摘 要：傳統機械制圖課程教學存在輔助教學工具過于抽象、機械模型成本高、教學方法陳舊等問題。隨著3D打印技術的成熟，將3D打印技術引入高校機械制圖課程教學中，可提高學生的學習積極性、自主性，促進生生之間的交流合作，激發學生的創作靈感，提高教學效果，節省教學成本。在具體教學中，教師可應用3D打印技術打印3D模型，進行物理制圖、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時代無法實現的協同工作，為教育教學提供新思路。

　　關鍵詞：3D打印技術;機械制圖;軟件建模;模型;加工;裝配

　　機械制圖課程是研究機械圖樣的繪制和識讀規律與方法的一門學科，旨在使學生具備從事機械設計與制造、冶金設備維護、機電設備、數控技術工作所必需的基本知識和基本技能。將3D打印技術應用于高校機械制圖課程教學中，可突破傳統機械制圖課程教學存在的不足，完成2DCAD時代無法實現的協同工作，提高學生的學習效率，為教育教學提供新思路。

　　一、相關理論綜述

　　(1)3D打印技術。3D打印技術(3D printing)是一種基于圖層數字模型處理軟件的打印技術。其運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建矩形物體，可直接從未經圖層處理的任何圖形打印數據或任何打印模具中直接生成任何一種形式的打印零件，大大縮短了產品開發周期，提高了產品生產率，降低了生產過程成本。根據3D數字打印機所用燒結材料的不同，3D數字打印應用技術可以細分為聚合反應打印技術、燒結材料熔融粘合反應技術、粉末燒結黏合反應技術。隨著3D數字打印應用技術的不斷創新發展，其廣泛應用于工業產品設計以及開發生產過程，如航空工業、汽車制造工業、專業建筑設計(包括產品設計和工業建筑設計的專業生產過程模型)、醫療整形外科(正畸后的牙套、假牙、助聽器)等多個領域。

　　(2)3D建模。3D建模是一種數據呈現方式，目前在多個領域都有廣泛應用。在計算機中，3D圖形具有可視化特征，即在平面上顯示3D圖形，雖然與真實世界不同，但呈現出來的3D空間看起來就像真實世界。

　　二、傳統機械制圖課程教學存在的問題

　　在傳統機械制圖課程教學中，教師通過掛圖、圖像、實物模型等教具來講解機械零件的結構、形狀和運動。而這樣的教學方法已經不能滿足學生的學習需求，也無法達到社會對人才的能力要求。

　　(1)輔助教學工具過于抽象。使用靜態的、抽象的機械運動輔助教學工具，如三維掛圖和運動圖像，并不能準確反映機械零件的基本形狀、結構、運動工作原理和使用功能。而這些教學內容也是學生最難理解的，要求學生具有良好的三維空間感和想象表達能力。很顯然，這些抽象的教學工具無法起到輔助學生理解教學內容的作用。

　　(2)傳統機械模型成本高。在物理機械制圖、機械運動原理、機械設計等各門課程的傳統機械制圖教學實踐過程中，教師通常會利用機械模型作為教具，以此讓學生了解機械零件的基本結構、結構的基本組成、運動學的特點等教學內容。而機械模型的成本較高，對教學的輔助作用也有限，不能體現全部教學內容。

　　(3)教學方法陳舊。現在，大量的信息技術被引入課堂，而如果教師不充分利用信息技術，僅依靠口頭講授、學生對物理模型和工程設計的觀察，將很難調動學生的學習積極性，也很難提高課堂教學效率。另外，機械制圖課程的教學重點是讓學生理解機器的基本原理，所以部分教師的課程教學以知識輸入為基礎，對學生的知識掌握評價以書面形式的繪畫和作業為主。很顯然，這種教學模式無法培養學生的創新能力，而機械制圖課程的大班教學也無法因材施教，有效培養學生的設計創新能力。這樣，學生在學習中遇到困難時，既缺乏創新意識，也缺乏動手實踐能力，無法提高學習效率。

　　三、3D打印技術輔助教學的相關準備

　　(1)教學時間節點分析。任何教學活動都需要做一定的準備，因此，在應用3D打印技術輔助教學時，教師、學生也要提前做好相關準備工作。首先，在3D建模的初始階段，教師可簡要向學生介紹二維設計的特點和基本知識，并指導學生完成設計方案。在學期的前幾周，重點對學生進行手工制圖的培訓。其次，在正確書寫字母、數字，準確畫線之后，教師可指導學生以“鉤子”為主題繪制手繪圖，然后進行2DCAD繪圖，以此提高學生基本的二維繪圖能力。最后，在講解投影的基本規律時，教師可指導學生進行專門的3D造型培訓，讓其學習CAD3D操作，由簡單到復雜體現3D空間感，并進入3D打印室，設計和制作獨特的3D實體。接下來，學生可通過反復修改設計，盡量讓3D實體完美呈現。由此可見，教師只有掌握這些教學節點，才能充分發揮3D打印技術的教學優勢，才能讓學生充分掌握知識，并將真實產品與二維圖紙聯系起來，了解它們之間的區別。

　　(2)教學素材準備。3D圖形打印雖然是一種高效低成本的打印應用技術，但學生也不可能經常通過3D圖形建模同時制作一個成品打印模型，也不可能同時制作大量的3D建模造型和打印模型。因此，教師在教學中要精準確定需利用3D打印的模型，然后借此向學生做產品演示，講解教學內容。

　　(3)學生準備。機械制圖課程作為高校機械制圖專業的基礎課程，在學生的就業競爭中具有非常重要的作用。因此，教師要在傳統實踐的基礎上不斷改進、創新，應用可提高學習效率和學習質量的教學模式，以3D打印技術為教學輔助手段，全面提高學生的學習積極性，形成最佳教學切入點。

　　四、3D打印技術在機械制圖課程教學中的應用

　　為提高學生參與課堂教學的積極性，在利用3D打印技術進行機械制圖課程教學的過程中，教師可將全班學生分成若干小組，每組4人～6人。具體教學應用如下。