摘"要：3D打印技術(shù)應(yīng)用在實驗教學(xué)中，對豐富課堂內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)模式具有重要意義。結(jié)合目前文創(chuàng)產(chǎn)品的設(shè)計特點，3D打印能夠搭建起“創(chuàng)新設(shè)計”與“快速制造”之間的橋梁。學(xué)生將不同的文化元素進行融合創(chuàng)新，提出設(shè)計理念，通過SolidWorks建模軟件，把創(chuàng)意構(gòu)思呈現(xiàn)到三維模型上，進行操作性實驗，打印出文創(chuàng)產(chǎn)品，有利于學(xué)生對專業(yè)知識的掌握，同時能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的自主設(shè)計和實踐動手能力，實現(xiàn)所想即所得。3D打印技術(shù)引入藝術(shù)設(shè)計實驗課程中對教學(xué)改革和思政課程融入也具有借鑒作用。

關(guān)鍵詞：3D打??；實驗教學(xué)；三維模型；文創(chuàng)產(chǎn)品

3D打印技術(shù)廣泛地應(yīng)用在產(chǎn)品設(shè)計、生物醫(yī)療、航空航天、教育科研等領(lǐng)域，對推動社會經(jīng)濟發(fā)展具有重要作用［1］。相比于常規(guī)的平面打印，3D打印是使用計算機輔助設(shè)計軟件創(chuàng)建一個數(shù)字化模型，在使用切片軟件將其切割成薄薄的層次，3D打印機按照這些切片逐層堆積材料來構(gòu)建物體。如圖1所示是3D打印機的原理，使用3D打印技術(shù)具有加工速度快、精度高、設(shè)計靈活、節(jié)省材料等優(yōu)勢。以模型設(shè)計為基礎(chǔ)，根據(jù)用戶需求設(shè)置個性化的打印方案，搭建起“創(chuàng)新設(shè)計”與“快速制造”之間的橋梁，積極探索3D打印技術(shù)在實驗教學(xué)方面的應(yīng)用，對課程改革、思政課建設(shè)、提高學(xué)生的設(shè)計創(chuàng)造能力及其思維開發(fā)具有重要作用［2］。

一、3D"打印技術(shù)在實驗教學(xué)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀

3D打印技術(shù)逐漸進入校園，開設(shè)相關(guān)的實驗教學(xué)課程，對學(xué)生進行創(chuàng)新教育，指導(dǎo)學(xué)生將創(chuàng)意想法轉(zhuǎn)變成立體實物，對學(xué)生技能培養(yǎng)和教學(xué)課程改革具有重要作用。在國內(nèi)高校，西安交通大學(xué)的桂亮等人［3］將3D打印技術(shù)引入創(chuàng)客實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力；廣東工業(yè)大學(xué)的陳子豪等人［4］以立體裁剪課程為例，將3D打印技術(shù)應(yīng)用在服裝設(shè)計實驗教學(xué)中；天津大學(xué)的趙慶等人［5］提出基于CDIO（構(gòu)思—設(shè)計—實施—運行）模式的3D打印實踐教學(xué)，以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行為周期，使學(xué)生既能學(xué)習(xí)專業(yè)知識，又有足夠的發(fā)揮空間，學(xué)生的綜合能力得到顯著提高。3D打印技術(shù)融入實驗教學(xué)體系中，不斷探索教學(xué)新模式，努力培養(yǎng)出具有科技素養(yǎng)和專業(yè)技能的現(xiàn)代化人才。3D打印技術(shù)可以制造出多元化、個性化的創(chuàng)意產(chǎn)品，其生產(chǎn)方式靈活便捷，逐漸應(yīng)用在實驗教學(xué)領(lǐng)域［6］。

（1）借助3D打印實驗室平臺，引導(dǎo)學(xué)生開展課題設(shè)計，掌握產(chǎn)品的制作流程。實驗教學(xué)環(huán)節(jié)引入3D打印技術(shù)，可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力，使用3D打印機，打印出個性化的實物，使學(xué)生將理論學(xué)習(xí)與實踐制作相結(jié)合。

（2）依托3D打印實驗室，能夠培育大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地。誕生一些大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，促進產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，形成創(chuàng)意—創(chuàng)新—創(chuàng)業(yè)的產(chǎn)業(yè)化研發(fā)平臺。

（3）3D打印實驗室為師生參與各類創(chuàng)新競賽提供有力的支撐和輔助。3D打印技術(shù)能夠迅速將學(xué)生的創(chuàng)意設(shè)計通過打印機轉(zhuǎn)變成特定的產(chǎn)品，作為學(xué)生參賽時的實物作品，能夠清晰展現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計流程以及功能實現(xiàn)，鍛煉學(xué)生的綜合能力。

