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摘 要： UG是一個(gè)交互式CAD/CAM(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造)系統(tǒng)，功能強(qiáng)大，可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜實(shí)體及造型的建構(gòu)，是一款主流的三維設(shè)計(jì)軟件。文章是一篇 職業(yè)教育論文 范文，主要論述了3D打印在UG軟件課程中的應(yīng)用。 摘要：3D打印是基于離散、堆積原理的一種嶄新的加工方式
UG是一個(gè)交互式CAD/CAM(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造)系統(tǒng)，功能強(qiáng)大，可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜實(shí)體及造型的建構(gòu)，是一款主流的三維設(shè)計(jì)軟件。文章是一篇職業(yè)教育論文范文，主要論述了3D打印在UG軟件課程中的應(yīng)用。
摘要：3D打印是基于離散、堆積原理的一種嶄新的加工方式，是信息技術(shù)、新材料技術(shù)與制造技術(shù)多學(xué)科融合發(fā)展的產(chǎn)物。目前，一些教育機(jī)構(gòu)和組織已經(jīng)開始重視其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用。將3D打印應(yīng)用于UG課程教學(xué)中，提高了學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
關(guān)鍵詞：3D打印,教育技術(shù),課程
一、UG設(shè)計(jì)課程的教學(xué)現(xiàn)狀
近年來，UG設(shè)計(jì)課程也在不斷地改革與發(fā)展。從最初的命令講解式的教學(xué)，到后來的實(shí)例教學(xué)，再到如今的基于工作過程系統(tǒng)化的教學(xué)。從教與學(xué)兩個(gè)主體的辯證關(guān)系出發(fā)，不斷改進(jìn)教學(xué)方法，提高了教學(xué)質(zhì)量，收到了較好的教學(xué)效果。但在課程教學(xué)的實(shí)際中，還存在如下問題：一是無論是案例教學(xué)中的實(shí)例還是工作過程系統(tǒng)化教學(xué)中的實(shí)例，都是固定的操作步驟與命令，學(xué)生根據(jù)教師的講解一步步練習(xí)，沒有充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。二是對(duì)學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)、設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)不夠，缺乏設(shè)計(jì)思路的練習(xí)，面對(duì)新產(chǎn)品、新設(shè)計(jì)，學(xué)生還是感覺無從下手。三是學(xué)生的設(shè)計(jì)作品是虛擬的數(shù)模，教師的點(diǎn)評(píng)顯得空洞抽象，缺乏對(duì)設(shè)計(jì)作品的直觀評(píng)價(jià)，反復(fù)改進(jìn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)比較困難。
二、3D打印技術(shù)在教育中的應(yīng)用
3D打印是直接從數(shù)字模型通過層層堆積來生產(chǎn)三維實(shí)體的技術(shù)，是一種不再需要傳統(tǒng)的刀具、夾具和機(jī)床就可以打造出任意形狀的先進(jìn)制造技術(shù)。“3D打印”是通俗叫法，“3D打印”在工業(yè)領(lǐng)域叫“快速成型”，后來業(yè)內(nèi)形成統(tǒng)一叫法即“增材制造”。3D打印技術(shù)在上世紀(jì)80年代后期源于美國，是近年來世界制造技術(shù)領(lǐng)域的一次重大突破。在過去的幾年里，由于受到計(jì)算能力、新型設(shè)計(jì)軟件、新材料、創(chuàng)新推動(dòng)及互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)步的推動(dòng)，3D打印技術(shù)迅速發(fā)展[1]。
