3D打印技术在机械制图的应用

时间：2020-12-18 10:15:57 所属分类：智能科学技术 浏览量: 244

3D打印技术是借助于计算机、激光、数控和精密传动等先进的现代手段，根据在计算机相关软件上建立三维模型，能在短时间内直接制造产品或模型的快速成型制造技术(RapidPrototypingManufac-turing，RPM)。该技术使设计师能够以直观方式检验设计效果，改善设计过

　　3D打印技术是借助于计算机、激光、数控和精密传动等先进的现代手段，根据在计算机相关软件上建立三维模型，能在短时间内直接制造产品或模型的快速成型制造技术(RapidPrototyping&Manufac-turing，RP&M)。该技术使设计师能够以直观方式检验设计效果，改善设计过程中的人机交流，缩短产品设计的周期，加快产品更新换代的速度。目前工业上比较广泛的方法有：光固化成型法(StereolithographyApparatus，SLA)、叠层实体制造法(LaminatedObjectManufacturing，LOM)、选择性激光烧结法(SelectiveLaserSintering，SLS)以及熔融沉积制造法(FusedDepositionManufacturing，FDM)等等。笔者引入机械制图课程教学中采用FDM方法。该原理是将实体模型采用一定的算法，以最优的方式分为若干薄层，以粉末状金属或高分子材料，逐层叠加粘合最终生成实物[1]。

　　1机械制图课程的特点

　　机械制图是机电、数控、汽车维修、材料成型等专业的一门必修核心基础课程。通过寻找点、线、面的投影规律，掌握基本体、切割体、组合体、零件图和装配图的图样表达方法，旨在培养学生的制图能力、培养三维空间的思维能力，并能将理论知识与实践相结合[2]。笔者经过十余年的教学实践发现，机械制图这门课程绝大多数开设在大学第一学期，许多学生还未从高中学习方式完成转变，专业基础还未建立，空间想象能力较为薄弱。加之工程图样以三视图进行表达，使得学生难于理解，尤其在截交线、相贯线及复杂物体的内部结构上更加难以想象物体的真实结构。同时还要求掌握机械原理知识、测绘实践、国家标准和相关规定等，造成课程相对比较枯燥乏味，同时学习工作量大于其他专业课程，学生们的学习积极性不高，导致机械制图课程的教学效果不尽人意。针对传统教学方法的不足，笔者围绕机械制图课程的教学目标，将3D打印技术融入教学过程，结合三维建模及三维打印的教学方法，可激发学生的学习兴趣，提高学生的空间想象能力，提高学生的实践操作能力，达到令人满意的教学效果。

　　23D打印技术在机械制图课程中的应用

　　机械制图课程传统的教学方法，一般依靠教师讲解、示范绘图，结合挂图、图片、绘图工具等手段开展教学。此类静态的教具不能很好的反应出零件的结构、形状、工作原理、运动模式等，而教师在讲解时需要投入更多的精力有时往往不能达到预期效果。另一类传统实物模型教具，由于种类有限，不能反应所有的教学内容，同时购买教具成本较高，也造成教具的局限性。传统教学课堂任务相对单一，学生参与度不够，学生学习后的只能以制图图册、作业等形式交给任课教师，千篇一律，内容单一，学生学以致用的能力提高有限，无法锻炼自主创新设计的能力，不符合当今创新教育、个性化教育理念[3]。为了弥补传统教学手段，在机械制图课堂创新性的引入3D打印技术，主要从以下四个环节实施。

　　2.1三维建模帮助学生提高空间思维能力

　　3D打印技术是以数字模型为基础，需要利用绘图软件绘制出模型。一方面从教师角度出发，利用CAD绘图软件将较难理解的三视图转换为容易理解的实体模型，在电脑上旋转构建好的实体模型，从主视、俯视、左视方向给学生一一呈现，并与三视图进行比较，使学生能够直观的看到物体各个方向各个面的细节，利用软件剖切功能，使学生容易看清物体内部结构。通过这种辅助教学手段，激发学生学习兴趣，减轻学生学习难度，培养学生的读图、绘图能力，提高空间想象能力。另一方面从学生角度出发，学生需要打印3D作品，首先要做的事情就是利用CAD绘图软件构建模型，这正是机械制图课程的实践环节。基本要求是能将看到的实物绘制成数字模型，进一步要求学生能够进行不同造型的创新设计，以开发学生的想象力和创意思维。让学生绘制三维模型及动画仿真，对激发学习兴趣，掌握绘图软件起到积极的作用。笔者在授课过程中以三维建模的作业进行比赛，部分学生作业如图1所示：a、b、c图为学生三维建模作品，d图为模型成品打印。学生的学习积极性得到很大提高，取得较好的授课效果。

