在线客服

咨询热线

基于3D打印技术的工业设计专业教学研究与实践

作者:未知

  摘要:随着我国3D打印技术的广泛医用,社会及教育行业对其重视程度逐渐加深,工业设计作为社会经济发展的主要动力,注重对3D打印技术的教学开展,但仍处于起步阶段,面对教学研究及实践需要深入进行探索,本文就3D打印设计教学研究与实践进行分析及研究。
  关键词:3D打印技术;工业设计;教学研究;教学实践
  中图分类号:G64 文献标识码:A
  文章编码:1672-7053(2019)02-0042-02
  3D打印技术作为快速成型技术的重要种类,教育阶段中将3D打印技术作为新型课堂教学内容,必须从实际需求出发,具有批判性思维和解决实际问题能力的教学思想,开展研究教学,重视实践教学经验的吸收和学习,查找相关创新应用及技术资源,引领学生新思维、创新能力有效提升,实现数字化教学与创新发展,不断推动3D技术的有效提升。
  1 3D打印技术理论基础
  3D打印技术是快速成型技术的一种,以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,在逐层打印后实现物体的构造技术。在20世纪90年代中期出现,1986年美国科学家Charles Hull开发第一台商业印刷机后,3D打印技术被麻省理工学院、ZCorp公司进行深入开发运用,在2011年南安普顿大学开发出第一架3D打印的飞机,直到2019年美国加州大学利用3D打印技术制造出中枢神经系统结构的脊髓支架模仿。可见,3D打印技术应用领域从建筑工程、工业、航天、医学领域等多方面都具有应用价值,尤其在工业设计领域用于制造模型最为广泛及迅速应用,利用数字技术材料打印机实现3D打印。3D打印技术具有三维设计、切片处理及完成打印三个重要过程,通过计算机内建模软件的建模,形成三维打印的设计,将建成的三维模型“分区”进行逐层截面切片,实现打印机的逐层打印。3D打印成品真实、形象,其不需要切、削、模型等技术,加工速度极快并且生产周期较短,能够实现结构复杂、体积较小的产品完成,并且是一体成型,減少二次加工环节,既可批量完成也可实现远程操作,能够满足不同的需求。
  2 3D打印设计教学理念
  3D打印技术作为新兴的教学方向,必须通过合理的教学活动获得经验,提高学习者主动实践的学习能力,构建科学的教学理念,引导学生的探究精神,培养学生举一反三的能力,打破传统教学的理念及方式,积极将3D打印技术融入到工业设计课程中,根据设计不同阶段的需要,积极进行交流,实现理论与实践相结合。在教学过程中,注重搭建科学有效地教学理念,积极与现实发展相结合,为学生寻找更多的学习资料,在教学大纲基础上,与现实发展密切联系,分析成功案例,查找适合自身课程所需经验,分析解读后为学生提供相关知识,吸引学生到课堂,拓宽学生知识面,激发学习兴趣,促进教学理念的有效提升。
  在教学理念构建过程中,要注重科学性的体现先进工艺美与精确美,工业设计不仅仅是产品造型,更要注重功能、结构的设计,实现成本最低创造最高的附加值目标。在教学过程中要根据工业设计专业的特殊性将结合,将基础教学与实践紧密结合,通过3D打印技术将产品理论与实践相结合,对每个阶段设计的不同要求进行沟通与交流,注重激发学生的主动性与参与性,教师根据各环节重点进行正确的引导,必须注重实践的教学理念搭建,实现理论与实践的有机结合,注重给学生建立工业设计必须商品化是设计追求的最终目标,在设计过程中不仅要注重设计美感,更要实现设计结果的可应用性,明确设计的目的,了解商品化的过程,实现设计与生产的统一性,保障工业设计的商品化需求。在教学过程中注重系统的教学观念确立,注重实践能力的有效提升,运用3D打印技术为学生带来设计过程的展示与学习,将3D打印技术作为重要的教学内容进行深入的学习,设计教育必须遵循发展的前沿需求,与现实发展相结合。
  3 基于3D打印的教学方式
  3.1 翻转课堂
  随着教学改革的不断深入,翻转课堂模式成为教学新的模式推进,并受到各阶段教学的积极响应,在3D打印技术教学过程中采用新型模式为师生沟通建立的重要的平台,并为学生的实践动手能力提供可靠保障,在计算机的应用及3D技术的学习提升学生理论实践能力,对视觉感官和智能控制有了进一步的了解。翻转课堂突破了传统的教育观念,美国罗伯特-陶伯特在通过多年的教学实践经验基础上提出了几个重要步骤,一个是课前学生观看教师提前准备好的教学视频做相关的作业练习,在课堂中对学生进行针对性测验,提出具有问题学习理论及实践知识,最后总结和评价反馈。注重“以人为本”“因材施教”需求,在3D打印设计教学过程中重视教学环境、教师及学生能力,实现动手动脑能力有效增强。在教师进行教学视频的准备过程中,注重丰富教学的内容,将教学大纲基础与现实3D打印技术成果相结合,积累设计经验,提出创新思想,抓住工业设计过程中的住重点、难点,提出问题开展教学,坚持运用新知识引导教学,积极解决在设计课程中存在的问题,对普遍问题进行解决,促进理论与实践的相结合。一方面提升教师的备课能力及专业基础能力,一方面激发学生学习兴趣,共同开展研究学习,提升学习成效。
  3.2 多媒体教学
