施允洋　劉方方　房開拓　王曉華

【摘 要】針對(duì)現(xiàn)有鑄造實(shí)習(xí)課堂學(xué)生興趣點(diǎn)低、模樣和芯盒陳舊且無創(chuàng)新，本文提出一種基于3D打印技術(shù)打印模樣與芯盒的鑄造實(shí)習(xí)改革，力求學(xué)生在動(dòng)手、獨(dú)立自主及學(xué)習(xí)能力上更上一層樓，同時(shí)開辟一種新課堂模式，為鑄造實(shí)習(xí)教學(xué)改革提供了新的方案。

【關(guān)鍵詞】鑄造實(shí)習(xí)；3D打?。唤虒W(xué)改革

0 引言

高校金工實(shí)習(xí)是機(jī)械及近機(jī)械類專業(yè)不可或缺的實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，學(xué)生在該實(shí)習(xí)期間可以學(xué)到機(jī)械基礎(chǔ)、工藝等相關(guān)知識(shí)，提高個(gè)人動(dòng)手實(shí)踐能力[1]。在各類機(jī)械產(chǎn)品中，如內(nèi)燃機(jī)、機(jī)床等，整機(jī)質(zhì)量的70%到90%為鑄件，同時(shí)我國以1700萬噸左右的鑄件年產(chǎn)量位居全球首位[2]。可見，鑄造的應(yīng)用范圍及其廣泛，鑄造作為熱加工工藝代表，其發(fā)展變得尤為重要。對(duì)于高校鑄造實(shí)習(xí)課堂，如何在有限的實(shí)習(xí)期間提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和工程素養(yǎng)，成為鑄造實(shí)習(xí)的重要發(fā)展趨勢之一[3]。

1 鑄造實(shí)習(xí)現(xiàn)狀

我院的鑄造實(shí)習(xí)，實(shí)習(xí)流程如下：

學(xué)生安全教育→鑄造理論知識(shí)講解→整模、分模、挖砂三種造型造型示范、練習(xí)、澆注→落砂及鑄件清理→撰寫實(shí)習(xí)報(bào)告在教學(xué)過程中，學(xué)生在理論知識(shí)講解過程中出現(xiàn)注意力不集中，聽一會(huì)就失去興趣。在動(dòng)手操作環(huán)節(jié)，整模及分模兩種造型，學(xué)生依舊興趣點(diǎn)低，但是在挖砂造型環(huán)節(jié)，學(xué)生表現(xiàn)出濃厚的興趣，造型相比前兩個(gè)也更加認(rèn)真，總結(jié)原因是前兩個(gè)模型太過單一、沒有創(chuàng)新，而挖砂造型的模樣為一架小飛機(jī)，且澆注的鑄件學(xué)生可以購買，種種原因激發(fā)了學(xué)生興趣。

目前實(shí)習(xí)教學(xué)過程中，教師起主要角色，學(xué)生根據(jù)示范進(jìn)行模仿、熟悉造型流程。學(xué)生缺少獨(dú)立思考和創(chuàng)新的環(huán)節(jié)，而在實(shí)習(xí)過程中我們應(yīng)該更重視學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)他們團(tuán)隊(duì)合作及動(dòng)手實(shí)踐能力。

2 3D打印與鑄造實(shí)習(xí)相結(jié)合

為提高我院鑄造實(shí)習(xí)課堂的趣味性、提高學(xué)生上課的積極性、培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力及團(tuán)隊(duì)合作能力，本文提出了一種3D打印技術(shù)與鑄造相結(jié)合的學(xué)習(xí)模式，對(duì)鑄造課堂進(jìn)行改革。在方案實(shí)施過程中，以學(xué)生為主體，讓不同層次學(xué)生在實(shí)習(xí)過程中均有所獲，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，引導(dǎo)學(xué)生勤于探究，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，同時(shí)也為他們發(fā)展打下良好基礎(chǔ)。

2.1 3D打印技術(shù)的簡介

3D打印技術(shù)（3Dimensional Printing）又稱增材制造技術(shù)，屬于快速成型技術(shù)之一，是一種基于離散—堆積原理，由零件三維數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)直接制造零件的增材制造法，該技術(shù)通過計(jì)算機(jī)建模然后對(duì)塑料、金屬粉末等可粘合材料進(jìn)行逐層打印而成，常見流程如圖1所示，該技術(shù)近年來發(fā)展迅速，被稱為第三次工業(yè)革命標(biāo)志性技術(shù)之一[4-5]