二、3D打印在藝術(shù)設(shè)計實驗教學(xué)中的應(yīng)用

（一）3D打印技術(shù)對藝術(shù)設(shè)計方式的改變

3D打印技術(shù)正在以其對設(shè)計創(chuàng)新的強力支撐改變傳統(tǒng)的實驗教學(xué)途徑。在實驗教學(xué)中，按照“構(gòu)思—設(shè)計—實施—運行”的教育模式，啟發(fā)學(xué)生將文化特征與藝術(shù)特征進行結(jié)合，選擇文化元素，進行提取設(shè)計，使用3D打印技術(shù)將文創(chuàng)設(shè)計理念呈現(xiàn)到產(chǎn)品上，指導(dǎo)學(xué)生打印出文創(chuàng)作品，這種立體打印制作過程將二維平面的藝術(shù)創(chuàng)作擴展到了三維空間，使學(xué)生能夠?qū)⒆约旱南胂罄L制出來，并且轉(zhuǎn)化為實際的三維模型。3D打印技術(shù)應(yīng)用在實驗教學(xué)中，對豐富教學(xué)內(nèi)容、開展創(chuàng)新教育、進行實踐教學(xué)改革，起到積極的推動作用［7］。

（二）3D打印技術(shù)使文創(chuàng)產(chǎn)品創(chuàng)作形式更加多樣

生產(chǎn)出兼具產(chǎn)品形態(tài)與功能的文創(chuàng)產(chǎn)品，使文化藝術(shù)的傳播表現(xiàn)形式更加豐富多樣，在一定程度上加深人們對文化的理解。文創(chuàng)產(chǎn)品是能夠表達人文情感和滿足個性化需求的產(chǎn)品，將3D打印技術(shù)與文創(chuàng)產(chǎn)品設(shè)計理念進行有機結(jié)合，精確還原設(shè)計創(chuàng)意和思路，同時通過調(diào)整電腦設(shè)計模型，打印出實物，每一件作品都可以是獨一無二的，能夠掌握創(chuàng)意產(chǎn)品快速制造的新方法，也突出了設(shè)計作品的獨特性和價值效應(yīng)。3D打印技術(shù)讓產(chǎn)品設(shè)計不受制造技術(shù)的約束，使設(shè)計師實現(xiàn)“所想即所得”，為文創(chuàng)產(chǎn)品的各種創(chuàng)意造型實現(xiàn)提供了可能［8］。豐富多樣的文創(chuàng)產(chǎn)品走向旅游市場，獲得的良好銷售業(yè)績反哺藝術(shù)設(shè)計教學(xué)，增加了學(xué)生和學(xué)校等創(chuàng)作源頭的收入，改善了實驗教學(xué)條件，形成了良好的正向反饋機制。不斷涌現(xiàn)的新形式藝術(shù)品創(chuàng)作，不僅擴充了藝術(shù)品種類，而且能更快進行仿形和改型設(shè)計。

（三）多學(xué)科合作與創(chuàng)新

3D打印技術(shù)被廣泛應(yīng)用在實驗教學(xué)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。通過搭建多學(xué)科融合的3D打印平臺，可以打破傳統(tǒng)教學(xué)的壁壘，促進不同專業(yè)之間的交流與合作?？萍贾ξ奈铩爸厣?，3D打印技術(shù)進校園、進課堂，廣泛應(yīng)用在文物藝術(shù)品復(fù)制與修復(fù)上，通過信息采集和模型建立兩大步驟，即使用3D掃描儀記錄文物的外形和細節(jié)，獲取三維數(shù)據(jù)，然后將其轉(zhuǎn)換成可打印的3D模型，從而實現(xiàn)對文物的修復(fù)、保護和傳承。

浙江大學(xué)與云岡研究院合作，用3D打印技術(shù)原比例復(fù)制了云岡石窟第12窟，實現(xiàn)了全球首例可移動3D打印復(fù)制洞窟，用掃描儀掃描，把整個石窟定位在坐標(biāo)系當(dāng)中，獲取它整體的形狀架構(gòu)，現(xiàn)場采集完后，在計算機上對每一個細節(jié)做后處理運算和人工修補，得到一個完整的石窟模型。做展示時，根據(jù)石窟的形狀和3D打印機的幅面，切成很多很多的小塊，再進行3D打印，之后拉到目的地，分層組裝進行布展［9］。將傳統(tǒng)技藝與現(xiàn)代科技深度融合，保存文物信息，探索3D打印應(yīng)用的各種可能，使文物呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)的完整性和藝術(shù)的完美性，重獲新生。