  在教学过程中多采用多媒体进行教学,3D打印技术与工业设计是目前的前沿科技,需要大量的新技术、新知识融入教学过程中,运用多媒体教学方式全方位地进行学习,多媒体教育突破了传统教学观念,突破“一言堂”传统模式,教学氛围更为活跃,能够达到事半功倍的教学效果。在教学过程中注重查找图像、视频、成果展示等等的视频及音频内容,利用现场环境的营造,深刻领悟工业设计、3D打印技术的真谛,能够根据自身专业特点进行积极的学习,学习重点及方向明确。教学过程中,教师通过多媒体资源的收集,对现实3D打印技术环境及工业设计发展方向具有更鲜明的了解,丰富教学资源,提高教学能力。
  3.3 课题竞赛
  工业设计专业学生动脑及动手能力较强,对新事物接受能力快,并能够主动进行挑战,运用任务小竞赛或课题小竞赛激发学生学习热情,发挥团队精神,能够将自身理论知识与实践知识相结合,并将知识进行融汇贯通。通过产品设计课程进行分组的形式任务布置,或采用给定主题,将学生分为几个小组,培养学生发现问题能力,分析和解决问题能力,提高学生的综合能力,可运用不同的方案进行设计及完善,对设计出现的难点及热点问题,积极查找资料,对每个步骤及个人进行考评,督促学生参与深度及广度,利用几个课时进行答辩、投票等方式,进行等级评定后给予响应奖励。通过竞赛激发学生学习热情及挑战热情,能够对自身知识进行实践,工业设计专业必须具有动脑及动手能力,竞赛方式能够敦促学生审视自身知识系统全况,查找及填补不足,教师也可在竞赛过程中对学生存在的普遍或难点问题进行深入教学、剖析,并对较为优秀的产品作为案例进行分析及推广,实现工业产品的设计与学习。   3.4 微课堂方式
  随着收集终端的普及,高效率的各类手机、平板、笔记本计算机被广泛应用,工业设计专业学生对先进的技术及设备学习能力较强,能够使用相关软件进行深入学习。并可以在课余时间及零散时间进行知识的学习,教师通过制作主题较为突出且短小的片段进行知识点学习,对3D打印技术的学习及应用具有较为突出的优点,能够为学生安排较为宽松的学习环境,并能够与现实生活相联系。使学生的思维更为宽广,能够及时与教师进行沟通,摒弃传统僵化的教学方式,更符合时代性,能够激发学生学习热情。且工业设计专业在3D打印技术的学习及使用过程中需要大量的新知识,实践知识更新速度较快,通过微课程能够将现实发展情况及时进行联系,应用到现实生活中与学习紧密相联系,为教学提供更为宽广的范围及知识,促进课堂教学内容的有效丰富。通过微课堂模式激发学生学习热情,促进学生与教师联系沟通能力,提升教学的有效性。
  4 基于3D打印的教学内容
  4.1 基础教学
  3D打印技术的学习及应用涉及数学、艺术、信息等众多学科,甚至还有电子、机械等学科内容,关系到多领域的综合性课程,在教学过程中,注重基础知识的有效学习,加强及加深基础理论的学习,扎实学生学习基础,对产品的形态进行设计,合理设计结构与加工工艺,选择适合材料,将产品的特有属性突出,将工业设计的真谛进行学习,在学习过程中重视对心理产生统一、协调的感受,不仅体现产品的完美,更要体现现代工业生产科技、自然和人文关系,将工业产品设计创新原则、美观原则、可行原则、合理原则、适用原则、可靠原则及经济原则等重要内容,树立正確的工业产品设计思维,引导学生积极进行创新及发展。
  4.2 实践教学
  3D打印技术的出现为设计提供良好的设计需求,经过计算机软件的设计及应用,目前我国软硬件技术以国产桌面级打印机为主,具有一定的限制。教学要注重加强资源的引入及应用,在实践过程中对参数设置、结构的设计进行检验,对出现损坏及不能打印状况的进行分析,对打印原理进一步学习,对目前对打印机步骤操作进一步规范,在工业设计中运用到制造模型、产品,合理降低成本,提高效率,实现个性化、高精度的产品制造,并可通过实体打印出后经过打磨、电镀以及钻孔等加工进行,满足设计需求,极大缩短产品的设计及生产时间,市场潜力巨大,并能够为未来工业制造行业发展提供可靠技术支持。注重3D打印技术的实践过程学习及控制,为工业设计教学提供可靠的经验交流平台,提升教学经验,为未来专业发展奠定良好的基础。
  5 结语
  3D打印设计教学需要有扎实的知识理论、灵活教学方式、丰富教学内容,将传统知识进一步夯实,注重实践经验的收集与整理,为教学开展提供可靠的保障,激发师生学习兴趣,不断推进专业课程的效率提升。3D打印设计技术发展迅速,更是我国未来制造业发展的重要方向,不断推进教育水平有效提升。
  参考文献
  [1]李细荣,张智林.职业教育中3D打印技术教学模式探讨[J].科教导刊,2017(5).
  [2]刘壮,高长水.面向工程思维培养的“激光加工与3D打印技术”教学研究[J].机械设计与制造工程,2017,46 (12).
  [3]郭涌.3D打印技术在三维建模教学中的实践探索[J].设计,2017 (19):44-45.
  [4]杨南粤,周敏,李争名.基于3D打印技术的产品开发与模具设计实训教学[J].实验室研究与探索,2017,36:(8):243-246.
论文来源:《工业设计》 2019年2期
转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-14747400.htm