3D打印技術(shù)的突破性發(fā)展引起了教育工作者的關(guān)注，一些國家和組織也開始對(duì)3D打印的教育應(yīng)用進(jìn)行探索。新媒體聯(lián)盟(New Media Consortium，NMC)在2013年版的《地平線報(bào)告》中將3D打印的教育應(yīng)用列入了“待普及”的新技術(shù)清單，對(duì)3D打印做了較為詳細(xì)的介紹，并認(rèn)為該技術(shù)將會(huì)在4～5年內(nèi)普及[2，3]。《3D打印：從想象到現(xiàn)實(shí)》一書的作者認(rèn)為3D打印將打開教授和學(xué)習(xí)科學(xué)的全新方法的大門，將顛覆傳統(tǒng)教育方式。故3D打印將不再只是一門先進(jìn)制造技術(shù)的實(shí)訓(xùn)課程，它將會(huì)滲入到我們傳統(tǒng)課程教學(xué)的課堂中，并發(fā)揮出巨大作用。
三、3D打印應(yīng)用于UG課程教學(xué)的實(shí)踐
1.課程改革思路。基于工作過程系統(tǒng)化的教學(xué)思路，要求機(jī)械加工過程有機(jī)聯(lián)系、工藝規(guī)程選擇合理，這是機(jī)械加工的必然要求。可在我院的實(shí)際教學(xué)過程中，3D打印與UG軟件為兩個(gè)獨(dú)立的學(xué)習(xí)模塊，相互之間沒有通過具體零件制作有機(jī)結(jié)合起來，使得先進(jìn)制造技術(shù)的教學(xué)不連貫，出現(xiàn)了脫節(jié)現(xiàn)象。因此，有目的地引導(dǎo)學(xué)生實(shí)訓(xùn)，通過零件設(shè)計(jì)、成型加工和精度檢測(cè)等環(huán)節(jié)，對(duì)3D打印與UG軟件教學(xué)內(nèi)容結(jié)合進(jìn)行學(xué)習(xí)，深刻領(lǐng)悟工藝過程連接的有機(jī)性、有效性和合理性，可提高教學(xué)效果。
2.課程改革的實(shí)施。修訂舊的教學(xué)計(jì)劃，將UG設(shè)計(jì)和3D打印實(shí)訓(xùn)兩門課程合并為一門課，即工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)及3D打印，課時(shí)為4周。教學(xué)過程組織如下：教師教授設(shè)計(jì)實(shí)例(比如手機(jī)支架、花瓶等)，然后將學(xué)生分組，規(guī)定相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求，并提供豐富的課程資源，讓學(xué)生自主討論、學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)，然后用3D打印機(jī)將設(shè)計(jì)模型轉(zhuǎn)變成實(shí)物，學(xué)生根據(jù)實(shí)物模型對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，提出改進(jìn)設(shè)計(jì)的思路，重新設(shè)計(jì)打印，直到做出符合設(shè)計(jì)要求的滿意作品。課程教學(xué)組織流程如圖1所示，在這個(gè)過程中，不僅讓學(xué)生掌握了軟件操作命令、設(shè)計(jì)方法，學(xué)會(huì)了3D打印機(jī)操作，而且培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神、團(tuán)隊(duì)合作精神、設(shè)計(jì)理念和職業(yè)素養(yǎng)。筆者所在學(xué)校配有北京太爾時(shí)代科技有限公司的UP BOX 3D打印機(jī)和陜西恒通智能機(jī)器有限公司的3DP-300打印機(jī)等多種型號(hào)的桌面3D打印機(jī)，它們都屬于熔融沉積類型(FDM)，其材料可使用PLA和ABS兩種熱塑性塑料絲材。①工業(yè)產(chǎn)品UG造型設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)輸出。在本課程的實(shí)際教學(xué)過程中，主要選用學(xué)生在日常生活中經(jīng)常接觸到的產(chǎn)品，如手機(jī)支架、手電筒、臺(tái)燈等，對(duì)于這類產(chǎn)品的外觀和使用要求，學(xué)生有非常直觀的感受。教師首先選取一個(gè)實(shí)物進(jìn)行UG建模設(shè)計(jì)步驟的講解，然后讓學(xué)生進(jìn)行產(chǎn)品外觀三維造型創(chuàng)新設(shè)計(jì)。要求外形美觀，滿足創(chuàng)意要求和設(shè)定的功能要求，具有良好的人機(jī)協(xié)調(diào)性。設(shè)計(jì)完成后，將CAD文件導(dǎo)出格式為STL的數(shù)據(jù)模型。②添加支撐與分層。導(dǎo)入數(shù)據(jù)模型文件至3D打印設(shè)備配套的編程軟件中，進(jìn)行產(chǎn)品零件的工藝設(shè)計(jì)及數(shù)控程序的編制。