黃龔　陳曦

摘 要 隨著我國(guó)政府對(duì)制造行業(yè)各項(xiàng)發(fā)展要求的提出，職業(yè)院校機(jī)械專業(yè)的教學(xué)工作也應(yīng)該作出調(diào)整和改革。3D打印技術(shù)是制造領(lǐng)域的新技術(shù)，對(duì)于制造領(lǐng)域或其他相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展起到了推動(dòng)作用。通過(guò)該技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)和制造，大大提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量，并且顯著縮短生產(chǎn)周期。因此，將3D打印技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械教學(xué)工作中有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞 3D打印技術(shù) 機(jī)械專業(yè)教學(xué) 應(yīng)用 嘗試

0引言

傳統(tǒng)的三維模型教學(xué)制造周期長(zhǎng)，且制造精度和質(zhì)量不高，因此得不到廣泛的應(yīng)用。而通過(guò)利用3D打印技術(shù)可以在短時(shí)間內(nèi)制造大量的三維模型教具，同時(shí)教具的質(zhì)量和真實(shí)性也大大提高。此外，對(duì)學(xué)生傳授3D打印機(jī)的操作技術(shù)和相關(guān)技能，也能幫助學(xué)生了解并掌握新型制造技術(shù)，有利于拓寬其將來(lái)的就業(yè)道路，提高其崗位競(jìng)爭(zhēng)力。

1 3D打印技術(shù)概述

3D打印技術(shù)是快速成形技術(shù)的一種。它主要是運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)多層打印的方式來(lái)構(gòu)造零件。模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)常將此技術(shù)用于建造模型，現(xiàn)在正向產(chǎn)品制造的方向發(fā)展，形成“直接數(shù)字化制造”。從維度角度看，3D打印技術(shù)就是在普通的二維打印的基礎(chǔ)上再加一維。像普通打印一樣在一個(gè)平面上將塑料、金屬等粉末狀材料打印出一層，然后在將這些可黏合的打印層一層一層的粘起來(lái)。通過(guò)每一層不同“圖形”的累積，最后就形成了一個(gè)三維物體。就像蓋房子一樣，磚塊是一層一層的，但累積起來(lái)后就成為一個(gè)立體的房子。

2 3D打印技術(shù)發(fā)展對(duì)機(jī)械制圖的影響

2.1 3D打印技術(shù)與三維圖形

3D打印技術(shù)是一種基于計(jì)算機(jī)制圖功能的立體平面印刷技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的圖像作為打印對(duì)象，之后再通過(guò)輸入三維電子數(shù)據(jù)，對(duì)計(jì)算機(jī)圖像進(jìn)行三維打印，最終得到立體產(chǎn)品，該過(guò)程也被稱為快速成型過(guò)程。3D打印技術(shù)主要是利用Auto-desk Inventor軟件制作三維模型，之后通過(guò)計(jì)算機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)立體打印，這種軟件大大提高了機(jī)械工程師的設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性和效率。當(dāng)輸出Inventor零件或裝配體文檔為STL文件時(shí)，可設(shè)定輸出選項(xiàng)，在3D打印機(jī)上打印出來(lái)所需要的零部件。

2.2三維建模與計(jì)算機(jī)輔助二維制圖之區(qū)別

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，以美國(guó)Auto-desk公司研發(fā)的Auto-CAD為代表的二維繪圖軟件為機(jī)械制圖的學(xué)習(xí)和工作帶來(lái)了很大的方便，傳統(tǒng)的機(jī)械制圖從手工繪圖邁向了計(jì)算機(jī)輔助制圖的時(shí)代。但這種制圖方式的主要思路還是以平面圖形想像空間立體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，視圖與視圖之間的關(guān)系不能自由控制，如對(duì)零件圖或裝配圖中的局部結(jié)構(gòu)改變時(shí)，則視圖之間不能自動(dòng)更新。例如平面圖形中的圓是通過(guò)多邊形逼近而得到的，而；立體幾何模型則是通過(guò)三維建模軟件得到的。三維建模軟件可以表達(dá)物體表面的輪廓形狀幾何位置信息，表達(dá)幾何體之間關(guān)系的拓?fù)湫畔?，因此可以通過(guò)STL文件驅(qū)動(dòng)3D打印機(jī)完成零部件的制作。

