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3D打印在机械制图教学中的应用

发布时间: 2017-03-23
浏览次数: 28

3D 打印是快速成型技术的一种,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可黏合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术,经过近二十多年的发展,这一技术不仅在各大工业制造领域得到了普及应用,而且随着教育课程理论与实践整体化的进一步深入,必将在中等教育课程中得到更为广泛的应用。

一、3D 打印技术介绍

毋庸置疑,在 3D 打印技术飞速发展的今天,这一技术极大地促进了个性化制作的发展,特别是在机械制造设计、医疗生物、汽车航空等各领域充分发挥其优势。众所周知,如今的 3D 打印技术不仅在以上提到的领域中得到了普及,更掀起了中职教育领域的热潮。这一技术首先应用三维数字模型,其次通过软件将三维模 的能力,有利于学生将复杂的知识简单化、容易化。此外,通过这型数据进行分层,最后将材料分层叠加打印。简而言之,3D打印就是通过 xy 平面扫描形成工作的截面形状,同时 z 坐标做高度的位移,逐层打印从而获得产品。熔融层积成型技术利用热塑性高分子材料,并对其加热使其融化,最后成为丝状,使其成为成型的打印技术。总的来说这一技术具有成本低、技术成熟、操作简便等优势,因而特别适合在包括中职学校等领域广泛应用。

二、3D 打印技术在机械制图教学中的应用

客观上说,作为一门具有很强的专业基础性的课程,机械制图课程是机械类学生日常学习中重要的一门功课。通过这门基础课一方面能够全面增强学生的创新意识,另一方面也能够全面塑造、培养学生的综合能力,想象力、图形表达能力、创新能力等等。相较于传统的建模工艺,3D 打印技术无论是制作周期、还是材料等都具有绝对的优势,特别是符合学校了解三维零件图形的要求。绝大多数的高一新生在刚开始学习机械制图时脑海中的想象力几乎为零,更别提转化二维平面投影与三维立体零件模型的能力了。事实上,对于绝大多数的初学者而言,在最初的学习中只能依靠影射规则来感受三维立体零件图形,但是通过影射规则所认识的三维零件图形毕竟存在一定的局限性,因而在呈现三维零件图形时则无法满足直观、全面、形象这些特点。客观上说这些是很多还没有形成良好的抽象思维的初学者在学习机械制图时最大的压力来源。对于当前的机械图课堂来说最主要的就是要依靠教学模型、实体挂图、PPT 等帮助广大学生理解,但这些教具需要花费很大的财力、物力、人力,另外展示的效率也不高,总体的教学效果并不是很好,而且在传统的教学方法中,多以教师为主体,学生很少能够真正参与其中,而这就进一步打击了学生的积极性,甚至产生逆反心理。而3D 打印技术的出现解决了广大教育工作者当前所面对的难题。

对于广大教师而言 3D 打印技术的应用给日常教学带来了便利,通过这一技术,即能够根据需要切割或者其他处理,从而打印出立体图形,可以方便地将二维投影视图转变成更具体、更详细的三维零件模型。从某一方面来说,这样的教学方法能够使原本枯燥的机械学习变得更生动有趣,能够收到意想不到的教学效果。比如,利用 3D 打印技术就能使学生感受到当一个圆柱体被另一个圆柱体贯穿后相贯线的形状,并打印出来,这样一来,就能让学生清楚地观察,并深入学习,通过实践得出结论。这样一来,对于学生更好地了解平面投影视图、零件组合体的关系也有很大的帮助,客观上说这对全面提高机械制图的效率也有一定的帮助。

总的来说,引入 3D 打印技术有利于提高学生感悟抽象知识的能力,有利于学生将复杂的知识简单化、容易化。此外,通过这一技术也能大大提高学生的想象力、创造力。这不仅有利于学生学习机械制图等相关的知识,对其一生的成长也具有重要的意义,是全面提高学生思维、设计、动手能力的客观需要。

三、体会与思考

在中等教育中 3D 打印技术的应用所带来的最明显的效果是能够实现实物模型,使学生产生了深刻感知。客观上说要激发学生的思维能力、动手能力就必须坚定不移地改革教育方式,要充分利用 3D 技术,通过这一技术不仅能够使学生对这门学科产生浓厚的兴趣,更能培养他们主动学习、主动创造的能力,促进中职教育的发展。

最后,不可否认的是由于各种客观方面的原因,比如三维建模培训、成本、材料等因素,使得当前的学校要引入 3D 打印技术还面临各方面的问题。对于当前的很多学校而言首先要思考的就是如何选购性价比高,即价格低且精度高的打印设备,如何让广大任课教师掌握相关技术的使用方法。当然,我们有理由相信在科学技术不断发展的今天,在 3D 打印机设备不断通用化、智能化、精密化的今天,这一技术必将成为未来教学工作的重要组成部分。


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