戴圣偉，曾維陽，侯賦軍，王炎平

（1.湖南工業(yè)大學 電氣與信息工程學院，湖南 株洲；2.湖南化工職業(yè)技術學院， 湖南 株洲）

一 引言

3D打印技術作為一項對傳統(tǒng)制造業(yè)具有顛覆意義的技術，在世界范圍內受到廣泛關注。其3D打印畢業(yè)設計作品流程包括：基于CAD、3DMAX等設計軟件設計立體模型，并通過Cura3D打印切片軟件進行逐層打印成品。作為制造業(yè)的創(chuàng)新制造形式，3D打印及其教育受到了相關部門高度重視，3D打印及其教育被列為突破發(fā)展的重點領域。在國務院關于3D 打印增材制造的專題講座后，李克強總理表示要在國內多個制造業(yè)行業(yè)加速3D 打印的裝備和運用，為3D打印在本科中的教學應用指明了方向[1]。

二 3D打印開放式教學平臺應用分析

（一） 3D打印在大學生畢業(yè)設計中的應用現(xiàn)狀

為了了解3D打印畢業(yè)設計作品情況，對湖南工業(yè)大學6個學院18個專業(yè)的畢業(yè)設計中3D打印的應用情況進行了調查。在18個專業(yè)中，要求學生畢業(yè)設計使用實物的專業(yè)有包裝工程、印刷工程、高分子材料與工程、產(chǎn)品設計（包裝）、產(chǎn)品設計（產(chǎn)品）、服飾、工業(yè)設計7個專業(yè)。其中，包裝工程共有173人，畢業(yè)設計做出實物的有104人，印刷工程共有165人，畢業(yè)設計做出實物的有99人，高分子材料與工程共有82人，做出實物的共有49人，產(chǎn)品設計（包裝）共有120人，畢業(yè)設計學校要求做出實物的有120人，產(chǎn)品設計（產(chǎn)品）共有60人，畢業(yè)設計學校要求做出實物的有60人，服飾共有50人，畢業(yè)設計學校要求做出實物的有50人，工業(yè)設計共有80人，畢業(yè)設計做出實物的有40人。實物需求表如表1所示。

表1 實物需求表

在包裝工程、印刷工程、高分子材料與工程、產(chǎn)品設計（包裝）、產(chǎn)品設計（產(chǎn)品）、服飾、工業(yè)設計7個專業(yè)中，在畢業(yè)設計中使用3D打印的有產(chǎn)品設計（包裝）8人，產(chǎn)品設計（產(chǎn)品）10人，服飾1人。3D打印應用表如表2所示。

表2 3D打印應用表

（二） 3D打印在大學生畢業(yè)設計中所面臨問題

通過與湖南工業(yè)大學教師、大三學生、大四學生、研究生交流，得知3D打印在大學生畢業(yè)設計中使用較少的原因：

（1） 3D打印成本高。市場上3D打印一件畢業(yè)設計作品普遍需要2500元以上，這給學生帶來了經(jīng)濟負擔，許多學生在進行畢業(yè)設計時，都會避開這一雷區(qū)。而學校考慮到實物成本，也為了減少學生經(jīng)濟負擔，學院實驗室盡可能提供材料，但是一般不超過200元。而對于成本較高的畢業(yè)設計作品，往往降低了要求。

（2） 3D打印教學難。學校沒有專門的3D打印課程，也沒有專門的3D打印教學平臺供老師教學。畢業(yè)班同學只能通過網(wǎng)絡資源與書本知識自學來進行3D打印畢業(yè)設計作品。而畢業(yè)班同學自學3D打印，往往會存在學習時間緊張，課程質量低、知識和應用無法很好轉化的問題。

（三） 3D打印開放式教學平臺的優(yōu)勢

針對3D打印在大學生畢業(yè)設計中的應用現(xiàn)狀與所面臨問題，應用3D打印開放式教學平臺具有以下優(yōu)勢：

（1） 降低3D打印成本。該平臺配備3D打印設備，畢業(yè)班同學只需支付耗材費即可實現(xiàn)3D打印畢業(yè)作品。打印1件畢業(yè)作品所需費用降低到2000元以下，減少了學生的經(jīng)濟負擔。

（2） 提供3D打印教學。該平臺提供適用于畢業(yè)設計的3D打印教學，使學生的學習周期縮短，并且能很好地將3D打印知識應用在畢業(yè)設計中。

（3） 擴大畢業(yè)設計選題。該平臺提供3D打印設備和3D打印教學，為大學教師進行畢業(yè)設計選題提供條件，大學教師進行畢業(yè)設計選題的范圍擴大，畢業(yè)設計采用實物模型的情況增加。

三 3D打印開放式教學平臺在畢業(yè)設計中的應用

針對3D打印在畢業(yè)設計中應用較少，畢業(yè)設計作品不能很好地表示實際的設計應用以及3D打印畢業(yè)設計作品在大學生畢業(yè)設計中應用所面臨的問題，設計了 3D打印開放式教學平臺，以下將從3D打印開放式教學平臺組成、3D打印開放式教學平臺開放模式、3D打印開放式教學平臺教學來介紹3D打印開放式教學平臺。

