3D 打印是快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)，經(jīng)過(guò)近二十多年的發(fā)展，這一技術(shù)不僅在各大工業(yè)制造領(lǐng)域得到了普及應(yīng)用，而且隨著教育課程理論與實(shí)踐整體化的進(jìn)一步深入，必將在中等教育課程中得到更為廣泛的應(yīng)用。
一、3D 打印技術(shù)介紹
毋庸置疑，在 3D 打印技術(shù)飛速發(fā)展的今天，這一技術(shù)極大地促進(jìn)了個(gè)性化制作的發(fā)展，特別是在機(jī)械制造設(shè)計(jì)、醫(yī)療生物、汽車(chē)航空等各領(lǐng)域充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。眾所周知，如今的 3D 打印技術(shù)不僅在以上提到的領(lǐng)域中得到了普及，更掀起了中職教育領(lǐng)域的熱潮。這一技術(shù)首先應(yīng)用三維數(shù)字模型，其次通過(guò)軟件將三維模 的能力，有利于學(xué)生將復(fù)雜的知識(shí)簡(jiǎn)單化、容易化。此外，通過(guò)這型數(shù)據(jù)進(jìn)行分層，最后將材料分層疊加打印。簡(jiǎn)而言之，3D打印就是通過(guò) xy 平面掃描形成工作的截面形狀，同時(shí) z 坐標(biāo)做高度的位移，逐層打印從而獲得產(chǎn)品。熔融層積成型技術(shù)利用熱塑性高分子材料，并對(duì)其加熱使其融化，最后成為絲狀，使其成為成型的打印技術(shù)?？偟膩?lái)說(shuō)這一技術(shù)具有成本低、技術(shù)成熟、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)，因而特別適合在包括中職學(xué)校等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
二、3D 打印技術(shù)在機(jī)械制圖教學(xué)中的應(yīng)用
客觀上說(shuō)，作為一門(mén)具有很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)性的課程，機(jī)械制圖課程是機(jī)械類學(xué)生日常學(xué)習(xí)中重要的一門(mén)功課。通過(guò)這門(mén)基礎(chǔ)課一方面能夠全面增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，另一方面也能夠全面塑造、培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，想象力、圖形表達(dá)能力、創(chuàng)新能力等等。相較于傳統(tǒng)的建模工藝，3D 打印技術(shù)無(wú)論是制作周期、還是材料等都具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，特別是符合學(xué)校了解三維零件圖形的要求。絕大多數(shù)的高一新生在剛開(kāi)始學(xué)習(xí)機(jī)械制圖時(shí)腦海中的想象力幾乎為零，更別提轉(zhuǎn)化二維平面投影與三維立體零件模型的能力了。事實(shí)上，對(duì)于絕大多數(shù)的初學(xué)者而言，在最初的學(xué)習(xí)中只能依靠影射規(guī)則來(lái)感受三維立體零件圖形，但是通過(guò)影射規(guī)則所認(rèn)識(shí)的三維零件圖形畢竟存在一定的局限性，因而在呈現(xiàn)三維零件圖形時(shí)則無(wú)法滿足直觀、全面、形象這些特點(diǎn)?？陀^上說(shuō)這些是很多還沒(méi)有形成良好的抽象思維的初學(xué)者在學(xué)習(xí)機(jī)械制圖時(shí)最大的壓力來(lái)源。對(duì)于當(dāng)前的機(jī)械圖課堂來(lái)說(shuō)最主要的就是要依靠教學(xué)模型、實(shí)體掛圖、PPT 等幫助廣大學(xué)生理解，但這些教具需要花費(fèi)很大的財(cái)力、物力、人力，另外展示的效率也不高，總體的教學(xué)效果并不是很好，而且在傳統(tǒng)的教學(xué)方法中，多以教師為主體，學(xué)生很少能夠真正參與其中，而這就進(jìn)一步打擊了學(xué)生的積極性，甚至產(chǎn)生逆反心理。而3D 打印技術(shù)的出現(xiàn)解決了廣大教育工作者當(dāng)前所面對(duì)的難題。
對(duì)于廣大教師而言 3D 打印技術(shù)的應(yīng)用給日常教學(xué)帶來(lái)了便利，通過(guò)這一技術(shù)，即能夠根據(jù)需要切割或者其他處理，從而打印出立體圖形，可以方便地將二維投影視圖轉(zhuǎn)變成更具體、更詳細(xì)的三維零件模型。從某一方面來(lái)說(shuō)，這樣的教學(xué)方法能夠使原本枯燥的機(jī)械學(xué)習(xí)變得更生動(dòng)有趣，能夠收到意想不到的教學(xué)效果。比如，利用 3D 打印技術(shù)就能使學(xué)生感受到當(dāng)一個(gè)圓柱體被另一個(gè)圓柱體貫穿后相貫線的形狀，并打印出來(lái)，這樣一來(lái)，就能讓學(xué)生清楚地觀察，并深入學(xué)習(xí)，通過(guò)實(shí)踐得出結(jié)論。這樣一來(lái)，對(duì)于學(xué)生更好地了解平面投影視圖、零件組合體的關(guān)系也有很大的幫助，客觀上說(shuō)這對(duì)全面提高機(jī)械制圖的效率也有一定的幫助。
總的來(lái)說(shuō)，引入 3D 打印技術(shù)有利于提高學(xué)生感悟抽象知識(shí)的能力，有利于學(xué)生將復(fù)雜的知識(shí)簡(jiǎn)單化、容易化。此外，通過(guò)這一技術(shù)也能大大提高學(xué)生的想象力、創(chuàng)造力。這不僅有利于學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械制圖等相關(guān)的知識(shí)，對(duì)其一生的成長(zhǎng)也具有重要的意義，是全面提高學(xué)生思維、設(shè)計(jì)、動(dòng)手能力的客觀需要。
三、體會(huì)與思考
在中等教育中 3D 打印技術(shù)的應(yīng)用所帶來(lái)的最明顯的效果是能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)物模型，使學(xué)生產(chǎn)生了深刻感知?？陀^上說(shuō)要激發(fā)學(xué)生的思維能力、動(dòng)手能力就必須堅(jiān)定不移地改革教育方式，要充分利用 3D 技術(shù)，通過(guò)這一技術(shù)不僅能夠使學(xué)生對(duì)這門(mén)學(xué)科產(chǎn)生濃厚的興趣，更能培養(yǎng)他們主動(dòng)學(xué)習(xí)、主動(dòng)創(chuàng)造的能力，促進(jìn)中職教育的發(fā)展。
最后，不可否認(rèn)的是由于各種客觀方面的原因，比如三維建模培訓(xùn)、成本、材料等因素，使得當(dāng)前的學(xué)校要引入 3D 打印技術(shù)還面臨各方面的問(wèn)題。對(duì)于當(dāng)前的很多學(xué)校而言首先要思考的就是如何選購(gòu)性價(jià)比高，即價(jià)格低且精度高的打印設(shè)備，如何讓廣大任課教師掌握相關(guān)技術(shù)的使用方法。當(dāng)然，我們有理由相信在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，在 3D 打印機(jī)設(shè)備不斷通用化、智能化、精密化的今天，這一技術(shù)必將成為未來(lái)教學(xué)工作的重要組成部分。