(shí)的感受和近距離的接觸，學(xué)生們得到真實(shí)的實(shí)物后，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)當(dāng)中的缺陷，相互討論得到改進(jìn)和提升的方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，營(yíng)造愉快的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。在設(shè)計(jì)汽車減速器時(shí)，由于工作繁瑣，學(xué)生很容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。設(shè)計(jì)完成后，發(fā)現(xiàn)不合理，則需重新設(shè)計(jì)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。如果事先用3D打印出減速器模型，發(fā)現(xiàn)其中的缺陷，就不必重新返工，既提高工作效率又激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

2.4 增加就業(yè)機(jī)會(huì)

3D打印是一項(xiàng)集光學(xué)工程、機(jī)械設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、材料科學(xué)一體的技術(shù)等組成的綜合性技術(shù)［4］。3D打印是多學(xué)科交叉，學(xué)生要想學(xué)精3D打印，只學(xué)會(huì)一門三維建模軟件是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需學(xué)習(xí)多種相關(guān)學(xué)科的知識(shí)。國(guó)家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃（2015～2016年）［5］中，明確規(guī)定了我國(guó)的發(fā)展目標(biāo)和計(jì)劃，加快推進(jìn)增材制造產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展?？梢?jiàn)，3D打印發(fā)展趨勢(shì)不容小覷，學(xué)生學(xué)習(xí)多元化知識(shí)，有利于增加就業(yè)機(jī)會(huì)。

3 結(jié)語(yǔ)

3D打印顛覆了傳統(tǒng)加工模式，前者是增材制造，而后者是“雕刻”制造，3D打印可以加工任何形狀的物品，不會(huì)因?yàn)槲锲返膹?fù)雜程度增加成本。3D打印技術(shù)完美契合了工業(yè)4.0“智能工廠”、“智能生產(chǎn)”和“智能物流”的三大主題，成為眾多國(guó)家發(fā)展的重點(diǎn)［6］。3D打印應(yīng)用在高校的教學(xué)中，可以制造教學(xué)用具，方便直觀教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)造能力，學(xué)習(xí)多學(xué)科知識(shí)，增加就業(yè)機(jī)會(huì)。高校要跟隨工業(yè)前進(jìn)的步伐，抓住這次機(jī)遇，開(kāi)設(shè)有關(guān)3D打印的課程，除了教授理論知識(shí)外還要加強(qiáng)技能的學(xué)習(xí)，為國(guó)家培養(yǎng)高精尖的3D打印人才，從而推動(dòng)整個(gè)增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

［1］ 佚名.3D 打印［EB/OL］.http：//baike.baidu.com/view/4117826.htm.

［2］ 佚名.stl格式［EB/OL］.http：//baike.baidu.com/view/1670210.htm.

［3］ DUMOND D， GLASSNER S，HOLMES A， et al.Pay It Forward：Getting 3D Printers Into Schools ［C］//4th IEEE Integrated STEM Education Conference，2014：1-5.

［4］ 利普森，庫(kù)曼.3D打?。簭南胂蟮浆F(xiàn)實(shí)［M］.北京：中信出版社，2013.

［5］ 中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部.國(guó)家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃（2015-2016 年）［EB/OL］.2015-02-28.http：//www.miit.gov.cn/n11293472/n11293832/n11293907/n12246780/16472572.html.

［6］ 森德勒.工業(yè) 4.0［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.