徐海璐 房劍飛 韓雪 戎新萍

摘 要 新工科背景下，將3D打印技術應用于教育領域。通過校企合作，共建3D打印實訓中心，展開3D打印實踐教學。本文通過教學環(huán)境、教學過程和教學考核三個方面進行實踐教學探索，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識，提高學生工程實踐能力。

關鍵詞 3D打印技術 實踐教學 創(chuàng)新意識 工程實踐能力

中圖分類號：G712文獻標識碼：A

1 3D打印技術

3D打印技術，又稱三維打印技術，是一種快速成型技術，它以數(shù)字化模型為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式構造物體。

3D打印技術是一種新興技術，隨著技術的成熟和其價格的下降，逐漸應用到各個領域。將3D打印技術應用于教育，是為教學提供思想、智慧和科技相融合的最佳路徑，通過將技術與教育有機整合拓展人的感覺和知覺，促進思維能力的發(fā)展，提高創(chuàng)新能力。通過大膽設計，建立三維模型，3D打印機就能將三維模型打印為可觸摸可展示的實體。

為順應時代潮流和企業(yè)需求，基于學?！肮け疚弧钡霓k學理念，我們開設了《3D打印創(chuàng)意設計與制作》這門課程，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，提高學生的實踐能力和職業(yè)素養(yǎng)，為后續(xù)學習和工作打下堅實的基礎。

2 3D打印教學實踐

2.1教學環(huán)境

學校通過與3D打印相關企業(yè)和其他高校進行合作，共建3D打印實訓中心。目前擁有數(shù)十臺3D打印設備，包括FDM桌面級3D打印機、桌面級和工業(yè)級SLA成型打印機等。

教學實踐中主要用的是FDM教學型3D打印機。該設備為榫卯式結構，主要包括驅動模塊、控制裝置、傳動裝置、打印平臺、進料裝置、打印噴頭和冷卻裝置等功能模塊。打印噴頭采用K型熱電偶式單噴頭，噴嘴直徑為0.4mm，打印模型尺寸規(guī)格為150mm？50mm？50mm，打印材料主要為PLA（聚乳酸）。該3D打印機的工作原理是采用絲狀熱熔性材料作為原材料，利用進給裝置擠絲并進入噴頭，將材料進行熔融，通過加熱噴頭將材料擠出，打印噴頭在驅動裝置的驅動下沿X軸和Y軸運動，按照一定的軌跡進行沉積。當一層截面沉積完成后，工作臺Z軸方向下降一個層的厚度。重復上述步驟，層層疊加構成一個三維實體模型。

FDM桌面級3D打印機總體尺寸不大，結構簡單，操作方便，經(jīng)濟實用，非常適合學生的實踐操作。其他類型的3D打印設備主要用于認知實驗。

2.2教學過程

本課程以設計制作3D打印作品為主，通過課堂教學和實驗，使學生了解3D打印技術的基本知識，掌握3D打印制作的方法，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，提高創(chuàng)新設計能力、實踐能力和職業(yè)素養(yǎng)等，為后續(xù)學習和工作打下堅實的基礎。

本課程共32學時，分為12學時理論學習和20學時的實踐操作，采用工程實踐案例驅動和問題驅動相結合的教學模式。

理論學習中，以引發(fā)學生對3D打印技術的興趣為主，引導學生進入自主學習狀態(tài)，讓學生能夠帶著快樂的心情學習。主要內(nèi)容包括3D打印基礎知識、三維軟件和切片軟件的安裝及使用等。本課程中所學三維設計軟件主要有Pro/E和UG軟件，通過三維建模生成STL格式文件。切片軟件主要有Slic3r和CURA軟件，通過切片處理生成G code格式文件。在軟件學習中，用工程實踐案例引導教學。采用教師邊講，學生邊做，講練結合，在做中學，力求學以致用，做到由簡到繁、由易到難。教學過程中，不斷培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新設計能力。

實踐教學中，以“問題驅動”為原則出發(fā)，抓住學生實踐中常出現(xiàn)的疑惑，以問題的方式導入每個知識點，操作和演練相結合，增強學生動腦能力，提升空間思維能力。主要內(nèi)容包括3D打印機的操作，讓學生動手進行3D打印作品的設計和打印處理。操作3D打印機的工作過程包括在控制面板上設置打印溫度和速度等打印參數(shù)、調(diào)平打印托盤、裝卸耗材、將含有G code格式文件的U 盤導入打印機即可實現(xiàn)3D打印。教學過程中，不斷提高學生的工程實踐能力。

2.3教學考核

本課程的考核方式是考查。具體考核分配比例為：考勤（25%）、個人文檔實訓報告（30%）、小組匯報和小組作品（45%）。學生需自選設計軟件和設計內(nèi)容，完成至少1件創(chuàng)新作品的設計與制作。參與小組作品的設計與制作，幾個學生聯(lián)合創(chuàng)新設計一件較綜合型組裝式創(chuàng)新作品并完成小組PPT展示。實踐過程中，要求學生在具有獨立解決問題的能力和團隊合作精神，提高學生的創(chuàng)新能力和工程實踐能力。

3結束語

在新工科背景下，將3D打印技術應用于教學。通過校企合作，共建3D打印實訓中心，展開3D打印實踐教學。讓學生獲得前沿的科技知識，掌握3D打印技能，培養(yǎng)創(chuàng)新意識，提高工程實踐能力，將學?！肮け疚弧钡霓k學理念落到實處。

參考文獻

[1] DANIEL，G.&H.BASTIAN&G.FRANZ，etal.Continuous 3D-printing for additive manufacturing[J].Rapid Prototyping Journal，2014，20（04）：320-327.

[2] 王忠宏，李揚帆，張曼茵.中國3D打印產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展思路[J].經(jīng)濟縱橫，2013（01）：90-93.

[3] 史玉升，張李超，白宇，趙祖燁.3D打印技術的發(fā)展及其軟件實現(xiàn)[J].中國科學：信息科學，2015，45（02）：197-203.

[4] 任曉東，陸永明.熔融沉積3D打印機所面臨的問題及解決辦法[J].機械工程師，2017（01）：103-104.