周 凱 張 燁

（上海師范大學(xué)天華學(xué)院，上海 201815）

基于增材制造（3D打?。┘夹g(shù)在三維建模實訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用研究與實踐

周 凱 張 燁

（上海師范大學(xué)天華學(xué)院，上海 201815）

以“中國制造2025”為需求，以德國“工業(yè)4.0”發(fā)展為導(dǎo)向，參照“美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，結(jié)合實踐教學(xué)協(xié)調(diào)發(fā)展的國際化教學(xué)要求，以應(yīng)用型“技術(shù)”加“藝術(shù)”為人才培養(yǎng)目標(biāo)，將增材制造（3D打?。┘夹g(shù)融入三維建模課程的實訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，將學(xué)生設(shè)計作品由虛擬變成實物，實現(xiàn)“設(shè)計”與“制造”的貫通，為綜合應(yīng)用型技術(shù)人才的培養(yǎng)提供有效途徑。

增材制造 實訓(xùn)教學(xué) 3D打印 藝術(shù)設(shè)計

引言

將增材制造（3D打印）技術(shù)融入三維建模實訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，將學(xué)生設(shè)計的三維模型，通過增材制造（3D打?。┘夹g(shù)將虛擬變成實物，讓“機(jī)械工程學(xué)”及“設(shè)計學(xué)”專業(yè)的學(xué)生在三維建模實訓(xùn)中接觸了解“新技術(shù)，新材料，新工藝技術(shù)內(nèi)容”，與當(dāng)前主流技術(shù)相銜接，促進(jìn)不同學(xué)科間的學(xué)術(shù)交流與互補發(fā)展，從而為培養(yǎng)一批“藝術(shù)”加“技術(shù)”的復(fù)合型專業(yè)技術(shù)型人才打下基礎(chǔ)。1 研究思路和方法及研究步驟在三維建模實訓(xùn)課程中引入增材制造（3D打印）技術(shù)的應(yīng)用研究與實踐，將如圖1所示的線路圖為流程。

圖1 線路圖

（1）本教學(xué)重實踐應(yīng)用，針對相關(guān)專業(yè)的學(xué)生，借鑒國外相關(guān)課程進(jìn)行教學(xué)，在三維建模實訓(xùn)課程后期導(dǎo)入3D打印技術(shù)，選取有創(chuàng)意性作品。

（2）將虛擬三維模型通過3D打印機(jī)轉(zhuǎn)換成實物，讓學(xué)生掌握3D打印機(jī)應(yīng)用技術(shù)。培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識，讓學(xué)生與時俱進(jìn)掌握新技術(shù)的應(yīng)用技能。

（3）實訓(xùn)過程中，以班級為單位分成若干小組，以團(tuán)隊形式內(nèi)部推選創(chuàng)意的三維建模作品，進(jìn)行實體打印。

（4）在打印過程中，介紹3D打印機(jī)工作原理及操作步驟。通過實物打印過程，讓學(xué)生掌握3D打印技術(shù)的應(yīng)用，并對設(shè)計的產(chǎn)品進(jìn)行分析處理到再設(shè)計。

2 教學(xué)成效

2.1 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)

（1）機(jī)械專業(yè)學(xué)生掌握3D打印機(jī)的工作原理，對其結(jié)構(gòu)特點有深一步的認(rèn)識，對3D打印機(jī)可以進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，具有綜合應(yīng)用能力。

（2）3D打印技術(shù)與機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的CAD/CAM技術(shù)有效結(jié)合，學(xué)生在技術(shù)層面多掌握一門新的應(yīng)用型技術(shù)，將機(jī)械設(shè)計零件實物化。

（3）應(yīng)用3D打印技術(shù)制造所設(shè)計的產(chǎn)品，掌握對增材制造技術(shù)的應(yīng)用與實踐。學(xué)生在實訓(xùn)課中將自己設(shè)計出來的三維模型通過3D打印機(jī)制作出來，將虛擬產(chǎn)品變成實物，增強(qiáng)學(xué)生課堂互動，激發(fā)創(chuàng)新思維，提升創(chuàng)造力，培養(yǎng)自主創(chuàng)新人才。

2.2 藝術(shù)設(shè)計專業(yè)

（1）藝術(shù)設(shè)計出來的產(chǎn)品具有一定的創(chuàng)新及實用性。學(xué)生掌握設(shè)計創(chuàng)作的專業(yè)技能和方法，成為具有一定工業(yè)設(shè)計修養(yǎng)和審美能力的復(fù)合型人才。

