三d打印技術(shù)論文
三d打印技術(shù)論文
3D打印，又稱為增材制造，是快速成型技術(shù)的一種，被譽(yù)為 “第三次工業(yè)革命的重要標(biāo)志”，下面小編給大家分享三d打印技術(shù)論文，大家快來跟小編一起欣賞吧。
三d打印技術(shù)論文篇一
3D打印技術(shù)
摘 要：3D打印又稱為增材制造，近年來得到了快速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷增加。本文對(duì)3D打印的原理及應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，對(duì)3D打印在教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用模式進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞：3D打印;應(yīng)用現(xiàn)狀;教學(xué)領(lǐng)域
1 引言
3D打印，又稱為增材制造，是快速成型技術(shù)的一種，被譽(yù)為 “第三次工業(yè)革命的重要標(biāo)志”，以其 “制造靈活”和“節(jié)約原材料”的特點(diǎn)在制造業(yè)掀起了一股浪潮。近年來，隨著3D打印技術(shù)的逐步成熟、精確，打印材料種類的增加，打印價(jià)格的降低，3D打印得到了快速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷增加，不僅在機(jī)械制造、國(guó)防軍工、建筑等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，也逐漸進(jìn)入了公眾視野，走進(jìn)學(xué)校、家庭、醫(yī)院等大眾熟悉的場(chǎng)所，在教育、生物醫(yī)療、玩具等行業(yè)也得到了廣泛關(guān)注及應(yīng)用，作為教育工作者，本文將在介紹3D打印的原理、優(yōu)勢(shì)、應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探討3D打印在教育領(lǐng)域的角色及應(yīng)用模式。
2 3D打印概述
2.1 3D打印原理
3D打印(3D printing，又稱三維打印)，是利用設(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)[1]。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)[2]，其中3D虛擬模型，可以是利用掃描設(shè)備獲取物品的三維數(shù)據(jù)，并以數(shù)字化方式生成三維模型，或者是利用AutoCAD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，比如123D Catch[3]。
2.2 3D打印的優(yōu)勢(shì)
與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，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相對(duì)簡(jiǎn)單，產(chǎn)品也更能凸顯個(gè)性化。另外，3D打印是增材制造，使用金屬粉或其他材料，使部件從無到有制造出來，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。
2.3 3D打印的應(yīng)用現(xiàn)狀
近年來，3D打印得到了快速發(fā)展，幾乎應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。在模具加工和機(jī)械制造領(lǐng)域，使用3D打印相對(duì)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，打印具有足夠強(qiáng)度的個(gè)性化幾何造型的物件。在航空航天、國(guó)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。如空客公司從打印飛機(jī)小部件開始，逐步發(fā)展，計(jì)劃在2050年左右打印出整架飛機(jī)。生物醫(yī)療領(lǐng)域，醫(yī)學(xué)工作者利用3D打印技術(shù)打印出患者的心臟模型，缺損下頜骨模型，患者外傷性腦內(nèi)血腫顱腦模型等，用于輔助診斷并制定術(shù)前手術(shù)方案，降低了手術(shù)難度，減少了手術(shù)時(shí)間，為患者帶來了精準(zhǔn)化的治療。人工椎體和人體氣管軟骨的打印讓人體器官的3D打印成為可能。3D打印的處方藥產(chǎn)品SPRITAM(左乙拉西坦)片劑可用于各種癲癇疾病的治療。建筑工程領(lǐng)域，3D打印建筑不需使用模板，打印的建筑物重量輕，強(qiáng)度大，時(shí)間短，產(chǎn)生的建筑垃圾及建筑粉塵少，且可以循環(huán)使用，綠色環(huán)保。3D打印在首飾、食品、玩具和日常用品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中也有廣泛應(yīng)用，可以很好地彰顯用戶的個(gè)性化特點(diǎn)和需求。3D打印在太陽能電池板和特殊材料的制造方面的應(yīng)用也有突破。
3 3D打印在教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用
3D打印在教學(xué)方面的探索性活動(dòng)也已經(jīng)展開，并應(yīng)用在數(shù)學(xué)、航空、電子、設(shè)計(jì)、機(jī)電工程、生物醫(yī)學(xué)、天文等大部分學(xué)科中，取得了良好的教學(xué)效果。基于3D打印的快速生成能力，使得數(shù)字化模型能快速轉(zhuǎn)化為立體實(shí)物，借助立體實(shí)物的生成過程及使用可以提高教學(xué)效果，增強(qiáng)學(xué)生合作、設(shè)計(jì)、創(chuàng)新等能力。
3.1打印三維教具學(xué)具輔助教學(xué)
在課程教學(xué)中，借助于多媒體教學(xué)手段，一些抽象的圖像可以相對(duì)直觀的顯示出來，但針對(duì)的是群體，形成的是暫時(shí)的視覺感受，印象并不是很深刻，也不易理解。借助3D打印，可以把數(shù)字化的圖像轉(zhuǎn)化成實(shí)物的教具和學(xué)具，每個(gè)同學(xué)都有機(jī)會(huì)親手感受，而且還可以親自設(shè)計(jì)、策劃，無疑對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，知識(shí)的掌握及應(yīng)用有很大的促進(jìn)作用。比如：數(shù)學(xué)課可以打印出幾何曲面、剖面立體實(shí)物;動(dòng)畫設(shè)計(jì)可以打印出3D人物，動(dòng)物角色模型，且可以根據(jù)實(shí)效及時(shí)修改;語文課可以把要講解的地域打印出來，如北京的胡同，同學(xué)們可以拿著模型理解胡同的特點(diǎn)，體驗(yàn)胡同文化，講述胡同的來龍去脈;機(jī)械制造課可以根據(jù)課程內(nèi)容打印相關(guān)的零件、齒輪、連桿等。
