3D打印技术在专业学习和教育中的应用探索

发布时间：2022-12-07 16:20:04 来源：网友投稿

摘要：3D打印技术（3DP）是一种快速成型技术，是一种有别于传统制造业的制造技术，其研究应用前景广阔。本文简要介绍3D打印技术的发展历程和原理，描述了3D打印技术的优缺点。并结合自身的经历对3D打印技术应用于学习中的优势进行探讨。

关键词：3D打印；快速成型；定制化；3D打印教学模式

引言

随着社会的飞速发展，各种新型科技也不断的涌入人们的生活，其中3D打印技术就是近年来的典型代表。最近几年，3D打印的曝光度越来越高，3D打印房屋、3D打印汽车、3D打印血管等一次次的吸引了人们的眼球。3D打印产品的横空出现，广泛地引起民众的关注。

1、3D打印技术概述

1.1、3D打印技术的产生

3D打印技术的核心制造思想最早起源于100多年前的美国。1986年 Hull发明的光固化成型技术，1988年 Feygin发明的分层实体制造技术，1989年 Deckvard发明了粉末激光烧结技术。1993年Sachs在麻省理工学院提出了立体喷墨打印技术并得到广泛使用。1988年美国3DSystems公司在Hull的专利思维下，生产出了一台3D打印设备——SLA-250（光固化成型机），这也是史上第一台商业化的3D打印设备，为3D打印技术开启了一个全新的纪元。

1.2、3D打印的原理

首先，利用CAD软件（如Pro/E）进行建模，并将建立的3D模型沿着Z 轴进行分层，即分割成多个平面，而每层平面对应一个二维图案信息，再利用3D打印在每一个平面上按照图层信息，将塑料、金属等目标物质黏合在一起，然后逐层打印，并通过每层的二维图形积累，最后形成一个三维模型。

1.3、3D打印技术的优缺点

1、优点

（1）定制化：3D打印一个较大的优势在于将设计人员的想象力和创造力得到了无限的放大，不再受传统生产模式和生产工艺限制，设计人员可以根据消费者的需求量身定制出自己想要的产品，通过3D打印实现量身定制生产产品。

（2）提高生产效率：3D打印技术有别于传统的生产模式，它将一系列工具融为一体，通过3D制图数据控制、激光扫描、材料融化等技术，使特定材料按照三维数据进行特定的排列，最終把虚拟数据转化为真实的产品。此过程中降低了生产产品所需时间、提高了其生产效率。

（3）较大的降低了生产成本：3D技术节省了模具铸造所需费用，并且使材料的利用率得到了提高，还节省了大量的人工生产费。基于3D打印的生产过程，决定了所需物品可以在任何时间和地点精确的打印，更进一步节省了物流、配送、上货等成本。

（4）颠覆传统的工业生产：3D打印生产把工业生产进重新定义，这使得小型企业重获希望。它借助于信息技术使得大量物质流被虚拟化而转变为信息流，从而将传统集中庞大的生产模式转变为社会化生产模式。

2、缺点

（1）技术成本高且工时长：3D打印虽然有较多的优势，但由于技术有一定的难度和打印材料研发困难，因此3D打印机价格昂贵，并且在金属成型上的工作效率低。

（2）规模化生产不具备优势：3D打印在私人定制化生产有优势，那么相反在规模化批量生产就不具备优势。传统制造工艺在批量化生产中用时短、成本低、精度高。

（3）可使用材料少：3D打印能使用的材料还有限，这也是3D打印技术的一个重大技术瓶颈。

2、3D打印技术在自身学习中的心得与探索

2.1、将3D打印技术应用于课堂教学

3D打印为教育行业开启了一条崭新的道路，许多教育机构以及一些组织，正在研究、探索如何能将3D打印技术灵活的应用到教学和学习。学生不仅可以感受到3D打印技术辅助教学的便利性和直观性，还可以提高学生的学习兴趣、锻炼学生的创新思维能力，同时可以有效地提高他们创新实践的能力，更对学生的实战技能和未来的进入岗位产生深远的影响。据调查，在中国的大学中90%以上培养的是面面俱到、门门懂的大而全或小而全广泛性知识性人才，而专职教育的比重只有不到10%。有了这样的的格局，那么中国与德国工业的差距就不足为奇了。课堂上的课程大多是抽象的、空洞的、理想的，都是自己的头脑中建立了一个工厂及一套生产模式，但它的可行性却得不到验证。因此，将3D打印引入我们课堂是非常有必要的。

2.2 3D打印应用与教育行业中的优势

3D打印技术的引入，可以让我们实现“学中做、做中学、所思即所得”的模式，在学习中我们可以将抽象的东西设计打印出来，将理论转化为实际，通过实际的运转、操作中再发现问题、解决问题，在此操作过程中再学习到新的东西，让学有所用，实现更早的将理论与实际结合。打印的实物图还可以进行理论操作，进行模拟实训，有机的将学校和社会企业相结合，真正培养一批社会所需要的人才。

2.3 3D打印将企业和学校紧密的联系在一起

3D打印这个产业的推进离不开后备人才储备，而对于这个行业目前人才面临着严重的缺乏，那么解决这一问题学校自然应该首当其冲。所以对于人才储备的培养刻不容缓，将3D打印与教学相结合将会促进中国发展质的飞跃，在深化了理论知识和提高可操作性人才比例的同时培养新技术人才。但目前3D 教学内容、课程设置、3D人才培养方案都比较匮乏。因此，进行课程改革，创建新型学习模式，开展产学研合作，探索 3D 创新型人才培养新模式，将成为未来几年构建绿色生态教育质量体系的重要内容。

大学是一个培育社会所需人才的基地。而社会需要能解决问题、拥有较强动手能力的人才。3D打印就可以发挥德国教育模式中的“二元制”。将企业和学校联合起来，将理论与实践结合起来，理论为辅实践为主，将考察方式转变为书面成绩和实际技能操作考察两种。3D打印教育采用理论学习和实、践培训相结合，这不同于传统的理论灌输式学习，不需要空谈过多的大道理，重要的是在实践中让学员理解，在理解的基础上进一步创新，培养一批理论与实践的结合体、实用型、大学生。

参考文献：

[1]罗军，中国3D打印的未来[M].东方出版社，2014.6.

[2]王聪聪，詹仪，3D打印技术的引用与发展前景[J].印刷工程，2014.4

[3]刘凤珍，刘明信，王运华，李克义，张彬，3D打印技术在医学领域中的应用研究进展[J].中国材料进展，2014.11

[4]王美，王良辉，刘忠晓，陈渊源，基于3D打印技术的特色课程研究[J].现代教育技术，2014.12

作者简介：赵建森（1997.5—），男，汉族，籍贯：四川巴中人，四川工业科技学院汽车工程系，16级在读本科生，本科学位，专业：车辆工程，研究方向：3D打印、无人驾驶。

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