浅谈3d打印技术论文

2017-06-06

3D打印又称为增材制造,近年来得到了快速发展,应用领域不断增加。小编整理了浅谈3d打印技术论文,欢迎阅读!

浅谈3d打印技术论文篇一

3D打印技术

摘 要:3D打印又称为增材制造,近年来得到了快速发展,应用领域不断增加。本文对3D打印的原理及应用现状进行了分析,对3D打印在教学领域的应用模式进行了探讨。

关键词:3D打印;应用现状;教学领域

1 引言

3D打印,又称为增材制造,是快速成型技术的一种,被誉为 “第三次工业革命的重要标志”,以其 “制造灵活”和“节约原材料”的特点在制造业掀起了一股浪潮。近年来,随着3D打印技术的逐步成熟、精确,打印材料种类的增加,打印价格的降低,3D打印得到了快速发展,应用领域不断增加,不仅在机械制造、国防军工、建筑等领域得到广泛应用,也逐渐进入了公众视野,走进学校、家庭、医院等大众熟悉的场所,在教育、生物医疗、玩具等行业也得到了广泛关注及应用,作为教育工作者,本文将在介绍3D打印的原理、优势、应用现状的基础上,重点探讨3D打印在教育领域的角色及应用模式。

2 3D打印概述

2.1 3D打印原理

3D打印(3D printing,又称三维打印),是利用设计好的3D模型,通过3D打印机逐层增加塑料、粉末状金属等材料来制造三维产品的技术[1]。一般来说,通过3D打印获得物品需要经历建模、分割、打印、后期处理等四个环节[2],其中3D虚拟模型,可以是利用扫描设备获取物品的三维数据,并以数字化方式生成三维模型,或者是利用AutoCAD等工程或设计软件创建的3D模型,有些应用程序甚至可以使用普通的数码照片来制作3D模型,比如123D Catch[3]。

2.2 3D打印的优势

与传统制造技术相比,3D打印不需事先制模,也不必铸造原型,大大缩短了产品的设计周期,减少了产品从研发到应用的时间,降低了企业因开模不当可能导致的高成本风险,使得特殊和复杂结构的模型的制作也变得相对简单,产品也更能凸显个性化。另外,3D打印是增材制造,使用金属粉或其他材料,使部件从无到有制造出来,大大减少了原材料和能源的消耗,生产上实行了结构优化。

2.3 3D打印的应用现状

近年来,3D打印得到了快速发展,几乎应用于各个领域。在模具加工和机械制造领域,使用3D打印相对快速地进行模具的设计与定制,打印复杂形状的各种零件,打印具有足够强度的个性化几何造型的物件。在航空航天、国防军工领域,3D打印应用于外形验证、关键零部件的原型制造、直接产品制造等方面。如空客公司从打印飞机小部件开始,逐步发展,计划在2050年左右打印出整架飞机。生物医疗领域,医学工作者利用3D打印技术打印出患者的心脏模型,缺损下颌骨模型,患者外伤性脑内血肿颅脑模型等,用于辅助诊断并制定术前手术方案,降低了手术难度,减少了手术时间,为患者带来了精准化的治疗。人工椎体和人体气管软骨的打印让人体器官的3D打印成为可能。3D打印的处方药产品SPRITAM(左乙拉西坦)片剂可用于各种癫痫疾病的治疗。建筑工程领域,3D打印建筑不需使用模板,打印的建筑物重量轻,强度大,时间短,产生的建筑垃圾及建筑粉尘少,且可以循环使用,绿色环保。3D打印在首饰、食品、玩具和日常用品的设计和生产中也有广泛应用,可以很好地彰显用户的个性化特点和需求。3D打印在太阳能电池板和特殊材料的制造方面的应用也有突破。

3 3D打印在教学领域的应用

3D打印在教学方面的探索性活动也已经展开,并应用在数学、航空、电子、设计、机电工程、生物医学、天文等大部分学科中,取得了良好的教学效果。基于3D打印的快速生成能力,使得数字化模型能快速转化为立体实物,借助立体实物的生成过程及使用可以提高教学效果,增强学生合作、设计、创新等能力。

