| 标题 | 3D打印技术在工业设计实验室的应用 |
| 范文 | 周希莹 宋卫 李邵银 摘 要：随着科技的发展，3D打印技术也在逐渐走向成熟。对工业设计、建筑、医疗、航空航天等专业而言，3D打印技术可以实现以更小的代价去完成实验结果的论证。很多高校陆续引进3D打印机，建设3D打印实验室，并应用于多个专业和实验项目。本文以服务工业设计专业的3D打印实验室为例，探究了其专业教学的方向，分析了其对产学研转换的帮助，研究了提高学生对3D打印理解和应用的方法，借此达到通过新的技术提升学生设计创新的能力。 关键词：3D打印;工业设计实验室;实验教学 1.3D打印背景介绍 3D打印这个词，现在并不陌生，小到一颗牙齿，大到一栋房子都可以用3D打印技术实现。由于其具有成型速度快，成本低等优点，已经在多个专业领域中普及的发展。从国外到国内的高校，都陆续开设了相关实验室，引进3D打印机或者3D打印产品，帮助学生了解3D打印，结合自身专业开展应用，提高学生的创新思维和实践能力。 1.1 3D打印原理 3D打印的工作原理是利用计算机进行三维造型的建模，再通过适配的3D打印材料，由点到线，线到面，面到体的方式，层层叠加融合的过程，最终形成一个立体的产品。和传统加工工艺相比较，可以省略开模等复杂的流程，缩短模型生成时间。 目前，3D打印的方式主要分为以下三类：（1）熔融沉积快速成型（FDM），是目前工业设计实验室的打印使用方式，主要使用材料有ABS和PLA。成型方式为材料在喷头里加热后沿着指定轨迹运动，层层堆积，喷出的材料迅速固化后形成体。（2）光固化成型（SLA），是最早出现的快速成型工艺，主要材料为光敏树脂。成型方式为树脂型液态材料通过光聚合，从液态形成固态。由于此方法研究时间长，技术最为成熟，成型的产品精度也更高。（3）三维粉末粘接（3DP），以陶瓷粉末、金属粉末、塑料粉末等为主要材料，可以直接3D打印出精美的陶瓷产品。 1.2 3D打印工作流程 （1）建模 现有的建模方式有多种，包括通过互联网直接下载、使用3D扫描仪逆向工程建模、使用3D建模软件绘制建模。其中，使用3D建模软件绘制建模为工业设计的常用方法，主要的使用3D建模软件有犀牛、PRO/E、solidworks、3ds MAX、UG等。工业设计学生将设计构想转化为虚拟三维模型后，可进行优化完善，并发送至打印。 （2）分层打印 目前大部分高校工业设计采用的都是基于FDM技术的3D打印机。分层是指将已经建好的模型，上传到3D切片软件里，通过输入STL、obj等格式的文件，生成3D打印机所需要的加工文件。在切片软件中，软件会自动对模型进行切片计算，也可以调节参数来改变模型内部的支撑密度，达到设计用户想要的效果。 在打印过程当中，3D打印机将固态的材料如ABS丝等通过送丝机送入加热腔体，材料成为熔融状态后经过喷嘴挤出，沿着指定轨迹逐层打印，薄薄的丝经过层层堆积，最终形成一个完整的形态。在打印复杂的曲面等模型时，还需要打印一些支撑材料，否则打印过程中会有形变，影响整个打印结果。 （3）后期处理 对于常见的熔融堆积型3D打印产品，一般都需要进行简单的后期处理。首先要去除多余的支撑材料，对细节以及毛边进行打磨。对表面不太光滑的部分，可以用抛光的手段去处理。目前采用较多的方式为砂纸人工打磨，这也是最简单快速的抛光方式;还可以采用3D打印抛光机，该方法在抛光过程不产生废料，对表面的精度影响不大。在抛光完成后，最后进行喷漆等上色处理。 2.3D打印实验室与实际教学应用 为满足日益复杂的工业设计需要，3D打印已成为验证设计成效的一种必要手段。目前可依托3D打印实验室，通过理论知识和实际操作的教学方式，帮助学生快速掌握3D打印的全过程。 为保障3D打印教学工作的有序开展，需要教师做好3D打印知识教学的准备工作，以生动的案例激发学生的创新思维，以实操的打印过程提高学生的动手能力。做到以教学指导实验，以实验验证教学，逐步推动高校实验教学的发展。 2.1与教学融合，快速验证设计想法 建立3D打印工业设计实验室，进一步加强了工业设计和技术优化的融合。同时3D打印应用非常广泛，在产品交互设计、产品改良设计、机械结构等教学课程中都可以开展3D打印应用拓展。在各类教学实践过程中，学生可以通过建立三维数字模型，再使用3D打印机快速成型，缩短产品的研发时间，打印出来的模型既可以检验学生的设计思路，又可以检查设计结构是否合理，教学成果也一目了然。为保证学生快速掌握3D打印实践能力，可以通过小组练习、作业、竞赛等方式进行检验，也能创建比学赶超的学习氛围。 同时对于工业设计专业的毕业设计而言，各大高校都要求学生将产品用模型的方式进行展示，3D打印正好能满足这一要求。其可以适应学生的多样化需求，快速生成各位复杂模型，能够完整的将学生的设计思路进行展示。 2.2助力产学研的转换能力 3D打印技术目前仍处于逐步上升的阶段，应用领域和应用前景广阔，非常适合高校和企业培养应用型人才。为消除企业和高校人才培养的差异性，确保学生满足未来工作岗位需要。建立3D打印工业设计实验室，锻炼学生的设计创新思维和设计实践能力，提高学生对生产加工的认识，是现阶段工业设计教学的一大亮点。 3.总结 在3D打印技术蓬勃发展的大环境下，工业设计实验室要将专业教学与3D打印结合，实现产教融合，推动工业设计的可持续发展。通过3D打印技术教学，将理论转化为实践，更能帮助学生更快适应不同岗位需要。为保证教学质量和应用型人才培养，教师还需要随时学习新的技术知识，改进实验课程的教学结构和教学对策。 参考文献： [1]王敏杰.3D打印技术在高校艺术设计实验室的应用[J].科技与创新，2017，（15）：157-158.DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.15.157. [2]章伟，罗茂元，周萍等.高校3D打印创新实验室建设与实验教学研究[J].信息记录材料，2018，19（2）：175-178. [3]王玮.3D打印技术在艺术设计专业教学的应用与创新——以山东工艺美术学院3D打印技术中心为例[J].设计艺术，2018，（3）：97-99.DOI：10.3969/j.issn.1671-606X.2018.03.016. [4]侯良衡.3D打印技术及其应用[J].电子制作，2019，（12）：53-55，73.DOI：10.3969/j.issn.1006-5059.2019.12.020. [5]张自强.基于FDM技术3D打印机的设计与研究[D].长春工业大学，2015. [6]鲍亚飞.3D打印技术在工业设计专业教学中的运用[J].數码设计（上），2019，（6）：16. [7]段伟.计算机辅助工业设计与3D打印技术初探[J]才智，2019（12）：229 [8]余森林，毛一鸣.工业4.0时代3D打印技术对工业设计的系统性影响[J].设计，2016，（19）：64-65. 作者简介： 第一作者周希莹（1992），女，汉族，籍贯新疆，职称助教，硕士学位，研究方向：工业设计，服务设计。 （成都工业学院 ?610000） |
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