彭蓉

摘要：隨著科技水平的提高，3D打印技術(shù)的不斷成熟，當(dāng)前已在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文對3D打印的原理及特點(diǎn)優(yōu)勢進(jìn)行了分析，探討3D打印在教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，將其融入高職教學(xué)中，考慮到3D打印技術(shù)的優(yōu)勢會(huì)隨著普及率越來越高、技術(shù)不斷成熟、成本逐步下降必將在今后的高職教育領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：3D打??；機(jī)械綜合實(shí)訓(xùn)；輔助教學(xué)；輔助設(shè)計(jì)

一、3D打印的概念和原理

3D打印又稱為增材制造，是快速成型技術(shù)的一種，有著“制造靈活”和“節(jié)約原材料”的特點(diǎn)，近年來，隨著3D打印技術(shù)逐步成熟、打印材料種類的增加，打印價(jià)格的降低，3D打印有了快速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷增加，不僅在機(jī)械制造、國防軍工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，也逐漸進(jìn)入學(xué)校、家庭、醫(yī)院，在教育、生物醫(yī)療等行業(yè)也得到廣泛關(guān)注及應(yīng)用，

3D打?。?D printing，又稱三維打?。┰硎鞘抢迷O(shè)計(jì)好的3D模型，通過3D打印機(jī)逐層增加塑料、粉末狀金屬等材料來制造三維產(chǎn)品的技術(shù)。一般來說，通過3D打印獲得物品需要經(jīng)歷建模、分割、打印、后期處理等四個(gè)環(huán)節(jié)，其中3D虛擬模型，可以是利用掃描設(shè)備獲取產(chǎn)品的三維數(shù)據(jù)，并以數(shù)字化方式生成三維模型，或者是利用UG或CAM等工程或設(shè)計(jì)軟件創(chuàng)建的3D模型，有些應(yīng)用程序甚至可以使用普通的數(shù)碼照片來制作3D模型。

二、 3D打印的特點(diǎn)和優(yōu)勢

3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)制造相比，3D打印具有小批量、成本低、復(fù)雜制造能力好、材料利用率高，適應(yīng)性好等特點(diǎn)，3D打印機(jī)采用選擇性激光熔煉技術(shù)，用激光將金屬粉末加熱成型，相比數(shù)控機(jī)床制造，既可以縮短制造時(shí)間，又可以提高制造精度，降低制造成本，一舉多得。 3D打印不需事先制模，也不必鑄造原型，大大縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，減少了產(chǎn)品從研發(fā)到應(yīng)用的時(shí)間，降低了企業(yè)因開模不當(dāng)可能導(dǎo)致的高成本風(fēng)險(xiǎn)，使得特殊和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模型的制作也變得簡單。另外，3D打印是增材制造，使用金屬粉或其他材料，使部件從無到有，大大減少了原材料和能源的消耗，生產(chǎn)上實(shí)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

三、3D打印的應(yīng)用領(lǐng)域及成果

3D打印近年來得到了快速發(fā)展，首先在模具加工和機(jī)械制造領(lǐng)域，使用3D打印可以快速地進(jìn)行模具的設(shè)計(jì)與定制，打印復(fù)雜形狀的各種零件。在航空航天、國防軍工領(lǐng)域，3D打印應(yīng)用于外形驗(yàn)證、關(guān)鍵零部件的原型制造、直接產(chǎn)品制造等方面。生物醫(yī)療領(lǐng)域，醫(yī)學(xué)工作者利用3D打印技術(shù)打印出患者的內(nèi)臟模型及外傷性腦內(nèi)血腫顱腦模型等，用于輔助診斷并制定術(shù)前方案，降低了手術(shù)難度，減少了手術(shù)時(shí)間，為患者帶來精準(zhǔn)化治療。2013年，美國“固體概念”公司成功制造出世界上首支3D打印金屬gun，能夠連續(xù)發(fā)射50發(fā)子彈并保持完好。