　　2.2实物打印有助于检验图纸存在的问题

　　将数字模型输入到3D打印机中打印，首先进行STL格式转换，此格式用于表示三角形网格的一种文件，要能正确的转换，必须要求模型表面封闭相连。其次，学生建立的三维模型有可能产生缝隙、壁厚过厚或过薄、多余的结构、重复或者不闭合的表面，这些情况均会打印不成功。学生要解决此类问题，必然能够提高绘图能力，检验设计水平，从而有助于培养具有创新意识的人才。教师也可根据出现的问题，给学生进行分析和讲解，对学生理解国家标准及绘图的精确性提出要求，通过实践检验，提高机械制图课程的教学效果。

　　2.3实物展示有助于学生理解教学难点

　　建模过程中利用多媒体为载体，给学生展示了三维模型的不同视图效果，但是对于一些难于想象的图样还不足够。此时利用3D打印技术将模型打印出来，展示给学生，使学生能够更加直观的理解相关知识点。如图2(a)所示，以三通为例，让学生理解过渡线、相贯线、截交线以及实实相贯、实虚相贯、虚虚相贯等知识点。图2(b)以齿轮啮合为例，让学生理解齿轮的图样表达方法及齿轮的运动规律。教学过程结合3D打印的教具，将理论教学和实践教学有效结合，提高学生的识图能力，并能反向利用教具测量绘制三视图，达到机械制图的教学目标。

　　2.4便于培养创新思维和创新能力

　　机械制图课程是一门理论结合实践的课程，如果偏重理论教学，容易造成学生纸上谈兵，即仅在图纸上进行设计，如果偏重实践教学，当设计不合理时，会造成极大的浪费。3D打印技术从建模到实现模型打印，能够同时兼顾两方面教学，结合创新创业教育检验教学成果，从而发挥教学的有效性[4]。笔者在机械制图实践环节融入创新创业教育，以一定的课时指导学生发挥自身的学习主观能动性，拓展思维，用任务检验课程学习目标是否达成。创新创业教育过程框架如图3所示，教学过程包括教师引导学生调查真实世界要解决的问题，构建解决方案，通过总结思考进行创意设计获得模型，模型实现后进行检验，教师进行必要的分析与评价寻找优化方案，此过程不断循环迭代，提高教育工作者和学习者的创造性。

　　3结束语

　　3D打印技术在机械制图课程中的创新应用，不仅是技术工具的创新应用，也是创新教学模式的应用。创新之处在于教师可将建模过程录制为短视频，使学生能够利用课余时间学习;教师可利用三维模型、3D打印实体模型两方面结合作为教具指导学生掌握课程教学目标;教师可利用课程任务作为创新创业教育模块，使得学生真正能够学以致用，激发学生学习积极性、主观能动心、实践创造性，具有更好的学习体验，提高机械制图课程的质量和教学效果。

　　参考文献：

　　[1]孙江山，吴永和，任友群.3D打印教育创新：创客空间、创新实验室和STEAM[J].现代远程教育研究，2015(4)：96-103.

　　[2]王莉莉.机械制图与AutoCAD课程整合的思考[J].汽车实用技术，2020(9)：250-251.

　　[3]杨三艳，李艳.浅谈3D打印技术在机械类课程教学中的应用[J].职业教育研究，2014(10)：166-168.

　　[4]赵明侠.基于3D技术的高职机械制图与CAD课程测绘实训实施与研究[J].内燃机与配件，2020(2)：277-278.