2.2 3D打印如何與鑄造相結(jié)合

在鑄造實(shí)習(xí)課堂，模具尤其是木模經(jīng)過數(shù)年使用后往往變得“千瘡百孔”，難以再次使用，且對(duì)于學(xué)生來說，早期的模型太過陳舊、毫無創(chuàng)意，更談不上濃厚興趣。3D打印技術(shù)與鑄造相結(jié)合可以打破局面，傳統(tǒng)砂型鑄造工藝流程是先根據(jù)鑄件設(shè)計(jì)圖紙，做出模樣與芯盒，再進(jìn)行造型最后澆注、整理鑄件，該流程需要多道工序才能完成鑄件生產(chǎn)制作。3D打印則直接打印設(shè)計(jì)的模型，然后進(jìn)行造型及澆注，學(xué)生在整個(gè)流程中起到主導(dǎo)地位，且3D打印的模型更加個(gè)性化，提高鑄造實(shí)習(xí)的新穎性和靈活性，同時(shí)也將提高學(xué)生的興趣，鼓勵(lì)學(xué)生自主創(chuàng)新，從而提高他們創(chuàng)新能力和工程綜合素養(yǎng)。

3 實(shí)施方案

實(shí)習(xí)過程流程如下：

安全教育，鑄造概論講解、簡單的整模造型示范，讓學(xué)生熟悉造型流程→學(xué)生分組，用3D軟件繪制3D模型并在下課前開機(jī)打印→根據(jù)打印模型造型、澆注→每組設(shè)計(jì)一個(gè)具有特色模型并打印→再次造型、澆注→鑄件清理→總結(jié)為使方案實(shí)施順利，教師、學(xué)生、校方應(yīng)做到以下幾個(gè)方面：

a為使實(shí)習(xí)過程流暢，首先校方應(yīng)對(duì)實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行升級(jí)，根據(jù)每次上課人數(shù)增加若干計(jì)算機(jī)和桌面級(jí)3D打印機(jī)供教學(xué)使用。

b在教學(xué)過程中，每個(gè)班級(jí)學(xué)生需要分組，為了均衡每組綜合實(shí)力，分組時(shí)應(yīng)避免學(xué)生自由組合，需按照學(xué)生上一學(xué)年綜合排名順序依次分成若干組（如分成五組，則綜合排名1、6、11、16等為第一組，2、7、12、17等為第二組，以此類推）。

c對(duì)學(xué)生要求：在實(shí)習(xí)前應(yīng)對(duì)3D建模軟件有一點(diǎn)了解，如實(shí)習(xí)時(shí)間較早，尚未接觸3D建模軟件，在實(shí)習(xí)過程中，可以使用3D Builder等傻瓜式建模軟件設(shè)計(jì)。

d對(duì)教師要求：在學(xué)生自主設(shè)計(jì)過程中，教師要控制3D模型的尺寸，合理利用課后時(shí)間打印模型，避免3D打印時(shí)間太久，影響實(shí)習(xí)流程。合理的方案是每次下課前讓學(xué)生設(shè)計(jì)的3D模型開機(jī)打印，打印至少10分鐘且沒有問題后再下課，這樣可以避免設(shè)計(jì)缺陷或者打印機(jī)設(shè)置有誤的情況。其次教師應(yīng)該自己熟悉并掌握3D打印相關(guān)知識(shí)，在學(xué)生建模過程中給予指導(dǎo)和建議，避免設(shè)計(jì)的模型造型太過復(fù)雜，失去實(shí)習(xí)本身意義。

4 結(jié)語

3D打印增材技術(shù)的出現(xiàn)，給鑄造實(shí)習(xí)課堂帶來新的生機(jī)。我們應(yīng)該合理利用該技術(shù)并運(yùn)用在鑄造實(shí)習(xí)中，為課堂增加更多的趣味，提高學(xué)生對(duì)鑄造的興趣及工程素養(yǎng)，也使得鑄造課堂不再是簡單的“玩砂子”，同時(shí)，新方案以學(xué)生為主體，更大程度地鍛煉學(xué)生工程實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)合作能力，營造一個(gè)良好的教學(xué)環(huán)境。

【參考文獻(xiàn)】

[1]朱從容.金工實(shí)習(xí)課程教學(xué)改革的思考[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2005，03：77-78+92.

[2]蔣校輝，劉偉成.工程訓(xùn)練鑄造實(shí)習(xí)改革初探[J].科教文匯（下旬刊），2009，03：47.

[3]朱玉英，殷艷樹.現(xiàn)代工程教育下的金工實(shí)習(xí)改革[J].教學(xué)研究，2009，32（02）：73-76.

[4]趙婧.3D打印技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究與前景展望[D].太原理工大學(xué)，2014.

[5]Hod Lipson， Melba Kurman .Fabricated： The New World of 3D Printing [M].USA：John Wiley&Sons Inc，2013：52-54.endprint