机械专业教学FDM3D打印技术实践

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【摘要】传统机械专业教学课程中，教师在面对复杂结构机械零件的相贯线、截交线等难点时，只能通过平面化、三维教具进行讲解，教学效果受到极大的影响。随着3D打印技术的渐趋成熟，越来越多的机械教具尝试使用3D打印技术制造，极大的降低了教具成本，本文旨在以更具成本、效率优势的fdm3d打印技术为着手点，对其在机械专业教学中的应用展开探讨，以期改善机械专业教学质量，提升学生学习兴趣。

【关键词】FDM3D打印技术；机械教学；成本

20世纪80年代，3D打印技术应运而生，作为高新制造技术，可以摆脱传统机床、夹具的限制，制造出任意结构与形状的零部件，也被称之为快速成型技术[1]。机械专业作为理论与实践相结合的学科，若仅仅采取多媒体技术展开教学，不利于学生的学习理解与空间想象能力的锻炼，为此，在教学中需要使用大量的三维立体模型已经成为各大高校的一致诉求。利用FDM3D打印技术的成本与效率优势，能够打破传统教具的桎梏，以此提升教学质量，激发学生的学习积极性。

13D打印技术概括

3D打印技术，即增材制造，利用CAD设计数据进行的材料逐层累加，最终制造出实体零件的一门技术。与传统材料去除技术相比，具有自下而上材料累计的特点[2]。目前，3D打印主流技术有喷墨印刷、熔融沉积成型、选择性激光烧结、分层实体制造以及立体光刻等等，不同的技术有着不同的适用场景与优势，现对部分打印技术的特征予以总结，具体见表1。其中，FDM3D打印技术主要利用加热的热熔型材料层层堆积，以此获取三维实体，一般来说，FDM3D打印精度可以达到0.1mm，可满足各类教具的要求。同时，由于打印成本较低，且效率中等，适用于绝大部分学校的机械专业教具需求。FDM3D打印技术的材料大多采用聚乳酸（PLA），其教具强度与传统橡胶、塑料等几无差异，且该材料兼具绿色可降解的优势，能够避免废弃教具所带来的环境污染。

2FDM3D打印技术对机械制图的影响

2.1FDM3D打印技术与三维图形

作为立体平面印刷术的FDM3D打印技术，可以从计算机图像制作完成后再展开三维打印。首先，输入三维电子数据，通过面片网格在STL中生成零件，即快速成型。AutodeskInventor软件是当下较为热门的三维可视化实体模拟软件，具有较高的便捷性与性能，可以极大的简化机械设计效率，只要输入Inventor零件，并设定输入选项，便可以在FDM3D打印机中快速完成想要的零部件[3]。

2.2三维建模与二维制图的区别

近年来，以Autodesk公司研发的AutoCAD二维绘图软件的应用尤为广泛，在我国机械专业教学中扮演着重要角色，但是，这一传统制图思路依旧局限于平面，无法自由控制视图与视图的关系，比如改变配件图、零件图中的某一局部结构，视图之间依旧是固定的，无法自动更新。相反，通过FDM3D打印技术制造出的三维模型，可以准确表达物体的几何位置及轮廓信息，并体现几何关系的拓扑关系，若某一局部结构改变，也可以通过调整STL文件，来实现对零部件制造的更改，总体来说更加快速便捷。

3FDM3D打印技术在机械专业教学中的实践探讨

机械专业对学生的零件设计加工、空间想象能力要求较高，使用FDM3D打印技术制造教具，可以让空间想象能力转变为零件实物，让学生有更好的学习体验。

3.1可视化机械设计

机械专业教学中，会要求学生完成一定量的夹具设计或课程设计，学生在展开作品形状设计时，会频繁使用到CAXA、AutoCAD等二维设计软件以及Solidworks、UG、Pro/E等三维设计软件，但使用以上软件的弊端在于，缺乏形状模型的直观性，及其容易漏掉作品的细节。而且，由于传统成品制造方法的周期较长，且各方面消耗较大，会影响到学生的学习积极性。利用FDM3D打印技术，能够让学生在短期内将作品打印为实体模型，使得自己的机械设计可视化，便于发现作品设计中存在的不足，并在第一时间进行调整。与此同时，教师也可以根据学生打印出来的设计模型予以指导，从而避免后续的反复加工，极大的缩短周期，确保加工制造的成品是学生与教师均认可的产品。

3.2三维教学演示

与其他学科不同，机械专业对学生的动手能力要求较高，特别是装配件、制造配件时，传统的二维教学演示方式，无疑为学生学习带来一定障碍，比如《机械设计》、《机械原理》等课程。但是，采用FDM3D打印技术，在轴系结构设计与传动机构等知识点处展示三维模型，可以极大的加深学生印象，更好的掌握知识点，并提高课堂效果。3.3制造课堂教具毫无疑问，FDM3D打印技术对课程教具的改革作用极大，对于较为复杂的三维模型、刀具模型、阀体模型等，可以通过FDM3D打印技术来制造。而且，随着专业课程的不断更新，传统教具与课程内容会存在不匹配的问题，通过FDM3D打印技术，自行制造教具，必要时可让学生参与其中，很好的解决该问题，这种学习过程要远远优于传统填鸭式教学过程。

3.4激发学生创作灵感

运用FDM3D打印机，还可以组织学生设计铰链机构、传动轴等，或是让学生自行设计作品，并展开打印，这一过程会极大的调动学生的主观能动性，激发其设计加工的兴趣，并愿意通过FDM3D打印机印证自己的机械设计成果，从某种意义上来讲，对培养创新型人才也大有裨益。

4结论

综上所述，FDM3D打印技术能够降低机械专业教具的成本，降低学生理解机械专业知识的困难，对机械教学辅助属于优异之列，值得推广应用。

参考文献

[1]顾祎娜,朱方闻.浅析3D打印技术及其在机械专业教学中的应用[J].天津职业院校联合学报,2016,18(12):76.

[2]彭志强.3D打印技术在高职机械专业教学中的应用[J].湖南铁路科技职业技术学院学报,2014(1):13.

[3]李青云,郭纪斌,梁旭坤.3D打印产品后处理工艺在专业教学中的应用探索[J].湖北农机化,2019(20):69.

作者：郭美君 单位：辽宁工程职业学院