2024年4月23日发(作者：iphone回收)

3D打印技术教学实践及其在创新活动中的应用

发布时间：2022-01-19T02:49:46.336Z 来源：《新型城镇化》2021年24期 作者： 阳晓霞

[导读] 以期快速推进和强化以先进制造技术为核心的产品制造行业的综合竞争力。

重庆市云阳职业教育中心 重庆市云阳县 404500

摘要：3D打印技术有利于创新设计中三维模型的初始开发，使新创意得到快速实现，契合新工科理念对人才要具有数字化思维和创新

创业意识的要求。在教学实践的多个环节中引入了3D打印技术，建立了多方位的实践教学体系。结果表明，引入3D打印技术不仅可以提升

教学效果，提高科技作品质量，更能激发学生的创新灵感，提高创新能力。

关键词：3D打印；教学实践；创新活动

2015年，工业和信息化部、国家发展和改革委员会、财政部联合发布的《国家增材制造产业发展推进计划(2015-2016年)》和国务院发

布的《中国制造2025》相继出台。我国在提出促进制造产业转型升级和提质增效的同时，强调了利用以3D打印技术为代表的先进制造技术

给传统制造业注入新活力的重要性，以期快速推进和强化以先进制造技术为核心的产品制造行业的综合竞争力。

1 3D打印技术的教学实践过程

3D打印过程包括三维设计、前处理、打印、后处理。首先，利用三维绘图软件绘制三维图形，并转换成3D打印需要的STL格式；其

次，应用切片软件(如Cura)进行分层切片处理，设定打印参数，如打印材料、层厚、速度、温度等，设置辅助支撑，计算出打印时间，形成

gcode文件，导入打印机，调整打印机，进行模型打印；最后，打印完成的模型，有的需要去除支撑等辅助部分，有的需要进一步打磨处

理、热处理等，以提高表面质量。

3D打印技术包含了从三维绘图到打印成型多方面的理论知识和实践技能，重在实践，因此，要将3D打印技术融入多个教学环节中，强

调以多课程教学融合为基础，实现各实践环节巩固提高。以机械工程专业为例，结合机械制图、机械原理、机械设计、3D打印技术等课程

内容，将3D打印技术融入课程设计、个性化教育、开放实验、毕业设计、课外科技创新等实践环节，形成一套多方位的教学培养体系，使

学生掌握在各种3D打印技术工作原理的基础上，熟练使用3D打印机，并能进行创新产品的设计、制造等工作，培养学生的创新与实践能

力。

3D打印技术的教学和实践内容主要包括两部分：一是指导和培训学生学习掌握一种三维建模软件，完成创意结构的设计工作；二是学

生学会使用3D打印机，理解3D打印的原理，制作实物模型。在机械制图课程中，增加三维绘图软件(如SolidWorks，Pro/E，UG等)的教学、

训练，使学生在熟练掌握二维制图的基础上至少学会一种三维绘图软件；在机械制图课程的学习中，引导学生把较难理解的模型或组合分

别绘制成三维图，用3D打印机打印成型，让学生组合起来，通过观摩学习，加深对组合模型的理解。教师也可以组织学生将课本上的图形

绘制成三维图，打印出来作为教具，供学生参观学习，增加直观认识，加深理解，从而提升教学效果。在开设的3D打印技术选修课程中，

系统讲授3D打印技术有关知识，包括3D打印原理、三维模型建立、图形打印前处理、3D打印机的介绍及使用，设立一定的上机课时用于绘

制三维模型，并进行打印的实际操作。

在机械设计课程设计完成之后，指导一批设计方面表现优秀的学生通过对设计的减速器底座、上盖、轴承端盖等零件进行三维造型，

在3D打印机上打印零件模型，提高学生的动手实践能力，培养工程实践素质，激发团队协作精神。在开放实验室项目中，购买配件，指导

学生组装FDM打印机，进行调试、打印，解决组装、调试过程中遇到的问题；指导学生建立三维模型，导入打印机进行模型打印。这样可

以提高学生的实践动手能力及解决实际问题的能力。

在个性化培养和毕业设计环节，指导学生按教师分配的任务完成机械的三维模型设计，选择部分零件进行3D打印。这部分实践内容作

为课程任务的一部分，并在考核中占有一定比例。通过以上多环节的理论与实践相结合的学习，使学生掌握3D打印技术的相关知识，并对

相关技能进行充分的训练，提高实际应用能力，并在创新活动中加以利用。

2 3D打印技术在学生科技创新中的应用

与传统的去除材料制造相比，3D打印技术几乎可以成型任何形状的实体，而且生成实体的时间大大缩短，一般仅为数小时，而传统的

制造方法则常常需要几天甚至几十天。3D打印技术特别有利于创新设计中三维模型的初始开发，创意能够得到快速实现，契合“卓越工程师

教育培养计划”提出的改革任务和重点举措：“注重培养工科学生设计思维、工程思维、批判性思维和数字化思维，提升创新精神、创业意

识和创新创业能力”。

为了提高学生的实际操作水平，进一步加深对3D打印技术的理解，学校配备了3D打印机，购买了打印材料，以供学生实际训练，掌握

基本的3D打印技能，并在科技制作中使用3D打印成型的零件。用于科技作品的零件一般强度要求较低，采用FDM打印机，材料使用PLA和

ABS均可，为了环保和健康，首选PLA。图1所示为学生正在打印作品。

3D打印技术可以快速、精确地将学生的创意转变为具有一定功能的产品原型，为学生的个性化参赛作品的快速实现提供了保障。在全

国大学生机械创新设计大赛、全国大学生工程训练综合能力竞赛、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、全国大学生节能减排竞

赛、国家级大学生创新创业训练计划项目等学生科技竞赛项目中，广泛使用了3D打印的零件，有效地提高了作品制作速度，为反复修改、

优化设计争取了时间，提升了作品质量。

在全国大学生工程训练综合能力竞赛中，制作无碳小车的大部分零件可以采用3D打印，如轴承支座、转向连接件、前叉、滑轮支架、

微调组件，甚至凸轮、齿轮、绕线轮、车轮等，形状比较复杂，外形较小，而且精度要求不高。采用PLA材料打印出的零件重量轻，强

度、刚度都可以满足作品的要求，由学生自己根据需要完成三维建模，然后自行用FDM打印机打印成型(见图2)，制作时间可以灵活掌握，

制作速度快，而且方便更改设计方案，加快了作品的制作进度。

全国大学生机械创新设计大赛的作品“冬枣采摘器”见图3。在制作过程中，图4(a)为方斗向圆管的导管过渡件，形状复杂，不适宜机械

加工，而采用PLA材料打印制作就很方便、快捷。图4(b)为PLA材料打印的电机外罩零件，减轻了作品重量，提升了作品美观度。而且，由

于这些零件自己打印成型，与外协加工单位的制作时间相比大大缩短了，为进一步修改作品争取了时间。

结语：

在大学生的教学实践环节中全面开展3D打印技术的教学活动，利用学校现有3D打印设备资源，进行了3D打印技术的理论与实践的教学

活动，有效提升了教学效果，提高了科技作品的制作速度和质量，激发了大学生的创新灵感，提高了创新实践能力，为创新创业人才的培

养发挥了重要的作用。

参考文献:

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[2]黄卫东.建设增材制造(3D打印)技术的科技、教育与产业发展的系统工程[J].改革与开放,2014(15):7-10.

[3]李拓宇,李飞,陆国栋.面向中国制造2025的工程科技人才培养质量提升路径探析[J].高等工程教育研究,2015(6):17-23.