基于3D打印技术的高校机械制图课程教学探析

　　摘 要：传统机械制图课程教学存在辅助教学工具过于抽象、机械模型成本高、教学方法陈旧等问题。随着3D打印技术的成熟，将3D打印技术引入高校机械制图课程教学中，可提高学生的学习积极性、自主性，促进生生之间的交流合作，激发学生的创作灵感，提高教学效果，节省教学成本。在具体教学中，教师可应用3D打印技术打印3D模型，进行物理制图、软件建模，以及胎模的精加工、局部装配，打印可视化成品等，以此完成2DCAD时代无法实现的协同工作，为教育教学提供新思路。

　　关键词：3D打印技术;机械制图;软件建模;模型;加工;装配

　　机械制图课程是研究机械图样的绘制和识读规律与方法的一门学科，旨在使学生具备从事机械设计与制造、冶金设备维护、机电设备、数控技术工作所必需的基本知识和基本技能。将3D打印技术应用于高校机械制图课程教学中，可突破传统机械制图课程教学存在的不足，完成2DCAD时代无法实现的协同工作，提高学生的学习效率，为教育教学提供新思路。

　　一、相关理论综述

　　(1)3D打印技术。3D打印技术(3D printing)是一种基于图层数字模型处理软件的打印技术。其运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过图形打印模具直接构建矩形物体，可直接从未经图层处理的任何图形打印数据或任何打印模具中直接生成任何一种形式的打印零件，大大缩短了产品开发周期，提高了产品生产率，降低了生产过程成本。根据3D数字打印机所用烧结材料的不同，3D数字打印应用技术可以细分为聚合反应打印技术、烧结材料熔融粘合反应技术、粉末烧结黏合反应技术。随着3D数字打印应用技术的不断创新发展，其广泛应用于工业产品设计以及开发生产过程，如航空工业、汽车制造工业、专业建筑设计(包括产品设计和工业建筑设计的专业生产过程模型)、医疗整形外科(正畸后的牙套、假牙、助听器)等多个领域。

　　(2)3D建模。3D建模是一种数据呈现方式，目前在多个领域都有广泛应用。在计算机中，3D图形具有可视化特征，即在平面上显示3D图形，虽然与真实世界不同，但呈现出来的3D空间看起来就像真实世界。

　　二、传统机械制图课程教学存在的问题

　　在传统机械制图课程教学中，教师通过挂图、图像、实物模型等教具来讲解机械零件的结构、形状和运动。而这样的教学方法已经不能满足学生的学习需求，也无法达到社会对人才的能力要求。

　　(1)辅助教学工具过于抽象。使用静态的、抽象的机械运动辅助教学工具，如三维挂图和运动图像，并不能准确反映机械零件的基本形状、结构、运动工作原理和使用功能。而这些教学内容也是学生最难理解的，要求学生具有良好的三维空间感和想象表达能力。很显然，这些抽象的教学工具无法起到辅助学生理解教学内容的作用。

　　(2)传统机械模型成本高。在物理机械制图、机械运动原理、机械设计等各门课程的传统机械制图教学实践过程中，教师通常会利用机械模型作为教具，以此让学生了解机械零件的基本结构、结构的基本组成、运动学的特点等教学内容。而机械模型的成本较高，对教学的辅助作用也有限，不能体现全部教学内容。

　　(3)教学方法陈旧。现在，大量的信息技术被引入课堂，而如果教师不充分利用信息技术，仅依靠口头讲授、学生对物理模型和工程设计的观察，将很难调动学生的学习积极性，也很难提高课堂教学效率。另外，机械制图课程的教学重点是让学生理解机器的基本原理，所以部分教师的课程教学以知识输入为基础，对学生的知识掌握评价以书面形式的绘画和作业为主。很显然，这种教学模式无法培养学生的创新能力，而机械制图课程的大班教学也无法因材施教，有效培养学生的设计创新能力。这样，学生在学习中遇到困难时，既缺乏创新意识，也缺乏动手实践能力，无法提高学习效率。

　　三、3D打印技术辅助教学的相关准备

　　(1)教学时间节点分析。任何教学活动都需要做一定的准备，因此，在应用3D打印技术辅助教学时，教师、学生也要提前做好相关准备工作。首先，在3D建模的初始阶段，教师可简要向学生介绍二维设计的特点和基本知识，并指导学生完成设计方案。在学期的前几周，重点对学生进行手工制图的培训。其次，在正确书写字母、数字，准确画线之后，教师可指导学生以“钩子”为主题绘制手绘图，然后进行2DCAD绘图，以此提高学生基本的二维绘图能力。最后，在讲解投影的基本规律时，教师可指导学生进行专门的3D造型培训，让其学习CAD3D操作，由简单到复杂体现3D空间感，并进入3D打印室，设计和制作独特的3D实体。接下来，学生可通过反复修改设计，尽量让3D实体完美呈现。由此可见，教师只有掌握这些教学节点，才能充分发挥3D打印技术的教学优势，才能让学生充分掌握知识，并将真实产品与二维图纸联系起来，了解它们之间的区别。

　　(2)教学素材准备。3D图形打印虽然是一种高效低成本的打印应用技术，但学生也不可能经常通过3D图形建模同时制作一个成品打印模型，也不可能同时制作大量的3D建模造型和打印模型。因此，教师在教学中要精准确定需利用3D打印的模型，然后借此向学生做产品演示，讲解教學内容。

　　(3)学生准备。机械制图课程作为高校机械制图专业的基础课程，在学生的就业竞争中具有非常重要的作用。因此，教师要在传统实践的基础上不断改进、创新，应用可提高学习效率和学习质量的教学模式，以3D打印技术为教学辅助手段，全面提高学生的学习积极性，形成最佳教学切入点。

　　四、3D打印技术在机械制图课程教学中的应用

　　为提高学生参与课堂教学的积极性，在利用3D打印技术进行机械制图课程教学的过程中，教师可将全班学生分成若干小组，每组4人～6人。具体教学应用如下。

期刊VIP网，您身边的高端学术顾问

文章名称： 基于3D打印技术的高校机械制图课程教学探析

文章地址： http://www.qikanvip.com/jixie/60982.html