3 3D打印技術(shù)在機(jī)械專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

3.1利用3D打印技術(shù)制作課堂教具

在傳統(tǒng)的機(jī)械專業(yè)教學(xué)過(guò)程中，教師往往會(huì)使用各種教具輔助教學(xué)，例如，機(jī)械制圖課中，教師會(huì)使用各種形狀的模型來(lái)給學(xué)生講解各種圖形的繪制原理；在機(jī)械設(shè)計(jì)課程中，教師會(huì)使用各種刀具模型；在液壓傳動(dòng)課程中，教師也會(huì)用各種閥類零件的模型進(jìn)行實(shí)際講解。而隨著機(jī)械產(chǎn)品的更新?lián)Q代，傳統(tǒng)的教具可能已經(jīng)變得非常落后，繼續(xù)使用可能就會(huì)影響教學(xué)質(zhì)量。通過(guò)將3D打印技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械專業(yè)教具制作工作中，教師可根據(jù)教材內(nèi)容制作各種新型的產(chǎn)品、零件的模型，之后再展示給學(xué)生，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)教學(xué)工作的與時(shí)俱進(jìn)。

3.2利用3D打印技術(shù)將機(jī)械設(shè)計(jì)變得可視化

作為一名機(jī)械專業(yè)的學(xué)生，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)這門課程肯定不陌生。在學(xué)習(xí)這門課程的過(guò)程中，每個(gè)學(xué)生都需要完成一定量的課程設(shè)計(jì)或者是夾具設(shè)計(jì)。學(xué)生在完成任務(wù)的過(guò)程中需要使用二維設(shè)計(jì)軟件如Auto-CAD、CAXA等以及三維建模軟件（Pro/E、UG、Solid-works等）進(jìn)行作品形狀設(shè)計(jì)。但是以上存在一個(gè)問(wèn)題，就是作品的參數(shù)模型直觀性不強(qiáng)，易忽視細(xì)節(jié)。除此之外，通過(guò)該種傳統(tǒng)方法制作作品，其制作周期長(zhǎng)且所需機(jī)床設(shè)備、材料消耗都很大。如果利用3D打印技術(shù)，學(xué)生只需很短時(shí)間，就可通過(guò)電腦直接將作品文件打印成實(shí)物模型。

3.3提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力

在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段，3D打印技術(shù)能夠幫助學(xué)生驗(yàn)證自己設(shè)計(jì)產(chǎn)品中的缺陷與不足。通過(guò)在機(jī)械專業(yè)教學(xué)工作中應(yīng)用3D打印技術(shù)，學(xué)生可以自主完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制圖、制造等環(huán)節(jié)，就連最終的零件裝配工作也可以由學(xué)生自主完成。學(xué)生在練習(xí)使用3D打印機(jī)的時(shí)候，不僅鍛煉了自身的動(dòng)手能力，也使自身的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力得到了鍛煉。學(xué)生在練習(xí)使用3D打印機(jī)的過(guò)程，恰恰是對(duì)自身實(shí)際動(dòng)手能力的檢驗(yàn)，只有提高自身的實(shí)際動(dòng)手能力，才能進(jìn)一步提高機(jī)械專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。圖1為學(xué)生設(shè)計(jì)并打印的3D模型。

4結(jié)語(yǔ)

對(duì)于現(xiàn)階段的機(jī)械專業(yè)教學(xué)來(lái)說(shuō)，低成本、立體化教學(xué)能大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率，進(jìn)而提高相關(guān)學(xué)校的教學(xué)質(zhì)量。3D打印技術(shù)在機(jī)械教學(xué)工作中的應(yīng)用能夠幫助學(xué)生充分了解各種機(jī)械零件的造型和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)而加深其對(duì)相關(guān)產(chǎn)品的認(rèn)識(shí)程度。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，3D打印的材料成本也不斷降低，進(jìn)而為教學(xué)工作提供了便利，推動(dòng)了教育行業(yè)的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1] 王宏衛(wèi)，萬(wàn)熠，靳一帆.FDM 3D打印技術(shù)在機(jī)械專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用探討[J].工具技術(shù)，2017，51（08）：94-97.

[2] 李娜.淺談3D打印技術(shù)在機(jī)械專業(yè)課教學(xué)中的新嘗試[J].電子制作，2017（Z1）：93-94.

[3] 顧祎娜，朱方聞.淺析3D打印技術(shù)及其在機(jī)械專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用[J].天津職業(yè)院校聯(lián)合學(xué)報(bào)，2016，18（12）：76-82.

[4] 劉柱棟.3D打印技術(shù)在高職院校專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016（15）：180.