3D打印技术在创新创业教育中的应用研究

1、    3d打印技术在创新创业教育中的应用研究    祁晨宇随着信息技术的发展，工业化与信息化的融合走向了更深的层次，3d打印技术已经走出实验室走向了各行各业，在医学、工业设计、机械设计、建筑、航空航天、汽车制造等专业都有应用。在历年的“互联网+”大学生创新创业大赛和“挑战杯”大学生课外学术作品竞赛等各类创新创业大赛中3d打印技术的应用越来越广泛。3d打印技术能够更快速直观的表达学生的设计思想，展现自己的作品，3d打印技术在高职院校大学生创新创业教育中能够激发学生的创新动力，和培养学生的创新意识。3d打印技术是信息技术和数字控制技术的有机结合，以增材制造

2、方式代替传统的减材制造方式，将二维平面信息进行叠加生产三维零件。传统制造方式下零件复杂程度会受到限制，而3d打印技术不受零件复杂程度的限制大大的激发了人的想象力和创造力。1 3d打印技术简介3d打印技术是一种最快捷的将人脑中的想法转化为实物产品的方法。首先创作者要在大脑中构思产品的结构;应用三维建模技术将大脑中构思的产品在三维建模软件中表达出来;将三维模型导入切片软件中进行切片，形成三维模型的多层二维数据并生成打印路径;将打印路径文件与3d打印机进行连接，3d打印机执行打印文件完成产品的打印。目前主要的3d打印技术包括fdm熔融沉积技术、sla激光光固化技术、sls激光粉末烧结技术、slm激光

3、选区熔化技术。fdm熔融沉积技术又称熔丝沉积技术，它将丝状的热熔性材料进行加热熔化，通过带有微细碰嘴的挤出机把材料挤出，喷头可沿x轴和y轴方向移动，打印平台可沿z轴方向移动，熔融的丝材被挤出后随即会和前一层粘合在一起，一层材料沉积后打印平台下降一个厚度，然后重复以上步骤直到产品完全成型。sla激光光固化技术，在树脂槽中盛满液态光敏树脂，它在特点波长激光束的照射下会快速固化，工作台处于液面下一个截面层厚的高度，激光束在计算机的控制下按照截面轮廓，沿液面进行扫描，使被扫描区域的树脂固化。然后，工作台上升一层薄片的高度，已固化的树脂薄片就会与新一层的固化树脂粘合，如此重复不已，直到整个产品成型完毕。

4、sls激光粉末烧结技术，铺粉棍将一层粉末材料平铺在已成型零件的上表面，并加热至恰好低于该粉末烧结点的某一温度，计算机控制激光束按照该层的截面輪廓在粉末上扫描，使粉末的温度升至熔化点，进行烧结，并与下面已成型的部分实现粘结。当一层截面烧结完成后，工作台下降一个层的厚度，铺料辊又在上面铺上一层均匀密实的粉末，进行新一层截面的烧结，直至完成整个模型。slm激光选区熔化技术（与sls技术类似），是利用高能量激光束将设计好的二维截面上的金属合金粉末熔化， 由下而上逐层打印实体零件的一种金属增材制造技术，具有尺寸精度高、表面质量好、致密度高和材料浪费少的优势。2 3d打印技术在高职院校创新创业教育中的应用

5、3d打印技术作为一种新的智能化制造技术，它利用计算机三维制作软件对所需要的物品进行虚拟三维建模，通过3d打印设备将电脑软件呈现的三维立体作品打印出来，以实体方式进行呈现。在教育行业中3d打印技术也逐渐与高校创新创业教育相融合，并且已经成为高校创新创业教育开展应用的主要技术之一。2.1 3d打印课程可以将3d打印课程与三维建模课程相结合，可有效地提高教学质量，3d打印技术的一个重要环节就是三维模型的制作，它需要我们利用三维建模软件如3dmax、solidworks、creo、nx等软件制作出三维模型，或者是使用三维扫描仪把实物扫描到电脑中。然后导出3d打印机支持的数据格式如stl、boj、3ds