（2）通過3D打印技術(shù)，將設(shè)計產(chǎn)品實物化，并進(jìn)行有效分析再創(chuàng)造。讓學(xué)生掌握新技術(shù)，在后期工作中多降低設(shè)計后的加工成本，有效利用應(yīng)用型技術(shù)解決實際問題，開發(fā)新產(chǎn)品，將“產(chǎn)”“學(xué)”“研”在校內(nèi)有機(jī)結(jié)合。

2.3 學(xué)科間交流

（1）兩專業(yè)學(xué)生對所設(shè)計的三維建模作品進(jìn)行處理、分析及優(yōu)化，通過增材制造技術(shù)將其實物呈現(xiàn)。結(jié)合專業(yè)間特點及當(dāng)今市場需求，進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計或改進(jìn)。藝術(shù)設(shè)計專業(yè)學(xué)生了解3D打印機(jī)基本工作原理，使用3D打印機(jī)制作設(shè)計的產(chǎn)品，并對機(jī)械專業(yè)設(shè)計的模型結(jié)合“工藝美“”進(jìn)行分析處理。

（2）促使學(xué)科間互補，部分學(xué)生滿足“藝術(shù)”加“技術(shù)”的復(fù)合型專業(yè)技術(shù)型人才要求，設(shè)計的作品可以參加相關(guān)比賽。例如，對機(jī)械設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外形進(jìn)行處理，設(shè)計并制作出作品的模型。例如：機(jī)床外形及機(jī)構(gòu)再次設(shè)計、3D打印機(jī)設(shè)計與制作、汽車外形設(shè)計等。

3 教學(xué)分析

（1）培養(yǎng)學(xué)生利用三維軟件設(shè)計出有創(chuàng)造性、實用性、符合打印的三維模型。針對已有的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化處理再創(chuàng)新。具體的，機(jī)械專業(yè)針對對機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，藝術(shù)設(shè)計針對外形優(yōu)化。

（2）教學(xué)中，將三維建模實訓(xùn)中引入增材制造（3D打?。┘夹g(shù)的研究，將3D打印技術(shù)與當(dāng)前的教學(xué)計劃對接，做到知識上的連貫性。

（3）新技術(shù)的應(yīng)用是為了使應(yīng)用型本科學(xué)生更好得與世界接軌，也是為了將增材制造（3D打?。┘夹g(shù)在應(yīng)用型本科教學(xué)計劃研究做鋪墊，是學(xué)生就業(yè)及社會發(fā)展的需要，從而做到產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合，推動國內(nèi)研發(fā)與應(yīng)用同步發(fā)展。

（4）在傳統(tǒng)設(shè)計前提下快速融入新技術(shù)，應(yīng)用并推廣增材制造（3D打印技術(shù)）在藝術(shù)設(shè)計領(lǐng)域的工業(yè)設(shè)計?！凹夹g(shù)”與“藝術(shù)”的結(jié)合，必將為未來的“中國制造2025”做出貢獻(xiàn)。

（5）兩學(xué)科間的三維建模軟件，尋找通用格式交流使用，相互審閱，對彼此專業(yè)的特長起到互補作用，將各自的學(xué)科特色相結(jié)合，將技術(shù)融合、學(xué)科融合，從而走國際化應(yīng)用型人才的培養(yǎng)模式。

[1]Berman，Barry.3-D Printing：The New Industrial Revolution[J].Business Horizons，2012，55（2）：155-162.

[2]Dolphin，Jake.3D Printing-Piracy or Opportunity?[J]. Keeping Good Companies，2012，64（5）：300-303.

[3]陳燕和.中國3D打印研究（1993-2014）[J].現(xiàn)代情報，2015，35（6）：86-89.

[4]吳亞輝，張英琦.多層次開放型先進(jìn)制造技術(shù)訓(xùn)練模式的探索與實踐[J].實驗室科學(xué)，2014（5）：196-199.

[5]王娟，3D技術(shù)教育應(yīng)用創(chuàng)新透視[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2015，（1）：63-69.

Application Research and Practice of the Technology of Increasing Material Manufacturing (3D Printing) in the Teaching of Three Dimensional Modeling and Practice

ZHOU Kai, ZHANG Ye
(Shanghai Normal University Tianhua college, Shanghai 201815)

Based on "Chinese manufacturing 2025" requirements, to the German industrial 4 development oriented, with reference to the "American industrial Internet, combined with the requirements of the international coordinated development of teaching and practice teaching, the application of" technology "and" art "as the talent training goal, will increase in material manufacturing (3D printing) technology into practice the 3D modeling teaching curriculum, students will design works from the virtual into real, through the realization of" design "and" manufacturing ", to provide an effective way to cultivate comprehensive applied technological talents.

increasing material manufacturing, training teaching, 3D printing, art design