　　《3D打印技术在机械制图的应用》来源：《装备制造技术》，作者：王莉霞 彭敏 周磊

濠电姷鏁告慨鐑藉极閸涘﹥鍙忓ù鍏兼綑閸ㄥ倿鏌ｉ悢宄扮盎闁兼澘娼″鍫曞醇濞戞ê顬夊┑鐐叉噽婵灚绌辨繝鍥ч柛灞剧煯婢规洟姊洪崨濠庢疁濞存粌鐖煎濠氬Ω閳哄倸浜為梺绋挎湰缁嬫垿顢旈敓锟�:闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹妞嬪海鐭嗗〒姘ｅ亾鐎规洦鍨堕獮鎰償閵忥紕褰块梺鐟板悑閻ｎ亪宕瑰ú顏勭煑闊洦绋掗悡鐔兼煏韫囧﹥鍤夌憸鐗堝笒缁€鍕煟濡偐甯涢柣鎾存礋閺岀喐瀵肩€涙ɑ閿梺鍝勵儑閸犳牠寮诲☉姘ｅ亾閿濆骸浜炲褜鍓熼弻鏇㈠炊瑜嶉顓犫偓娈垮櫘閸ｏ絽鐣烽崼鏇椻偓鏍敊閼恒儱纾冲┑顔硷工椤嘲鐣烽悢纰辨晝闁靛洦濡搁崶銊у幐闁诲繒鍋犻褔鍩€椤掍胶澧辩紓鍌涙崌閹崇偤濡烽妷褏鐛┑鐘灱濞夋盯寮甸鍕柧濠靛倸鎲￠埛鎺懨归敐鍫燁仩閻㈩垱鐩弻鐔哄枈閸楃偘绨藉┑鈥冲级閸旀瑥顕ｉ幘顔藉亹闁归鐒︾紞妤呮⒒娴ｅ憡鎯堥柛鐕佸亰閹囧幢濞嗘垳绗夐梺鎸庣箓濡稓绮绘ィ鍐╃厱闁斥晛鍠氬▓娆撴倵濮橆厽绶查棁澶嬬節婵犲倸顏╅柛鏂诲€濆Λ浣瑰緞閹邦厾鍙嗗┑鐘绘涧濡瑩骞栭幇鐗堢厱闁哄倹顑欓崕鎰庨崶褝韬い銏＄☉椤繈骞戦幇顒佸創闂傚倷绀侀幖顐︽儗婢跺本宕叉繝闈涙閺嗭附銇勮箛鎾村櫤濠殿垱鎸抽弻娑樷槈濮楀牆濮涙繛瀛樼矋閻楃姴顫忕紒妯肩懝闁逞屽墴閸┾偓妞ゆ帒鍊告禒婊堟煠濞茶鐏︾€规洏鍨藉畷銊︾節娴ｈ櫣鐣鹃梻浣虹帛閸旀牕岣垮▎鎴犵當鐟滃繒妲愰幒妤婃晩閻熸瑥瀚悵鏇㈡⒑闂堟稓澧崇紓宥勭閻ｅ嘲顫滈埀顒佷繆閹间焦鏅滅紓浣癸供濡劑姊婚崒姘偓椋庢濮橆兗缂氶柤濮愬€愰崑鎾绘濞戞氨鍔悗瑙勬磸閸ㄦ椽濡堕敐澶婄闁靛ě灞芥櫍闂傚倷鑳舵灙缂佺粯锚铻為悹鎭掑妽瀹曟煡鏌涢埄鍏︽粍绂嶅⿰鍫熺厵闂侇叏绠戦弸娑㈡煛鐎ｎ亪顎楅棁澶嬬節婵犲倸鏆欓柍閿嬫⒒缁辨帗娼忛妸锕€闉嶉梺鐟板槻閹冲繘藝閻楀牊鍎熸俊顖滅帛濞呭啴姊婚崒娆戝妽闁诡喖鐖煎畷婵嗩吋閸滀焦瀵岄梺鑺ッˇ浠嬪吹閺囥垺鐓欓柟顖涙緲琚氶梺绋款儏鐎氫即寮婚敐澶婄闁惧浚鍋呭畷鍐差渻閵堝棙鐓ユい锔诲灦閳ユ棃宕橀鍢壯囨煕閳╁喛渚涙慨濠傛健濮婅櫣绮欏▎鎯у壉闂佸憡姊瑰ú鐔兼晲閻愭祴鏀介悗锝庘偓顓涙櫊閺屽秹宕崟顐熷亾婵犳艾鐭楅柛鈩冦仜閺€浠嬫煟閹邦厽缍戦柣蹇ョ畱閻ｆ繈鏁愰崨顔间淮闂佽鍠氶崑銈夊蓟閵娧€鍋撻敐鍐ㄥ缂併劌顭峰娲传閸