北京太爾時(shí)代科技有限公司的UP BOX 3D打印機(jī)可用其自帶的UP軟件，完成支撐添加與模型分層。陜西恒通智能機(jī)器有限公司的3DP-300打印機(jī)可用開源切片軟件(如slic3r、cura等)完成打印層高、溫度、速度、填充率、支撐等的設(shè)定。導(dǎo)出數(shù)據(jù)文件或者直接連接打印機(jī)進(jìn)行打印。③3D打印。指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行3D打印機(jī)初始化、工作臺(tái)調(diào)平預(yù)熱、打印噴嘴高度設(shè)定等實(shí)訓(xùn)操作，并特別注意觀察第一層的打印質(zhì)量，確保模型能牢固的粘在工作臺(tái)上，不發(fā)生翹曲變形。隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，設(shè)備的操作越來越簡(jiǎn)單，比如最新的UP BOX 3D打印機(jī)就具備了工作臺(tái)自動(dòng)調(diào)平功能。④模型后處理及設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)。剝離產(chǎn)品的支撐材料，對(duì)產(chǎn)品的表面進(jìn)行必要的打磨加工。學(xué)生根據(jù)實(shí)物模型對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行自主評(píng)價(jià)，提出改進(jìn)設(shè)計(jì)的思路，如果需要可重新打印，直到做出符合設(shè)計(jì)要求的滿意作品。
3.課程改革的效果。通過此課程的開展，充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，使越來越多的學(xué)生參與到創(chuàng)新設(shè)計(jì)活動(dòng)中，并取得了良好的教學(xué)效果。我院學(xué)生在各類設(shè)計(jì)競(jìng)賽中都取得了較好的成績(jī)，在2015年山東省職業(yè)院校技能大賽(高職組)“工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)與快速成型”賽項(xiàng)中，筆者指導(dǎo)學(xué)生取得了第三名的較好成績(jī)。
四、結(jié)語
通過工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)及3D打印課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)課題要求與課程的有效性連接能產(chǎn)生清晰的認(rèn)知，達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。經(jīng)過數(shù)控技術(shù)、模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)的試點(diǎn)，學(xué)生的設(shè)計(jì)作品得以實(shí)體成型，他們學(xué)習(xí)的積極性大大提高，同時(shí)對(duì)相關(guān)機(jī)床設(shè)備原理及選修課程產(chǎn)生了濃厚興趣，并在數(shù)控機(jī)床、3D打印等學(xué)習(xí)中得到了貼近真實(shí)工作過程的鍛煉。
綜上所述，各種三維設(shè)計(jì)軟件的掌握和使用已是工科院校學(xué)生的一門必修課程。他們由于對(duì)計(jì)算機(jī)軟件及其操作已有了一定的基礎(chǔ)，因此對(duì)簡(jiǎn)單軟件的操作和講解都能接受。但從零件設(shè)計(jì)和工藝角度來看，他們對(duì)實(shí)際零件的設(shè)計(jì)尤其是設(shè)計(jì)的合理性有所欠缺，而這正是本次工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)及3D打印課程教學(xué)改革要解決的主要問題，通過一學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐，教學(xué)效果良好，收到了學(xué)生的一致好評(píng)。
參考文獻(xiàn)：
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[3]NMC.NMC Horizon Report：2013 Higher Education Edition[EB/OL].[2013-05-22].
http：//www.nmc.org/pdf/2013-horizon-report-HE.pdf.
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