3.2 實(shí)習(xí)實(shí)踐過程中輔助創(chuàng)新設(shè)計(jì)
職業(yè)學(xué)校實(shí)習(xí)實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)較多，鉗工實(shí)習(xí)、數(shù)控機(jī)床實(shí)習(xí)、電子電工實(shí)習(xí)、動(dòng)畫設(shè)計(jì)、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)等，都需要借助相應(yīng)的模型，并設(shè)計(jì)出一定的模型。借助于3D打印，同學(xué)們對(duì)需要設(shè)計(jì)的模型有一個(gè)大體的認(rèn)識(shí)，然后經(jīng)過集體分組的討論、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)踐能力。比如在模具設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)中，采用項(xiàng)目式教學(xué)法，應(yīng)用3D打印，學(xué)生分組設(shè)計(jì)、分組打印，學(xué)生在親眼目睹自己的設(shè)計(jì)零件打印成型的過程及成品后，學(xué)習(xí)興趣大增，多次討論修改的過程也大大提升學(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(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)作品3D打印出來進(jìn)行評(píng)比并組裝，不僅使學(xué)生熟練掌握設(shè)計(jì)軟件建模的基本思路和流程，而且對(duì)如何從設(shè)計(jì)作品到具體的實(shí)物的生成有一個(gè)明確的認(rèn)識(shí)，有利于日后學(xué)生進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和發(fā)展。
3.3 就業(yè)創(chuàng)業(yè)指導(dǎo)
近年來，大學(xué)畢業(yè)生人數(shù)急劇增加，就業(yè)壓力增大，國(guó)家大力提倡大學(xué)生創(chuàng)業(yè)，整個(gè)社會(huì)也興起了一股自主創(chuàng)業(yè)的熱潮。對(duì)于職業(yè)學(xué)校的學(xué)生來說，有一定的專業(yè)知識(shí)，有較強(qiáng)的動(dòng)手操作能力，有創(chuàng)業(yè)的熱情與激情。借助于3D打印設(shè)備，創(chuàng)業(yè)指導(dǎo)老師可以指導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)辦創(chuàng)意設(shè)計(jì)3D打印工作室，利用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，設(shè)計(jì)出相關(guān)產(chǎn)品并打印出來進(jìn)行銷售，同時(shí)也可為社會(huì)客戶提供DIY服務(wù)，收取一定的培訓(xùn)費(fèi)和制作費(fèi)，也可以在校企合作的基礎(chǔ)上為合作企業(yè)提供設(shè)計(jì)和3D打印服務(wù)。通過3D打印的上述創(chuàng)業(yè)實(shí)踐活動(dòng)，加深學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的鞏固、對(duì)設(shè)計(jì)過程的了解，并培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)和能力。
3.4 圖書館應(yīng)用
圖書館引入3D打印服務(wù)是圖書館從文獻(xiàn)服務(wù)走向創(chuàng)新服務(wù)的途徑。國(guó)外很多圖書館都開展3D打印服務(wù)，國(guó)內(nèi)的綜合圖書館，如上海圖書館、蘇州圖書館也開展3D打印服務(wù)，高校中的上海交通大學(xué)圖書館也開展3D打印服務(wù)，并且通過舉辦3D打印設(shè)計(jì)大賽積極推廣此項(xiàng)服務(wù)，通過比賽普及3D打印知識(shí)，讓同學(xué)們了解3D打印前沿科技，啟發(fā)學(xué)生們用創(chuàng)新思維發(fā)現(xiàn)問題、智慧解決問題。學(xué)校圖書館可以配備一兩臺(tái)3D打印機(jī)，并在保證健康和安全的基礎(chǔ)上，充分考慮費(fèi)用、提交步驟、等待和篩選時(shí)間等、制定詳細(xì)的3D打印制度或政策，并鼓勵(lì)學(xué)生打印原創(chuàng)作品，以發(fā)揮學(xué)生的專業(yè)特長(zhǎng)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和想象力。
4 結(jié)束語
3D打印正從工業(yè)領(lǐng)域，走向各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。不久的將來，也會(huì)像電腦、手機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)一樣進(jìn)入我們的社會(huì)和每個(gè)家庭。教育工作者應(yīng)積極利用這項(xiàng)新技術(shù)，促進(jìn)教學(xué)模式和教學(xué)活動(dòng)的創(chuàng)新，更好地提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新水平。
參考文獻(xiàn)
[1] 張飛相. 3D打印技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及其商業(yè)模式研究[J]. 新聞傳播， 2016(2)： 51-53.
[2] 李青，王青. 3D打印―一種新興的學(xué)習(xí)技術(shù)[J]. 遠(yuǎn)程教育雜志2013(4)：29-35.
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