3D打印技术及其在中职教学中的应用

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　　摘 要：3D打印技术作为一门新兴加工技术，將成为未来制造工艺中的重要组成部分，开设3D打印课程，让学生充分了解3D打印的原理、工艺方法及从三维建模到操作3D打印机生成实物加工的全过程，培养中职学生的创新意识，深化中职教育改革，要求教师在开展教学过程中，将创新精神融入到教学中去。
　　关键词：3D打印;教育应用;设计;创新
　　中图分类号：G718         文献标识码：A
　　3D打印技术是目前全球最受关注的新兴技术之一，在工业设计、装备制造、航空航天、电子电器、生物医学等领域都有广泛应用。“第三次工业革命”浪潮中，3D打印技术将成为重塑社会生产关系的核心手段之一。3D打印作为助推智能制造的关键技术，在“中国制造2025”的背景下火速升温，3D打印行业人才需求不断扩大。越来越多的学校开始将3D打印技术应用于教学，尤其传统加工制造专业，为了使学生能够与时俱进，提高他们的创新能力，有些学校已经将3D打印纳入课程设计。如何有效的发挥3D打印技术的最大效果则是我们需要深入了解研究的话题。
　　1探究3D打印技术的特点
　　3D打印带来了世界性的制造业革命，以前是部件设计完全依赖于生产工艺能否实现，而3D打印机的出现颠覆了这一生产思路，这使得企业在生产部件的时候不需要再考虑生产工艺问题，任何复杂形状的设计均可通过3D打印机来实现。
　　1.1直接数字化制造
　　3D打印直接数字化制造，从三维CAD模型直接制造出产品，减少或省略了毛坯准备、零件加工、装配等中间工序，且无需昂贵的刀具或模具，从而极大地缩短了产品的生产周期，提高了生产效率。加工过程中无振动、噪声和切削废料，实现了环保。
　　1.2制作个性化
　　3D打印制造的是完全定制的、个性化的独特产品，设计空间无限，特别是在医疗领域可以根据病人条件，量身定做，提高了效率。
　　1.3产品研制周期短
　　传统模型制作过程往往要经过多道工序所用时间过长，3D打印技术减少了模具的制造过程，有效地缩短了模型的制造时间。
　　1.4材料利用率高
　　数据打印能够最大限度地发挥材料的特性，而不在意制品构造是否复杂，仅把材料放在有用的地方，材料无限组合，大大减少了材料的浪费，提高了材料的利用率，降低了成本。
　　2 3D打印技术在教学中的应用
　　2.1 3D打印对学生学习的积极作用
　　2.1.1提高学生的动手设计能力
　　3D打印从设计到制作都需要学生自己动手参与操作，这样对学生的动手能力，操作能力和创新力有积极地推动作用。
　　2.1.2激发学生的学习积极性
　　3D打印通过打印机将学生的构思转变为真实立体并且具有色彩的立体模型，将抽象变为具象，增加学生的兴趣，是他们获得成就感，拥有继续探究的动力。
　　2.1.3培养学生的创新性和创造力
　　3D打印技术可以融入生活，学生将生活的点点滴滴，将脑中的奇思妙想通过自己动手变为现实，这样不但提高了学生的动手能力，还有效的提高了学生的创新性，使学生多方面发展，对于国家培养创新性人才起到了积极意义。
　　2.2以“制作手机支架”任务为例作详细阐述
　　本文以Solidworks三维软件制作“手机支架”模型，以创想三维3D打印机为例，详细阐述一下如何由三维模型到模型实体的实现，以提高学生的创新精神。
　　Dreality 3D（创想三维切片软件）是由深圳创想三维科技公司推出的一款Cxsw3d创想三维机器专用程序，支持FDM机器打印。可进行3D切片操作，根据不同的打印机和物品进行设置和调整，打印出来的模型作品效果非常逼真，且支持单个或者多个同时打印。
　　2.2.1设计制作三维模型
　　（1）学生根据自己手机的尺寸，根据参考样例，确定可支撑手机的手机支架总体尺寸，再根据自己的兴趣爱好，绘制出自己设计的手机支架草图。
　　（2）根据绘制的草图，用Solidworks三维软件制作“手机支架”模型，保存为“stl”格式文件。
　　2.2.2 3D打印机准备工作
　　（1）清洁平台，贴美纹纸。
　　（2）调平热床，用A4纸辅助调节喷嘴和热床距离。
　　（3）喷嘴预热，检查材料的用量，根据自身需求进料或换料。
　　2.2.3 3D打印流程
　　（1）将制作完成的.stl格式模型导入到创想三维切片软件中，界面会显示打印该模型所需时间和耗材。
　　（2）设置参数。操作者可设置层高、壁厚、打印速度等参数。
　　（3）变换模型。在该软件中，可对模型进行旋转，镜像，缩放等操作。操作者可通过变换模型，从界面显示中得到最优的打印时间。
　　（4）导出模型。将该模型以.gcode格式导出，存在可移动磁盘中。
　　（5）将模型导入打印机。将可移动磁盘插入到打印机中，操作者可选择准备、控制、语言、存储卡打印等按钮进行参数调节。
　　（6）设置打印参数，包括喷床温度、热床温度、风扇速度等。设置完毕后即可打印。打印界面中会显示打印进度，工作时的喷床温度、热床温度、喷床的实时坐标等信息。
　　（7）打印完成。打印完成界面可获得本次打印时间，耗材损耗等信息。能够掌握打印信息，做到有据可依，为下次打印做好充分的准备和计划。
　　3结语
　　本文通过探究3D打印技术的特点，得到其对学生学习的积极作用。又通过具体案例阐释，将3D打印机和三维软件结合进行教学，一方面不仅深化课堂学习的理论知识，同时激发了学生学习的积极性;另一方面，陪养了学生创新能力，全面提高学生的综合素质，使学生的专业素养和能力在科技创新活动中得到全面提升。
　　参考文献
　　[1]杨继全，郑梅等.3D打印技术导论[M].南京：南京师范大学出版社，2016.
　　[2]鲍开美，李晓峰.3D打印的教学组织研究[J].科技风，2018（09）：10.
　　[3]刘静，李永盼，张道更.基于三维建模的3D打印技术在教学中的应用[J].智时代，2018（09）.
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