四、將3D打印融入到高職機(jī)械綜合實(shí)訓(xùn)課程

3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)普通機(jī)械加工工種可以有機(jī)地融合來進(jìn)行教學(xué)，能取得更好的教學(xué)效果。機(jī)械加工技術(shù)可以說是金屬3D打印零件生產(chǎn)過程中的一個(gè)環(huán)節(jié)，很多3D打印的金屬零件需要進(jìn)行機(jī)械加工來生成精密的表面，但實(shí)現(xiàn)兩種技術(shù)之間的銜接是充滿挑戰(zhàn)的。目前國內(nèi)在應(yīng)用3D打印技術(shù)的時(shí)候，經(jīng)常局限在3D打印應(yīng)用階段，并沒有像國際上將3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)制造技術(shù)進(jìn)行有效的銜接。以3D打印隨形冷卻模具來說，3D打印服務(wù)商通常將3D打印完好的半成品外包給機(jī)加工企業(yè)進(jìn)行后期的表面精加工，而非在一條生產(chǎn)線下完成所有的制造流程，也就是說3D打印應(yīng)用的發(fā)展在國內(nèi)仍然處于片段化。3D打印技術(shù)在制造復(fù)雜零部件方面的優(yōu)勢，如果在當(dāng)初設(shè)計(jì)與制造3D打印零件時(shí)沒有充分考慮到后續(xù)機(jī)械加工中所面臨的困難，則可能招致零件加工失敗但如果通過大量試錯(cuò)的方式來加工一款3D打印零件，肯定要承擔(dān)高昂的成本。有的零件先后需要經(jīng)過3D打印增材制造與銑削等多個(gè)制造步驟，零件從一臺加工設(shè)備移至下一臺設(shè)備時(shí)存在如何夾緊、怎樣進(jìn)行移位等問題，機(jī)械加工行業(yè)的著名設(shè)備企業(yè)阿奇夏米爾是通過統(tǒng)一的卡盤和校準(zhǔn)軟件來解決以上這類問題的。

（一）高職機(jī)械綜合實(shí)訓(xùn)課程中輔助設(shè)計(jì)

高職機(jī)械綜合實(shí)訓(xùn)課程中的鉗工實(shí)習(xí)、車工實(shí)習(xí)、銑工實(shí)習(xí)、數(shù)控實(shí)習(xí)等如果能借助相應(yīng)的模型設(shè)計(jì)出一定的模型，借助于3D打印，學(xué)生對需要設(shè)計(jì)的模型有一個(gè)基本直觀的認(rèn)識，然后經(jīng)過分組的討論、設(shè)計(jì)、修改等過程，不僅能增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生交互學(xué)習(xí)，協(xié)作學(xué)習(xí)，且能提高學(xué)生的設(shè)計(jì)水平、思維能力和實(shí)操能力。需要用專業(yè)的軟件制圖，然后再拷貝到U盤，插到3D打印機(jī)上就能進(jìn)行打印。通過學(xué)習(xí)3D打印，創(chuàng)新和想像力可以得到無限發(fā)揮興趣是學(xué)習(xí)的原動(dòng)力，毫無興趣的學(xué)習(xí)過程是枯燥被動(dòng)消極的、只能是事倍功半。如何調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是一個(gè)永恒的教育要求，比如：在模具設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)中，采用項(xiàng)目式教學(xué)法應(yīng)用3D打印，學(xué)生在親歷自己設(shè)計(jì)零件打印成型的過程及成品后，學(xué)習(xí)興趣大增，反復(fù)討論修改的過程能顯著提升學(xué)生的設(shè)計(jì)水平。在CAD課程實(shí)踐環(huán)節(jié)中，使用3D打印機(jī)，可以根據(jù)教學(xué)需要來設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，對學(xué)生的設(shè)計(jì)作品3D打印出來進(jìn)行評比。鼓勵(lì)學(xué)生打印原創(chuàng)作品，以發(fā)揮學(xué)生的專業(yè)特長，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和想象力。

（二）打印三維教具學(xué)具輔助教學(xué)

當(dāng)前不少學(xué)校購買了3D打印機(jī)，使用不久就出現(xiàn)這樣或那樣的問題，自己解決不了而找廠家維修又很難，而國內(nèi)的大量打印機(jī)廠商都是作坊式生產(chǎn)，質(zhì)量和后期維護(hù)跟不上，造成使用效果大打折扣。3D打印技術(shù)無法應(yīng)用于大量生產(chǎn)，所以有專家鼓吹3D打印是第三次工業(yè)革命似乎過早。富士康為蘋果代工生產(chǎn)iPhone已有多年。郭臺銘以3D打印制造的手機(jī)為例說明：3D打印的產(chǎn)品只能看不能用，因?yàn)檫@些產(chǎn)品上不能加上電子元器件，無法量產(chǎn)。3D打印還受到材料的限制，可以生產(chǎn)的產(chǎn)品也很少，“即使生產(chǎn)出來的產(chǎn)品，也無法量產(chǎn)，而且一摔就碎。但3D打印技術(shù)在當(dāng)前階段還存在可打印原材料少、速度較慢、成本高、精度較低等問題，制約了其在各領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用。相信在不久的將來隨著材料、高精度控制、高效制造等關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，3D打印技術(shù)必將能發(fā)揮更大的作用。

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