曨剙顦╁銈冨妼濡鍩㈠鍡欑瘈闁告洏鍔屾禍鐐箾閸繄浠㈤柡瀣ㄥ€曢…鑳槼妞ゃ劌锕悰顕€宕卞☉妯肩潉闂佸壊鍋呯换宥呩缚婵犲洦鈷戦柡鍌樺劜濞呭懘鏌涢悤浣镐喊妞ゃ垺姊圭€佃偐鈧稒菤閹风粯绻涙潏鍓у埌闁硅绻濋獮鍡涘醇閵夛妇鍘辨繝鐢靛Т婵亶宕烽鐐茬柧闂傚倷绶氬ḿ褑鍣归梺绋挎湰缁本鏅舵ィ鍐┾拻濞达綀娅ｇ敮娑㈡煕閺冣偓濞叉牞鐏掓繝鐢靛Т濞层倝鎮块鈧弻娑樷槈濡吋鎲奸梺缁樻尵婵兘鎯€椤忓牆绾ч柛顭戝枦閸╃偞绻濋埛鈧崒姘ギ闂佸搫鐭夌紞浣逛繆閻戣棄唯闁挎洍鍋撴繛鍫燁殜濮婃椽宕崟顒佹嫳缂備礁顑嗛崹鍧楀春閵忊剝鍎熼柕濞垮劤閻も偓婵＄偑鍊栫敮鎺楀磹妞嬪孩顫曟慨妞诲亾婵﹦绮粭鐔煎焵椤掆偓宀ｈ儻顦查摶鐐翠繆閵堝懏鍣归柣銈庡枛闇夐柛蹇撳悑缂嶆垹绱掗悩闈涙灈闁诡喗顨呴埥澶娾枍閾忣偄鐏﹂柛鎺戯功閳ь剟娼ч幗婊呭婵傚憡鍊甸柨婵嗛楠炴鐥鈩冪【闂囧绻濇繝鍌氼伀濠⒀冪仛閹便劍绻濋崘鈹夸虎濡ょ姷鍋為崝鏍箚閺冨牊鏅查柛灞句緱濞兼棃姊婚崒娆戭槮闁圭⒈鍋婇幃褍饪伴崼婵堫槶濠殿喗蓱婢у酣宕戦幘缁橆棃婵炴垶鐗曟禒顕€鎮楃憴鍕闁挎洏鍨介妴浣糕枎閹炬潙娈愰梺鍐叉惈閸燁偊鎮欐繝鍌楁斀闁绘ê鐏氶弳鈺佲攽椤旂虎妫庡褎绻堝铏圭矙濞嗘儳鍓遍梺鍦规晶钘壩ｉ幇鏉跨闁归绀侀幃鎴︽⒑缁洖澧查柨鏇楁櫅铻為柛鎰靛枟閳锋垹鐥鐐村櫤闁绘繍浜弻鐔兼偡閻楀牆鏋犻悗娈垮櫘閸嬪﹪鐛Ο鑲╃＜婵☆垳绮鐔兼⒒娴ｈ姤纭堕柛锝忕畵楠炲繘鏁撻敓锟�.闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹妞嬪海鐭嗗〒姘ｅ亾鐎规洦鍨跺畷绋课旀担绯曞亾閸洘鐓曟い鎰Т閸旀岸鏌ｉ幒鎴犱粵闁靛洤瀚伴獮鎺戭吋閸ヨ埖袦濠电姭鎷冪仦鐣屼画缂備胶绮粙鎾寸閿曞倸纾兼慨姗堢到娴滅偓绻濋棃娑卞剰闁藉啰鍠栭弻銊モ槈濡警浠遍梺绋款儐閹瑰洭寮幇顓熷劅闁炽儴灏欓弫鏍⒒娴ｈ銇熼柛妯恒偢椤㈡牗寰勯幇顒冩憰濠电偞鍨堕崺鍐磻閹剧粯鏅查幖瀛樼箘閺佹牠鏌℃担鍝ュⅵ闁诡喗顨呴埢鎾诲垂椤旂晫浜為梻浣告啞椤ㄥ棙绻涙繝鍥ュù锝囩《濡插牊淇婇鐐存暠闁诲骸顭峰娲偡闁箑娈舵繝娈垮櫘閸欏啫顕ｇ粙搴撴瀻闁瑰墽琛ラ幏缁樼箾鏉堝墽鎮奸弸顏堟煙椤旇棄鐏︾紒缁樼箞婵偓闁宠棄鎳撻埀顒佸椤ㄣ儵鎮欑拠褍浼愬銈嗘尭閵堢ǹ鐣烽崼鏇炵厸闁告劦浜濆▓浠嬫⒒閸屾瑧顦﹂柟纰卞亞缁棃寮婚妷銉ь槷闁瑰吋鐣崝宀勬偂濠靛鐓涢柛鎰╁妼閳ь剛鏁诲畷鎴﹀箻閼姐倕绁﹂梺