摘要： 3D打印技术是增材制造技术的别称，广泛应用航空航天、汽车、机电、医疗、文化创意等行业。计算机辅助制造课程教学中引入3D打印技术，设置增材制造教学内容，采用灵活教学方法，有利于提高学生的学习主动性与积极性，有利于提高学生的创新设计与动手能力。
Abstract： 3D printing technology is another name for the additional material manufacturing technology， and is widely used in aerospace， automotive， electrical， medical， cultural creativity industries. In the course of computer-aided manufacturing， 3D printing technology is introduced， the content of additional material manufacturing is arranged， and flexible teaching method is used， which is helpful to improve students" learning initiative and enthusiasm， and to improve students" innovative design and practical ability.
关键词： 3D打印技术；计算机辅助制造；教学改革
Key words： 3D printing technology；computer-aided manufacturing；teaching reform
中图分类号：G434；G642.0 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）10-0167-02
0 引言
計算机辅助制造课程是机电一体化技术、模具设计与制造、数控技术等机械制造类专业的主干课程之一，课程主要学习应用计算机辅助制造软件（Master CAM、CAXA、Pro/E、Solid Works、CATIA、UG）对复杂零件的先进制造进行工艺规划、刀具路径计算、加工仿真、程序输出、后置处理等，是一门实践性非常强的的课程，内容抽象难懂，需要学生具备良好的空间想象能力和形象思维能力。然而教学现状是学生对于零件的认识处于识别图纸、建立三维模型阶段，学生的学习积极性不高，成就感不足，把课程当成一种负担。因此不能满足学习、教学、生产的需求。
如何提高学生的学习趣味性、主动性、积极性，学生能够具备计算机辅助制造基本知识、基本技能、掌握新的专业知识，是一个亟需解决的问题。为此将3D打印技术引入计算机辅助制造课程教学活动中，设置增材制造教学内容，采用灵活教学方法，促使学生参与全过程，学生能够使用3D打印机制造出自己设计的三维模型，对难懂的知识有更加直观的了解，也拓展了专业视野，从而增强对计算机辅助制造原理、制造工艺、制造过程的认识。
1 计算机辅助制造课程教学现状
材料而形成三维实体的技术。根据3D打印机使用的材质，可以将3D打印技术划分为箔材粘接技术、光固化成型技术、粉末激光烧结技术、喷射成型技术、熔融沉积造型技术、气溶胶打印技术、生物绘图技术等。它直接由三维建模软件生成任意形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期、提高生产效率、降低生产成本。随着工业级、桌面级打印机的快速发展和3D打印技术的日趋成熟，3D打印技术在大学课堂中充分发挥了优势。3D打印进入课堂成为现代高职教育教学改革的一个新举措。目前，我国许多高校已采用3D打印技术进行课堂教学与实验。利用3D打印机，可以将微观的零件放大并呈现出来，可以将复杂的零件快速制作出来，可以将学生自行设计的个性化模型打印出来。一方面可以使教学更加可视化，更加具有可操作性，更加具有吸引力；另一方面为学生提供更多的动手机会。
3 基于3D打印技术的教学设计
3.1 教学目标
融入3D打印技术的计算机辅助制造教学主要目标是培养学生掌握CAD/CAM最新应用技术，具有较强的产品设计与3D打印设备操作技能，成为从事产品设计与制造和生产管理的技术技能型人才。具体教学要求如下。
①了解3D打印技术的原理、特点、应用范围、发展方向的基本知识。
②掌握当前主流3D打印方式：FDM、SLA、SLS、3DP 、LOM、EBM、DLP等的成型方法、工艺过程、工艺特点。
③重点掌握FDM（熔融沉积成型）的相关知识，主要包括能够熟练使用3D打印设计软件（UP！、MakerWare）、会3D打印机（UP mini、UP PLUS2）的基本操作、能使用三维扫描仪、合理选择3D打印工艺参数、后期处理等内容。
④熟练掌握逆向工程软件Geomagic Studio 、正向建模软件UG NX8.0 、数据转换软件Image To STL Converter-master及其他设计软件。
3.2 教学内容设计
3D打印技术在教学内容上主要分为三部分：一是建模软件Geomagic Studio 和UG NX8.0的应用。二是3D打印技术基础知识。三是基于FDM原理的设计软件的使用，桌面级3D打印机的操作、维护、保养。教学内容的安排上按照练、学、思、拓的能力训练模式展开：第一阶段，以照片、视频和实物的形式，让学生对3D打印技術有一个基本的认知，用直观形象的表达方法极大地激发学生对3D打印技术的兴趣和学习热情；第二阶段，通过任课教师对具体技术、原理、思路和方法的讲授使学生进一步学习3D打印技术涉及到的技术环节，熟悉整个设计流程；第三阶段，以常见机械零件为例熟练使用Geomagic Studio 和UG NX8.0的逆向工程功能、正向建模功能、装配功能、仿真加工功能，具备相关知识后，学生能够自行设计个性化的创意工艺品、通用零部件、结构较为复杂的零件；第四个阶段，学生们进入实质的设计阶段，通过分配给自己的设计题目，各自搜集整理相关资料，理出设计要点，进行具体设计并进行加工装配；第五阶段，学生用UP！软件进行STL文件校核与修复，确定模型摆放方位，选择切片参数与打印工艺参数，存储分层文件进行模拟加工，根据预打印效果修正参数，将整理好的数据传输到打印机UP mini打印所设计的作品，再进行表面处理去除支撑和打磨，如图2所示。
3.3 教学能力训练
3D打印技术涉及多门交叉型学科，包括材料学科（金属、非金属、尼龙、石膏、高分子、陶瓷），金属加工工艺学科（等材制造、减材制造、增材制造），自动化控制学科，正向建模与逆向扫描工程软件学科，机电设备拆装调试学科，三维实体的测量学科。采用团队学习机制可以降低学员的学习难度，提高学员间的团队合作能力。团队学习机制是指一个指定的设计项目或研究方向，由3～4人构成的团队来完成，1人为领队，其他为队员。上课时每个团队安排在同一个区域，以方便交流、讨论。领队负责协调工作，队员间分工明确，任务到人，主要内容分为：设计和加工，即一人负责整体设计，一人负责参数确定与加工，一人负责打印机调试和应用。团队学习机制使学习过程更接近企业的实际情况，人与人之间的工作既相互区别又相互联系，这就使学员的学习更加深入，学员间合作更加紧密，小组最终的作品也更加丰富和多元化，如图3所示。
4 结语
通过融入3D打印技术，极大丰富了教学内容，提高了学生的学习兴趣、积极性、主动性、动手能力，开阔了学生的专业视野，对进一步完善计算机辅助制造课程教学有一定推动作用。
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