摘 要：傳統(tǒng)機(jī)械制圖課程教學(xué)存在輔助教學(xué)工具過于抽象、機(jī)械模型成本高、教學(xué)方法陳舊等問題。隨著3D打印技術(shù)的成熟，將3D打印技術(shù)引入高校機(jī)械制圖課程教學(xué)中，可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、自主性，促進(jìn)生生之間的交流合作，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)作靈感，提高教學(xué)效果，節(jié)省教學(xué)成本。在具體教學(xué)中，教師可應(yīng)用3D打印技術(shù)打印3D模型，進(jìn)行物理制圖、軟件建模，以及胎模的精加工、局部裝配，打印可視化成品等，以此完成2DCAD時(shí)代無法實(shí)現(xiàn)的協(xié)同工作，為教育教學(xué)提供新思路。

　　關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù);機(jī)械制圖;軟件建模;模型;加工;裝配

　　機(jī)械制圖課程是研究機(jī)械圖樣的繪制和識(shí)讀規(guī)律與方法的一門學(xué)科，旨在使學(xué)生具備從事機(jī)械設(shè)計(jì)與制造、冶金設(shè)備維護(hù)、機(jī)電設(shè)備、數(shù)控技術(shù)工作所必需的基本知識(shí)和基本技能。將3D打印技術(shù)應(yīng)用于高校機(jī)械制圖課程教學(xué)中，可突破傳統(tǒng)機(jī)械制圖課程教學(xué)存在的不足，完成2DCAD時(shí)代無法實(shí)現(xiàn)的協(xié)同工作，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，為教育教學(xué)提供新思路。

　　一、相關(guān)理論綜述

　　(1)3D打印技術(shù)。3D打印技術(shù)(3D printing)是一種基于圖層數(shù)字模型處理軟件的打印技術(shù)。其運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過圖形打印模具直接構(gòu)建矩形物體，可直接從未經(jīng)圖層處理的任何圖形打印數(shù)據(jù)或任何打印模具中直接生成任何一種形式的打印零件，大大縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，提高了產(chǎn)品生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)過程成本。根據(jù)3D數(shù)字打印機(jī)所用燒結(jié)材料的不同，3D數(shù)字打印應(yīng)用技術(shù)可以細(xì)分為聚合反應(yīng)打印技術(shù)、燒結(jié)材料熔融粘合反應(yīng)技術(shù)、粉末燒結(jié)黏合反應(yīng)技術(shù)。隨著3D數(shù)字打印應(yīng)用技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，其廣泛應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及開發(fā)生產(chǎn)過程，如航空工業(yè)、汽車制造工業(yè)、專業(yè)建筑設(shè)計(jì)(包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工業(yè)建筑設(shè)計(jì)的專業(yè)生產(chǎn)過程模型)、醫(yī)療整形外科(正畸后的牙套、假牙、助聽器)等多個(gè)領(lǐng)域。

　　(2)3D建模。3D建模是一種數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方式，目前在多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。在計(jì)算機(jī)中，3D圖形具有可視化特征，即在平面上顯示3D圖形，雖然與真實(shí)世界不同，但呈現(xiàn)出來的3D空間看起來就像真實(shí)世界。

　　二、傳統(tǒng)機(jī)械制圖課程教學(xué)存在的問題

　　在傳統(tǒng)機(jī)械制圖課程教學(xué)中，教師通過掛圖、圖像、實(shí)物模型等教具來講解機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)、形狀和運(yùn)動(dòng)。而這樣的教學(xué)方法已經(jīng)不能滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，也無法達(dá)到社會(huì)對(duì)人才的能力要求。

　　(1)輔助教學(xué)工具過于抽象。使用靜態(tài)的、抽象的機(jī)械運(yùn)動(dòng)輔助教學(xué)工具，如三維掛圖和運(yùn)動(dòng)圖像，并不能準(zhǔn)確反映機(jī)械零件的基本形狀、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)工作原理和使用功能。而這些教學(xué)內(nèi)容也是學(xué)生最難理解的，要求學(xué)生具有良好的三維空間感和想象表達(dá)能力。很顯然，這些抽象的教學(xué)工具無法起到輔助學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容的作用。

　　(2)傳統(tǒng)機(jī)械模型成本高。在物理機(jī)械制圖、機(jī)械運(yùn)動(dòng)原理、機(jī)械設(shè)計(jì)等各門課程的傳統(tǒng)機(jī)械制圖教學(xué)實(shí)踐過程中，教師通常會(huì)利用機(jī)械模型作為教具，以此讓學(xué)生了解機(jī)械零件的基本結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)的基本組成、運(yùn)動(dòng)學(xué)的特點(diǎn)等教學(xué)內(nèi)容。而機(jī)械模型的成本較高，對(duì)教學(xué)的輔助作用也有限，不能體現(xiàn)全部教學(xué)內(nèi)容。