鍓茬厛閸犳牗鎱ㄦ惔鈾€鏀介柍钘夋娴滄繃銇勯妸銉伐闁伙絿鍏樻慨鈧柕鍫濇噽椤斿﹤鈹戞幊閸婃捇鎳楅崼鏇炲偍闁归棿鐒﹂埛鎴︽煕閹炬潙绲诲ù婊€绮欓弻娑氣偓锝庝簻椤忣亪鏌￠崨顓犲煟妞ゃ垺宀搁崺鈧い鎺嗗亾妞ゎ偄绻橀幖鍦喆閸曨偅鐎梻浣瑰缁诲倸螞濞嗘挻鍋熸慨妯垮煐閸婄敻鎮峰▎蹇擃仾缂佸矁娉曠槐鎾愁吋閸曨収妲銈嗘穿缂嶄礁鐣峰⿰鍕闁荤喐澹嗛敍蹇涙⒒娓氣偓濞佳囥偑閸偂绻嗛柛銉㈡櫇閻捇鏌涢幘妤€鎳愰敍婵嬫⒑缁嬫寧婀伴柣鐔村姂椤㈡瑦寰勯幇顓犲幈闁诲函缍嗛崑鍛暦瀹€鍕厸鐎光偓鐎ｎ剛袦濡ょ姷鍋涢澶愬箖濞嗘挸骞㈡俊顖濇娴煎矂姊虹拠鈥虫灍妞ゃ劌锕妴浣割潩鐠鸿櫣鍔﹀銈嗗笒鐎氼剟鎷戦悢鍏肩叆婵犻潧妫欐刊鍏肩箾鐏忔牗娅婇柡宀嬬秮楠炴﹢宕樺顔煎Ψ闂備浇顕х换鎰涘▎鎴炲床婵炴垯鍨洪弲鏌ユ煕濞戝崬鏋熼柟顔界懇濮婃椽骞愭惔銏狀槱婵炲瓨绮犳禍顏堝箖娴兼惌鏁婇柣锝呯灱閹虫繈姊洪柅鐐茶嫰婢у鈧鍣崑濠囩嵁濡偐纾兼俊顖滅帛椤忕喖姊绘担鑺ョ《闁革綇绠撻獮蹇涙晸閿燂拷,闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹妞嬪海鐭嗗〒姘ｅ亾妤犵偛顦甸弫鎾绘偐閸愯弓鐢绘俊鐐€栭悧婊堝磻濞戙垹鍨傞柛宀€鍋為悡鏇熴亜椤撶喎鐏ュù婊呭仦閵囧嫰鍩￠崘銊ュ箣闂佸搫鏈惄顖炪€侀弴銏″亹闁肩⒈鍏涢幃锝夋⒑鐠囨煡顎楅柣蹇斿哺閹繝鏁撻悩鑼舵憰闂侀潧艌閺呮粓宕戦崱娑欑厱閻忕偛澧介埥澶嬨亜韫囥儲瀚�闂傚倸鍊搁崐宄懊归崶顒夋晪鐟滃繘鍩€椤掍胶鈻撻柡鍛Т閻ｅ嘲螣閼姐倗鐦堝┑顔斤供閸樻悂骞愰崘顔解拺闁告稑锕ユ径鍕煕鐎ｎ偅宕岄柟铏崌瀹曠ǹ螖娴ｅ搫寮伴梻濠庡亜濞村嫮寰婇懞銉ь洸闁哄稁鐏愰悷鎵冲牚闁告洦鍘鹃悡鈧梺鍓х帛閻楃娀寮婚妸銉㈡斀闁糕剝锚濞咃綁姊洪崫鍕棤闁稿鍊濆濠氬Ω閵夈垺顫嶉梺鎯ф禋閸嬪嫰顢旈敓锟�濠电姷鏁告慨鐑藉极閹间礁纾绘繛鎴欏灪閸嬨倝鏌曟繛褍鍟悘濠囨倵閸忓浜鹃梺鍛婃处閸撴瑦绂嶉柆宥嗏拺闁告稑锕ｇ欢閬嶆煕閻樺啿鍝洪柕鍡楁嚇瀵濡烽敂鎯у箥闂備胶绮崹鍫曟晝閳轰讲鏋旈柡鍐ㄥ€荤壕濂告煃瑜滈崜鐔风暦閸楃偐妲堟繛鍡樺灥楠炴绻濈喊妯活潑闁搞劎鏁诲畷鎴﹀箛椤旇姤娈板┑鐐村灟閸ㄦ椽鎮￠悢鍝ョ瘈闁割煈鍋呯亸浼存倵濮樼偓瀚�.

转载请注明来自：http://www.zazhifabiao.com/lunwen/dzxx/znkxjs/47290.html