3D打印设计制图学具开发研究

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　　摘 要：设计制图是艺术设计类专业学生的必修课程。本文分析了设计制图课程学习中的问题，创新性地提出将3D打印技术融入设计制图课程的学习中，开发3D打印学具，便于学生自学，锻炼空间想象力，提高课程学习质量。
　　关键词：3D打印;设计制图;学具
　　3D打印技术作为新兴的先进制造技术，目前应用领域越来越广泛，也逐步渗入了教育领域。本文创新性地提出将3D打印技术融入设计制图课程的学习中，为学生学习相关知識带来新的体验。通过3D打印技术，制作设计制图学具模型，使书本上抽象的知识得到直观化的展现，加深学生对形体结构的理解，降低学生空间想象力不足带来的学习困难，从而提高学生的学习积极性，激发学生的自学热情。
　　1 3D打印概述
　　3D打印作为一种新兴的先进制造技术，以数字化模型为基础，通过粉末状金属、液态树脂或工程塑料等可黏合材料，根据事先设计好的三维模型，通过逐层打印的方式制造出模型。[1]按照成型的基本原理的不同，可以将3D打印分为以下几类：熔融沉积法、立体光刻法、激光制造法和三维印刷法等。[2]3D打印的实质是通过层层堆积的方式，分层构造零件模型。[3]由于加工工艺不同，模型的制作时间和制作成本也有所不同，因此，需要根据具体需求，综合考虑成型效果、制作时间和制作成本，选用合适的3D打印工艺制作实体模型。
　　2 设计制图课程学习现状分析
　　设计制图是艺术设计类专业学生必修的专业基础课，是一门建立在空间想象基础上的课程，无论是对于三视图的掌握，还是对于物体贯通、截切的理解，都需要训练学生的空间想象力。[4]学生们在刚刚接触这门课程时，往往因为空间想象力不够，导致学习过程困难。[5]为了解决上述问题，更好地辅助课程的学习，需要配以学习辅助模型。传统的学习辅助模型，大多是小木模和手做模型。[6]存在着模型简单、制作效率低、携带不便等问题。导致学习效果不理想，达不到预期。[7]因此，亟须开发出适合学生自主学习的学具模型。
　　3 3D打印制作设计制图学具的优势
　　利用3D打印技术开发学具模型有以下优势：
　　（1）从学习实际出发，有的放矢。针对课程的重点和难点开发出的自学模型，将抽象的知识具现化，直击学习的“痛点”。学生可以在课后任意时间进行自主学习，训练空间想象力。
　　（2）提高了模型精度，降低了制作成本。传统的教学辅助模型，大多数需要手工制作，存在着效率低、精度低、成本高等问题，很难满足学生的需求。利用3D打印技术，通过三维数字化设计制作的模型，精度极高。提高了制作效率的同时，也大大降低了制作成本。
　　（3）拓展了学生的3D思维。让学生全程参与从三维建模到3D打印的三维数字化设计的全过程，既拓展了3D思维，又增强了创新能力，实现了学与做一体化的新模式。通过让学生亲身参与到模型的设计中，激发了学生的学习热情。
　　4 设计制图学具开发流程
　　开发设计制图学具模型，具体流程如下：
　　（1）分析设计制图学习中的难点和重点。例如，物体贯通和截切中的难点、三视图的绘制等。通过向学生发放问卷的方式，汇总一些经常出错的题目。从学习的实际出发，总结学习过程中常见的问题。
　　（2）使用solidworks等软件建立三维实体模型。建模过程可以使用“层叠法”或“删减法”，对于复杂的组合体模型，可以用到装配或曲面的命名。模型按1︰1建立，建好的模型经检查后导出STL文件。
　　（3）通过实验筛选出适合开发学具的3D打印工艺。综合考虑制作精度、成本和效率等因素。选用熔融沉积3D打印工艺制作模型，该工艺具有制作效率高、材料成本低、操作简单等特点，适合于制作设计制图学具模型。通过打印参数设置，制作出质量较高的学具模型。
　　（4）对3D打印制作的学具模型进行后期处理。主要步骤为抛光打磨，去除毛刺，使其表面光滑。对于需要突出强调的点、线和面，还可以上色。最后，进行包装设计和使用说明书设计。
　　5 结语
　　本文结合专业课程的特点，将全新的技术引入传统的课程学习中，总结了设计制图学具开发的优势和流程。设计制图学具的开发，可以帮助学生更好地学习设计制图的知识，增强空间想象力;既拓展了3D思维，又增强了创新能力，有效地解决了课程学习中存在的问题，可以为3D打印技术在其他课程中的应用提供范例。
　　参考文献：
　　[1] 王琛，于嘉浩，陆红红，蒋雨婷.基于快速成型技术的中国古典家具模型制作工艺研究[J].家具，2018，39（6）：40-44.
　　[2] 郁舒兰，施佳露，于娜，吴成.交互式老年人手指握力康复产品设计[J].家具，2019，41（2）：84-88.
　　[3] 曹释予，刘祎.绿植在家居产品设计中的应用研究[J].家具，2019，41（2）：78-83.
　　[4] 王子轩，吴智慧.办公环境中建筑与家具的文化体现[J].家具，2019，41（2）：41-45.
　　[5] 周季纯，吴燕.圈椅的起源与发展[J].家具，2019，41（2）：62-65.
　　[6] 姚月姝，祁忆青，王丹.冬季室内有害挥发物释放特征及防治措施[J].家具，2018，39（2）：11-14+23.
　　通讯作者：王琛，男，南京林业大学家居与工业设计学院实验师，主要研究方向：工业设计工程。
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