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摘要：3D打印技術在高校工業設計教學中具有重要的意義，一方面要繼續發揮3d打印技術的積極影響力，另一方面要努力探索3D打印技術深入應用的關鍵因素，致使3D打印技術在教育教學中取得更大的成效。

關鍵詞：3D打印技術；工業設計；教學應用

一、前言

3D打印技術在制造行業被俗稱為增材制造技術，3D打印的過程可以概括為模型設計、切片處理、分層打印三個步驟，即首先依靠計算機繪制好設計產品的三維模型，再將三維建模文件轉換為能夠被3D打印機識別的數字文件，然后驅動3D打印機將打印材料按照三維模型設計的要求進行分層疊加黏合，最后形成一個完整的立體加工產品[1]。3D打印思想始于19世紀末在美國萌芽，其后在世界范圍內開創了高度區別于傳統生產工藝的新興制造技術時代，發展至今3D打印技術以快速成型的時效性和時尚性受到社會各行各業的關注與追捧，在醫療、建筑、考古、服裝、食品等領域都有所應用，3D打印材料和3D打印產品也變得更加豐富多彩。我國在“十三五”發展規劃中也明確將增材制造產業作為重點培養和發展領域，旨在深化3D打印技術的創新應用范圍不斷擴大，逐步成為新時期引領我國乃至全球制造業革命的中堅力量[2]。3D打印技術的蓬勃發展同時為教育領域注入了新鮮的活力，把3D打印技術融入教學應用有諸多優勢，可以進一步完善學科教育的專業化科學化機制，給高校教育教學改革創新提供方向，為增材制造行業輸送兼具3D打印技術的復合型設計人才也是學校與社會的共同期待。

二、3D打印技術在教學應用中的促進作用

（一）3D打印技術促進課程思政建設推動教學進程在傳統教學課堂上教師講授理論知識往往占據了課堂的大部分時間，而工業設計又是一門實踐性很強的專業，教學過程中常常需要引導學生在大腦中構建立體的想象空間并進行科學合理的邏輯思維，學生才會準確地理解一個完整的產品結構設計，這樣教學進程慢效果也不不盡人意。3D打印技術為教師開發課堂教學創新模式提供支持，通過把3D打印技術引入課堂，學生直接可以觀看3D打印的實物模型，突破了傳統課堂上費時費勁單純依靠學生在大腦中想象的局限性，每個學生都受益于3D打印技術的形象性特點，教師在進行理論講解的時候也會輕松很多，爭取到更多地時間讓學生自主消化吸收。學生主動參與課堂的積極性提高，師生互動加強了，又會啟發教師在教學過程中不斷地思考如何與學生相處，如何把握學生的思想，加強課程思政建設，尋找更加合理的教學溝通方式方法去提高教學效率，在這種良性的循環下自然會積極推動課堂教學進程，這對教師本身教學能力的提高是極好的實踐經驗。

（二）3D打印技術促進教學質量提高有了3D打印技術來輔助教學后教師們如虎添翼，在教學應用實踐中充分發揮出3D打印技術優勢是提高課程教學質量的法寶。例如在機械工程類的課堂中，教師利用3D打印技術能夠向學生展示一些復雜的機械零件的生產加工過程，尤其是突破了傳統制造工藝技術的特殊造型結構，點燃學生對先進生產加工技術的學習欲望；在環境設計類的課堂中，教師利用3D打印技術可以向學生展示優秀的室內環境設計方案，由平面設計圖紙轉變成三維立體空間模型，讓學生對環境設計的尺寸和布局有更加真實的感受，提醒學生在平時的設計當中注意避免想當然的脫離實際的設計；在動畫設計類課的課堂中，教師利用3D打印技術可以直觀地改善動畫人物的表情與動作設計等，令動畫人物形象鮮明逼真。同時教師可以通過3D打印技術隨堂檢驗學生的學習效果，第一時間對電腦繪制的三維模型進行參數校核，及時糾正錯誤，避免打印失效，提高教學質量。

（三）3D打印技術促進項目式教學發展教師探索新型教學模式除了要求學生掌握專業知識之外也注重培養學生的創新能力，項目式教學可以把這兩點結合起來，依靠3D打印技術能進一步優化項目式教學成果。通常一件設計作品可以分成幾個部分來整合，教師結合3D打印技術特點把一個完整的教學設計作品拆分成若干項目再分配給學生小組，各小組成員進行思考并解決項目實踐過程中碰到的問題，發揮團隊協作的積極作用，親自將3D打印技術與教學理論應用于具體實踐，最后大家把項目成果整合成一個完整的設計作品，達到教學目標。其中的每一個步驟都依靠學生動手，激發出學生學習的主動性與創造性，學生對相關知識的掌握程度教師也了然于心，這種寓教于樂的教學現場也會充滿活力。這也是“以人為本”的教學模式，教師可以跟學生互動但不指揮學生，讓學生真正成為課堂的主角，鼓勵學生碰到問題協作解決，自由發散創新思維，這種教學模式也順應了新時代新人才的培養目標。