3D打印應(yīng)用在建筑沙盤教學(xué)實踐中，實體建筑沙盤模型可以根據(jù)用戶需求，使用3D打印技術(shù)進行快速成型打印制作，相對于傳統(tǒng)建筑沙盤制作工藝，具有模型造價低、節(jié)省時間、修改靈活、材料利用率高、精度高等優(yōu)勢。以學(xué)校里面的建筑景觀為研究對象，進行建筑沙盤3D打印，對激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和提升專業(yè)技能具有重要作用［10］，也為建筑設(shè)計領(lǐng)域帶來了較高的生產(chǎn)效率和設(shè)計自由度。通過3D打印實驗教學(xué)，有助于學(xué)生理解掌握專業(yè)知識，培養(yǎng)立體空間思維，促進跨學(xué)科學(xué)習(xí)，3D打印技術(shù)也在教育領(lǐng)域發(fā)揮出越來越重要的作用。

三、3D打印文創(chuàng)產(chǎn)品實驗設(shè)計

（1）通過介紹3D打印的概念原理、操作方法及應(yīng)用等，使學(xué)生掌握3D打印的基礎(chǔ)知識以及“創(chuàng)意設(shè)計—三維模型—3D打印”的快速實現(xiàn)過程。（2）選取文化特征元素，提出設(shè)計理念，利用3D打印技術(shù)將其呈現(xiàn)到產(chǎn)品上。在設(shè)計中賦予產(chǎn)品文化內(nèi)涵，將設(shè)計理念轉(zhuǎn)化成三維模型，打印出文創(chuàng)產(chǎn)品。（3）指導(dǎo)學(xué)生使用建模軟件，進行三維建模，選擇SolidWorks軟件建立模型并可以在線優(yōu)化。（4）文創(chuàng)產(chǎn)品的三維模型導(dǎo)入3D打印切片軟件中打開，對打印模型進行切片，規(guī)劃生成打印路徑，編譯為G代碼，將編譯好的文件輸入進打印設(shè)備，確定合適的打印材料，進行打印操作，完成模型制造。

四、學(xué)生操作性實驗

學(xué)生操作性實驗以三維模型的建立、HCura"3D打印切片軟件和3D打印機的具體使用為主要實踐內(nèi)容。在計算機軟件SolidWorks中建立三維模型，將模型保存為STL、G代碼或OBJ格式等。在電腦上安裝HCura切片軟件，將建立好的模型導(dǎo)入進去，進行打印設(shè)置，調(diào)整打印所需要的參數(shù)包括層高、層厚、打印速度和溫度等。讀取完模型后會在Cura界面上顯示該模型所需的打印時間、使用耗材情況。加載完成的模型保存到SD卡中，直接在打印機打印，或者將打印機與電腦連接進行打印。打印完成后，可能需要進行一些后期處理工作，以提高模型的質(zhì)量或完成度，具體有打磨表面、上色或其他裝飾處理。如圖3是口哨模型打印6min的效果圖，圖4是打印17min后的效果圖，圖5是打印完成之后完整的模型，操作展示過程如圖。由此看出，3D打印是使用增材制造的方法，依照CAD三維模型通過逐層堆疊材料打印出產(chǎn)品。

基于3D打印技術(shù)，與課程教學(xué)、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、課題競賽等相結(jié)合，進行創(chuàng)新性實驗教學(xué)，不僅豐富了實驗教學(xué)內(nèi)容，而且激發(fā)了學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的興趣，提高了多學(xué)科知識融合應(yīng)用的能力。

實驗教學(xué)包括三維設(shè)計、增材制造工藝學(xué)習(xí)、3D打印軟件的使用及3D打印機的操作，涉及了“計算機輔助設(shè)計”“制圖”“特色品牌文創(chuàng)設(shè)計”等基礎(chǔ)課程，只需要在電腦設(shè)計出三維模型，將模型輸入3D打印機，便能制作出實物。如圖6是學(xué)生使用3D打印機打印出來的一些作品。

結(jié)語

3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)藝術(shù)設(shè)計相結(jié)合，不斷豐富藝術(shù)品種類和表現(xiàn)形式，將3D打印技術(shù)引入藝術(shù)設(shè)計實驗教學(xué)中，指導(dǎo)學(xué)生開展一系列創(chuàng)新性實驗項目，掌握文創(chuàng)產(chǎn)品設(shè)計到3D打印的過程，能夠培養(yǎng)學(xué)生的自主設(shè)計和實踐動手能力。不斷對教學(xué)方式進行新的探索，為學(xué)生培養(yǎng)、產(chǎn)學(xué)研合作、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、項目競賽等提供技術(shù)支撐，也為今后的教學(xué)改革以及思政課建設(shè)起到啟發(fā)作用。

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作者簡介：崔蒙蒙（1993—"），女，漢族，陜西商洛人，碩士研究生，助理實驗師，研究方向：實驗室建設(shè)與儀器設(shè)備的應(yīng)用探索。