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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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