（四）3D打印技術促進畢業設計作品快速成型畢業設計是對學生的理論知識、動手實踐、獨立思考、解決問題、邏輯思維、探索創新等能力進行綜合考核，是高校全面檢驗教育教學質量的重要材料，是學生走出校園走向工作崗位的最后一道關卡。對于設計類專業的學生來說，畢業設計過程是從工業理念創新的思維過程到全方位設計的實踐體驗，因此畢業設計作品實物模型的呈現顯得尤為重要。基于3D打印技術的先進性和時效性，學生在完成畢業設計作品的設計階段后就可以利用3D打印機及時把作品模型打印出來，這樣便于學生檢查作品設計過程中是否存在不合理的地方，同時便于學生思考是否有更優的改善方案。3D打印技術把設計靈感與產品制作連接起來，不僅能夠檢驗學生的軟件熟練程度，還鍛煉學生的觀察能力，盡管設計作品打印任務交付于3D打印機執行，但是打印過程中碰到的軟件問題仍然靠學生自己仔細分析，開動腦筋去解決，一套完整的畢業設計作品能夠順利打印成型需要學生做好每項相關工作，一套打印成型的畢業設計作品能夠給學生的創作與表達增輝添彩。

三、3D打印技術對學科建設的積極影響

（一）3D打印技術加強各學科之間的聯系工業設計專業是一門多學科相互交叉融合的專業，設計作品或者設計案例需要利用多學科的知識來進行綜合分析，但在傳統教學課堂當中各個課程間的關聯度不夠，而如果各學科知識只是單純靠理論結合學生又不能很好地理解和吸收。3D打印技術具有廣泛地適應性和開放性，能夠快速搭建起各學科知識之間關聯的橋梁，在3D打印技術以及在不同學科知識的支撐下，學生創作出的優秀設計理念變成實物才真正實現了設計價值。同時，在工業設計專業傳統課程考核中，教師們通常是根據學生的平面軟件繪圖和三維軟件建模加上渲染與動畫制作水平來考核學生成績，有3D打印技術輔助教學以后，學生可以考慮3D打印工藝與3D打印材料特點打印出立體模型來表達自己的設計作品，無論是跨學科知識的具體的應用還是設計結構的展示操作都能有所體現，教師對學生的設計與工程知識的考核評價更全面也更有說服力。3D打印技術適用性范圍廣，操作靈活，很多學科都需要3D打印技術來促進教學改革創新，工業設計專業學科建設中要積極尋找各學科之間的聯系，為復合型設計人才培養目標服務。

（二）3D打印技術有助于實驗室向工作室轉型工業設計實驗室是完成基礎實驗教學與模型加工制作的場所，也是保障工業設計教學的基本物質條件，但普遍存在實驗設備質量不高及功能邊緣化等問題。工業設計專業十分重視學生的動手操作能力，根據社會對工業設計人才的要求標準，以3D打印技術的影響力帶動實驗室建設向工作室轉型，在滿足基礎教學之外打造專門針對設計類學生進行設計實踐的專業工作室，配備輕工業級3D打印設備，能夠打印多種類的初級工業產品模型，真正幫助學生實現設計師夢。在工業設計相關的學科競賽中，專業工作室能充分發揮優勢3D打印技術的優勢幫助學生呈現創意設計想法，甚至在考古藝術文化領域都可以利用3D打印設備來打印學生喜歡的珍藏品模型，這對文化藝術的推廣有積極地現實意義和價值，因此專業工作室建設具有很強的創新擴展空間，并且可提高3D打印設備的資源利用率。

（三）3D打印技術拓寬校企合作，實現社會實踐與創收雙受益3D打印的材料貴，產品一次成型的使用量多，另外滿足專業化人才培養目標的3D打印設備的價格也不便宜，故在工業設計專業教學應用中專項資金缺口大。當前國家投入了大量財力物力鼓勵支持3D打印產業發展，越來越多的企業逐步取得了很多創新成果。學校要立足于地方經濟多多挖掘社會資源，開發3D打印技術的創造性建立多類型的校企合作方式，讓學生參與到企業產品設計的研發中去進行社會實踐，既突出人才培養模式特點又提升學生的綜合素質，同時以學校專業工作室的設備資源吸引企業來到學校投資，增加的創收還能夠減輕一部分3D打印教學負擔，尤其現在國家對工業設計專業的關注度及3D打印技術的應用度逐年攀升，3D打印技術在校企合作方面有著非常好的發展前景。

四、3D打印技術在教學應用中進一步突破的關鍵因素

（1）目前多數學校基于3D打印技術的科學理論和技術研究處于基礎性教學階段，學生對3D打印技術的認識較淺，加上3D打印設備成本與維護費用高，3D打印技術輔助教學的程度相對不高，因此高校教育教學想要承擔起3D打印科技研發的重擔就必須提高專項資金額度，此外學校還需有意識地加大3D打印專業技術人員引進力度，壯大專業師資隊伍。（2）增材制造行業相關的重點高校研究所和企業集中落在北上廣深等經濟發達的地區，資源分配懸殊使得其他地方校企合作的選擇性偏弱偏小，因此加強優勢地區與弱勢地區之間的專家訪問與技術交流，讓發展滯后的院校也能與全國優勢高校及企業進行資源對接。（3）在高校教學中通常使用工程塑料來打印產品模型，甚至多家承接3D打印產品的企業也多采用工程塑料，工程塑料有良好的熱塑性和熱固性，價格也比較便宜，但是在產品材質表現上不盡人意，使得設計的質感和美感效果出不來，影響到設計者的專業判斷，因此專業工作室要增加多類型的3D打印機，能夠打印如木質材料、金屬材料產品，甚至能涉及光敏樹脂材料、高性能陶瓷粉末材料的產品，擴大3D打印技術的應用范圍和應用程度。

【參考文獻】

[1]卞昱婷,季瑩.3D打印技術在高校藝術設計專業教學中的應用初探[J].赤峰學院學報(自然科學版),2017,33(11):199-200.

[2]李方正.中國增材制造產業發展及應用情況綜述[J].工業技術創新,2017(4):1-5.

作者：姚軒 程冕 段家現 單位：梧州學院