6、等，然后进行切片和打印。三维模型的创建是关键技术，一般院校的工科专业如工业设计、机械设计、建筑等都开设三维建模课程。建模学习过程是很繁复的，也是非常枯燥乏味的，如果学生没有很好的学习习惯、空间想象能力，就会影响课堂教学效果。在教学过程中，引入3d打印技术，鼓励学生把自己制作的三维模型作品用3d打印机打印出来，学生看到自己设计的作品以实物形式出现时就会有一种较强的成就感，对课程的兴趣明显增大，3d打印的实物不仅能够直观地反映出模型创建的质量，而且很容易发现模型创建存在中的问题，有利于对模型的修改与完善。2.2 创客空间创客源于美国麻省理工学院的实验课题，该课题以创新为理念，以用户为中心，以个人设

7、计和制造为核心内容，参与项目的学生即为“创客”。创客空间是支持创客完成个人产品diy制作的开放性工作空间。高职院校通过创办创客空间并向全校师生提供3d打印服务来激发学生参与创新的积极性，集中为学生提供3d打印技术相关的知识体系培训和体验式服务。创客空间为不同学科背景的学生进行协同创新提供了有利条件，并通过3d打印机等设备最终将创意转化为产品原型。目前国内很多高校已经开发了自己的创客空间，现阶段以提供3d打印体验式服务居多。鼓励学生积极参与创客空间组织的各项活动，实现人人创造、人人快乐、人人成长。2.3 创新实验室为了更好的激发学生的创新动力，开拓学生的视野，为打破学科界线，更好地实现知识融合和

8、知识创新，高职院校可以成立多学科融合的创新实验室，以3d打印技术等数字工具为资源将不同专业的学生联系在一起，为学生提供适宜的学习环境和学习目标。以创新实验室为教学环境，通过开展集设计和3d打印于一体的创新课程，让学生解决日常生活中的实际问题。学生在应用3d打印技术解决问题的过程中，不仅将物理原理等抽象概念实体化，同时还学习掌握了工程设计知识。学生通过创新设计、数字建模3d 打印验证，使理论与实践相结合，为抽象的概念学习提供了新的学习途径。创新实验室以教师组织相应课程、布置相关任务为处出发点，学生进行有针对性的学习、将要解决的实际问题当作学习的出发点和落脚点大大的提高了学习效率。2.4 创新创业

9、大赛目前针对大学生的各级各类创新创业大赛大大的激发和带动了大学生积极的参与到创新创业活动中。以“互联网+”大学生创新创业大赛、“挑战杯”大学生课外学术作品竞赛、全国大学生机械创新设计大赛、全国三维数字化创新设计大赛等各类创新创业大赛为主，学生在参与大赛的过程积累了和知识和技能。在学生参赛过程中往往需要快速直观的表达设计思想，3d打印技术能够很好的满足学生这方面的需求，因此最近今年来3d打印技术与创新创业大赛的结合越来越紧密。大赛促进了3d打印技术能够快速的走到各專业的学生中，同时3d打印技术也使得大赛的作品能够在短短几年内质量得到大幅度的提升。因此利用各级各类大赛的平台在大学生当中大力的推广3

10、d打印技术将是最近几年的一个发展趋势，也是培养学生创新创业能力的一个很好的途径。3 3d打印技术在高职院校学生创新能力培养中的优势3.1 为培养大学生创新思维创设良好的条件创新意识是大学生创新能力培养的重点、创新思维是大学生创新创业能力培养的核心。3d打印作为一种先进的成形技术，能够打印各种复杂形状的产品，它拓展了人的想象空间，促进了思维能力的进一步发展。将3d打印引入实践教学，能够为学生创新能力训练创设良好教学的情景。通过大胆设计，建立三维模型，3d打印机就能将三维模型打印为可触摸可展示的实体，激发了学生的创新勇气和创新思维。3.2 激发学生的创新动机创新动机是推动人们从事创新活动的内部动力，是创新行为的发端，3 d打印技术能够将设计的模型呈现成立体直观的实物，这种快速成型技术能够充分调动学生的学习积极性，激发学生的创新动机。例如：在工业设计课程造型设计教学中，通常教师是利用多媒体图片、动画和视频等为学习者创建一种信息化学习环境，但这种教学缺乏对真实事物的探索实践。3d打印技术改变了传统讲授演示的教学方式，可视化的3d打印技术，将学生的设计模型打印成立体实物，营造更逼真的学习环境，给学生带来强烈的现场感，能够显著提高学生的学习兴趣和创新意识。4