（一） 3D打印開放式教學平臺組成

3D打印開放式教學平臺由3D打印設備，3D打印教學平臺和專業(yè)指導人員構成，如3D打印開放式教學平臺的組成見圖1所示[2-6]。

圖1 3D打印開放式教學平臺的組成

（1）3D打印設備。3D打印開放式教學平臺的3D打印設備包含3D打印掃描儀和3D打印機。3D打印機采用框架式打印機，既能滿足降低3D打印成本的需求，又能減少3D打印教學要求。

（2）3D打印教學平臺。3D打印教學平臺的教學目標是使畢業(yè)班學生掌握3D打印基本技術并把它運用到畢業(yè)設計中。在進行3D打印教學的同時輔以畢業(yè)設計所需的專業(yè)知識來更好地促進畢業(yè)班學生完成畢業(yè)設計實物作品。

（3）3D打印指導人員。3D打印開放式教學平臺指導人員由不同學科背景的大學創(chuàng)業(yè)畢業(yè)生組成。其擁有的3D打印畢業(yè)設計作品經(jīng)驗積累，能對畢業(yè)設計所涉及的專業(yè)學科知識以及3D打印技能進行指導。

（二） 3D打印開放式教學平臺開放模式

3D打印開放式教學平臺開放模式是3D打印設備向外開放的一種模式，通過3D打印設備向畢業(yè)班學生開放，來減小畢業(yè)班學生經(jīng)濟負擔。學生只需承擔耗材費而不用承擔額外費用。通過學生提出3D打印畢業(yè)設計申請來合理地分配3D打印設備進行3D打印教學以及3D打印畢業(yè)作品，有閑置的3D打印設備則同意申請，如果沒有閑置的3D打印設備則先滿足3D打印畢業(yè)設計教學的要求，當滿足3D打印畢業(yè)設計教學的要求后，再同意畢業(yè)班學生3D打印畢業(yè)設計作品申請，從而實現(xiàn)資源的有效運用。3D打印資源分配圖如圖2所示[7-11]。

圖2 3D打印資源分配圖

（三） 3D打印開放式教學平臺應用

3D打印開放式教學平臺教學，以大學教師為主，指導人員為輔，大學教師負責3D打印畢業(yè)設計全過程包括確定畢業(yè)設計課題、對畢業(yè)設計項目進行解讀、指導學生進行畢業(yè)設計以及組織學生進行畢業(yè)設計答辯，而由指導人員則在畢業(yè)班學生對畢業(yè)設計的選題分析、3D打印實物設計進行指導，通過分享自己3D打印畢業(yè)設計作品的經(jīng)驗以及3D打印使用技巧培訓對畢業(yè)班學生使用3D打印技術完成畢業(yè)設計作品提供幫助，3D打印開放式教學平臺教學過程圖如圖3所示。

圖3 3D打印開放式教學平臺教學過程圖

四 3D打印開放式教學平臺在畢業(yè)設計中的應用成效

設計的3D打印開放式教學平臺于2017～2018年承接相關專業(yè)大學生畢業(yè)設計作品打印與設計指導數(shù)十件。為說明3D打印開放式教學平臺在畢業(yè)設計中的應用成效，以3D打印畢業(yè)設計作品在畢業(yè)設計作品中的增長為例，3D打印畢業(yè)設計作品情況如圖4所示?？梢杂^察到畢業(yè)設計使用3D打印的組數(shù)大幅度增加，說明了3D打印畢業(yè)設計作品普遍得到接受。

圖4 畢業(yè)展3D打印畢業(yè)設計作品情況

在本次畢業(yè)設計展中，首先由大學教師組成的畢業(yè)設計教學組組織畢業(yè)設計工作，根據(jù)培養(yǎng)學生綜合運用所學理論、知識和技能解決實際問題能力的指導思想，確定畢業(yè)設計課題。畢業(yè)班學生在拿到畢業(yè)設計課題后，大學教師以及指導人員對畢業(yè)設計項目進行解讀和分析并指導畢業(yè)班學生進行3D打印畢業(yè)設計作品設計。通過大學教師和畢業(yè)班學生指導討論、指導人員和畢業(yè)班學生指導討論，使畢業(yè)班學生找到畢業(yè)設計方向后，大學教師再進行專業(yè)知識的畢業(yè)設計設計指導、指導人員指導畢業(yè)班學生使用3D打印技術進行3D打印畢業(yè)設計作品。并將各個3D打印畢業(yè)設計作品按照設計指導思想組合在一起，形成一個具體的應用系統(tǒng)，來說明如何解決實際問題，并在畢業(yè)設計展中展出，供企業(yè)以及大學教師進行交流評價。

五 結語

3D打印開放式教學平臺在畢業(yè)設計中具有重要作用，構建了專業(yè)知識、3D打印技能和實踐運用的橋梁，是畢業(yè)設計教學的一種創(chuàng)新教學方式，3D打印開放式教學平臺使3D打印在畢業(yè)設計教學中大量應用成為可能。效果表明，學生能較好地使用3D打印完成畢業(yè)設計實物模型，同時不會有過重的經(jīng)濟負擔。3D打印開放式教學平臺在畢業(yè)設計中的應用擴大了大學教師進行畢業(yè)設計選題的范圍，對畢業(yè)班學生通過畢業(yè)設計3D打印實物來展示學業(yè)成果以及對培養(yǎng)創(chuàng)新應用型人才具有重要的意義[12-15]，為畢業(yè)班學生3D打印實物完成畢業(yè)設計指明了方向。