3.1打印三维教具学具辅助教学

在课程教学中,借助于多媒体教学手段,一些抽象的图像可以相对直观的显示出来,但针对的是群体,形成的是暂时的视觉感受,印象并不是很深刻,也不易理解。借助3D打印,可以把数字化的图像转化成实物的教具和学具,每个同学都有机会亲手感受,而且还可以亲自设计、策划,无疑对知识点的理解,知识的掌握及应用有很大的促进作用。比如:数学课可以打印出几何曲面、剖面立体实物;动画设计可以打印出3D人物,动物角色模型,且可以根据实效及时修改;语文课可以把要讲解的地域打印出来,如北京的胡同,同学们可以拿着模型理解胡同的特点,体验胡同文化,讲述胡同的来龙去脉;机械制造课可以根据课程内容打印相关的零件、齿轮、连杆等。

3.2 实习实践过程中辅助创新设计

职业学校实习实践教学活动较多,钳工实习、数控机床实习、电子电工实习、动画设计、物联网设计等,都需要借助相应的模型,并设计出一定的模型。借助于3D打印,同学们对需要设计的模型有一个大体的认识,然后经过集体分组的讨论、设计、修改等过程,不仅能增加学生的学习兴趣,促进学生交互学习,协作学习,且能提高学生的设计水平、思维能力和实践能力。比如在模具设计实习中,采用项目式教学法,应用3D打印,学生分组设计、分组打印,学生在亲眼目睹自己的设计零件打印成型的过程及成品后,学习兴趣大增,多次讨论修改的过程也大大提升学生的设计水平。在CAD课程实践环节中,使用3D打印机,可以根据教学需要来设计教学内容,对学生的设计作品3D打印出来进行评比并组装,不仅使学生熟练掌握设计软件建模的基本思路和流程,而且对如何从设计作品到具体的实物的生成有一个明确的认识,有利于日后学生进一步的学习和发展。

3.3 就业创业指导

近年来,大学毕业生人数急剧增加,就业压力增大,国家大力提倡大学生创业,整个社会也兴起了一股自主创业的热潮。对于职业学校的学生来说,有一定的专业知识,有较强的动手操作能力,有创业的热情与激情。借助于3D打印设备,创业指导老师可以指导学生创办创意设计3D打印工作室,利用所学的专业知识,设计出相关产品并打印出来进行销售,同时也可为社会客户提供DIY服务,收取一定的培训费和制作费,也可以在校企合作的基础上为合作企业提供设计和3D打印服务。通过3D打印的上述创业实践活动,加深学生对专业知识的巩固、对设计过程的了解,并培养创新创业意识和能力。

3.4 图书馆应用

图书馆引入3D打印服务是图书馆从文献服务走向创新服务的途径。国外很多图书馆都开展3D打印服务,国内的综合图书馆,如上海图书馆、苏州图书馆也开展3D打印服务,高校中的上海交通大学图书馆也开展3D打印服务,并且通过举办3D打印设计大赛积极推广此项服务,通过比赛普及3D打印知识,让同学们了解3D打印前沿科技,启发学生们用创新思维发现问题、智慧解决问题。学校图书馆可以配备一两台3D打印机,并在保证健康和安全的基础上,充分考虑费用、提交步骤、等待和筛选时间等、制定详细的3D打印制度或政策,并鼓励学生打印原创作品,以发挥学生的专业特长,激发学生的创造力和想象力。

4 结束语

3D打印正从工业领域,走向各个应用领域。不久的将来,也会像电脑、手机、互联网一样进入我们的社会和每个家庭。教育工作者应积极利用这项新技术,促进教学模式和教学活动的创新,更好地提高教学质量和教学效果,提高学生的实践能力和创新水平。

参考文献

[1] 张飞相. 3D打印技术的发展现状及其商业模式研究[J]. 新闻传播, 2016(2): 51-53.

[2] 李青,王青. 3D打印―一种新兴的学习技术[J]. 远程教育杂志2013(4):29-35.

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