　　(3)教學(xué)方法陳舊。現(xiàn)在，大量的信息技術(shù)被引入課堂，而如果教師不充分利用信息技術(shù)，僅依靠口頭講授、學(xué)生對(duì)物理模型和工程設(shè)計(jì)的觀察，將很難調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也很難提高課堂教學(xué)效率。另外，機(jī)械制圖課程的教學(xué)重點(diǎn)是讓學(xué)生理解機(jī)器的基本原理，所以部分教師的課程教學(xué)以知識(shí)輸入為基礎(chǔ)，對(duì)學(xué)生的知識(shí)掌握評(píng)價(jià)以書面形式的繪畫和作業(yè)為主。很顯然，這種教學(xué)模式無法培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，而機(jī)械制圖課程的大班教學(xué)也無法因材施教，有效培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力。這樣，學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到困難時(shí)，既缺乏創(chuàng)新意識(shí)，也缺乏動(dòng)手實(shí)踐能力，無法提高學(xué)習(xí)效率。

　　三、3D打印技術(shù)輔助教學(xué)的相關(guān)準(zhǔn)備

　　(1)教學(xué)時(shí)間節(jié)點(diǎn)分析。任何教學(xué)活動(dòng)都需要做一定的準(zhǔn)備，因此，在應(yīng)用3D打印技術(shù)輔助教學(xué)時(shí)，教師、學(xué)生也要提前做好相關(guān)準(zhǔn)備工作。首先，在3D建模的初始階段，教師可簡(jiǎn)要向?qū)W生介紹二維設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和基本知識(shí)，并指導(dǎo)學(xué)生完成設(shè)計(jì)方案。在學(xué)期的前幾周，重點(diǎn)對(duì)學(xué)生進(jìn)行手工制圖的培訓(xùn)。其次，在正確書寫字母、數(shù)字，準(zhǔn)確畫線之后，教師可指導(dǎo)學(xué)生以“鉤子”為主題繪制手繪圖，然后進(jìn)行2DCAD繪圖，以此提高學(xué)生基本的二維繪圖能力。最后，在講解投影的基本規(guī)律時(shí)，教師可指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行專門的3D造型培訓(xùn)，讓其學(xué)習(xí)CAD3D操作，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜體現(xiàn)3D空間感，并進(jìn)入3D打印室，設(shè)計(jì)和制作獨(dú)特的3D實(shí)體。接下來，學(xué)生可通過反復(fù)修改設(shè)計(jì)，盡量讓3D實(shí)體完美呈現(xiàn)。由此可見，教師只有掌握這些教學(xué)節(jié)點(diǎn)，才能充分發(fā)揮3D打印技術(shù)的教學(xué)優(yōu)勢(shì)，才能讓學(xué)生充分掌握知識(shí)，并將真實(shí)產(chǎn)品與二維圖紙聯(lián)系起來，了解它們之間的區(qū)別。

　　(2)教學(xué)素材準(zhǔn)備。3D圖形打印雖然是一種高效低成本的打印應(yīng)用技術(shù)，但學(xué)生也不可能經(jīng)常通過3D圖形建模同時(shí)制作一個(gè)成品打印模型，也不可能同時(shí)制作大量的3D建模造型和打印模型。因此，教師在教學(xué)中要精準(zhǔn)確定需利用3D打印的模型，然后借此向?qū)W生做產(chǎn)品演示，講解教學(xué)內(nèi)容。

　　(3)學(xué)生準(zhǔn)備。機(jī)械制圖課程作為高校機(jī)械制圖專業(yè)的基礎(chǔ)課程，在學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中具有非常重要的作用。因此，教師要在傳統(tǒng)實(shí)踐的基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)、創(chuàng)新，應(yīng)用可提高學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)質(zhì)量的教學(xué)模式，以3D打印技術(shù)為教學(xué)輔助手段，全面提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，形成最佳教學(xué)切入點(diǎn)。

　　四、3D打印技術(shù)在機(jī)械制圖課程教學(xué)中的應(yīng)用

　　為提高學(xué)生參與課堂教學(xué)的積極性，在利用3D打印技術(shù)進(jìn)行機(jī)械制圖課程教學(xué)的過程中，教師可將全班學(xué)生分成若干小組，每組4人～6人。具體教學(xué)應(yīng)用如下。