3D打印技术在通用技术教学中的应用

摘  要： 3D打印技术的出现为设计、制造等行业带来了巨大变革，它也给人们带来了真正的DIY时代。在通用技术教学中，特别是在模型搭建与作品呈现等环节中应用3D打印技术，将会给通用技术教学的创新设计带来更多的、更新的、更积极地变化，因此通用技术教师要正确的认识和使用3D打印技术，通过新技术助力通用技术教学，努力提高学生的核心素养。

一、3D打印技术的可普及性使其走进课堂成为可能

随着3D打印技术的逐步成熟，3D打印机的价格越来越低，3D打印技术已经走下神坛，不再是“高、大、上”的代名词。对于学校来说千元级的3D打印设备就可以满足教学的需要，让学生有机会近距离“触摸”到3D打印技术，让3D打印技术为通用技术教学服务成为可能。

二、3D打印技术的特点

1、3D打印技术相当于一个小型的“制造车间”，是当今DIY的主要呈现手段。在计算机上建立三维数据模型，通过3D打印机将打印材料层层叠加，3D打印机几乎可以打印所有的有形物体。要知道机械加工所需要的资金、设备和技术，不是学校能解决的，而一些复杂的“定制件”对设备和技术的要求更高，3D打印技术完美的解决了这些问题。

2、3D软件的设计辅助功能十分强大。计算机辅助设计是当今技术设计的主要辅助手段，特别是3D设计软件，如：CAD、3D MAX、SOLIDWORKS 等等，这些3D辅助设计软件十分强大，从建模到零件装配，从生成图纸到运动演示都十分全面，虽然学深学透有难度，但是基础性掌握一至二种软件对通用技术教学来说就足够使用。

3、3D打印机受到机器的尺寸和材料的限制。由于资金、精度、结构等限制，入门级的3D打印机尺寸一般不会很大，只适用于适当尺寸的模型和原型展示，原料也只限于PLA和PETG等几种，这也是制约3D打印技术拓展的主要原因，而这一点正适合通用技术的学生作品展示使用。

4、打印设备运行过程安全。随着3D打印技术的逐步成熟，机器设备的安全性很高，适用于学校的教室等学生密集场所。

5、3D打印零部件耗时长，无法大批量打印。一个零部件打印时间动则几个小时，做模具和样品开发才是3D打印的主要方向。

三、目前在通用技术教学实践中面临的难题

1、学生的设计很难呈现出来。学生的技术设计作品是需要实物呈现的，由于加工手段与加工能力有限，大多数学生作品多是由纸板、苯板等易于得到和易于加工的材料制作，部分设计的功能无法实现，也导致了学生的技术设计简易化，无法实际的物化出来，极大地打击了学生的设计热情。

2、简易材料的制作，加工手段的制约也导致了学生在技术设计的环节中，容易忽视设计中的“尺寸”概念，没有严格的尺寸配合，不利于养成严谨的设计态度。

3、学生的设计中标准件不能完全满足设计需要。按照设计需要的“定制件”成了技术设计制作中的“必须件”。这就需要通用技术实验室具有强大的加工能力。

4、学生的技术设计需要计算机辅助设计软件的帮助。计算机辅助设计是通往技术设计的“标准方法”，是技术设计的正确打开方式。计算机辅助设计能够有效的提高学生的技术设计水平。

5、学生大面积使用各种工具进行技术设计制作，人多、场地小，课上操作安全性低，学生容易受伤，这是制约通用技术开展实践课的重要因素。

6、教师在教学中需要自己“特色”的实物教具，这对于通用技术课程和通用技术教师都尤为重要。

四、3D打印技术在通用技术教学中应用的优势

1.有利于培育学生的“匠心”。由于3D打印技术的特点，决定了应用3D打印技术将极大地提高学生设计的规范性。由于创建一个三维数字模型必须要输入部件三维的对应尺寸，促进学生对物体尺寸配合的直观认识，从根本上改变学生技术设计中的尺寸随意性。这有利于学生养成严谨的技术态度，在学生心中打造“匠心”。

2.有利于提高学生的技术设计效率。设计的部件是否合适，可以在计算机辅助设计中利用三维数据模型进行模拟装配，可以极大地提高设计效率，对学生的空间想象能力提高显著。

3.有利于技术设计作品的直观呈现。3D打印技术可以使学生作品更规范，可以开展更加深入的细节设计，并提高学生作品的达成度，能够激发学生的设计热情。

4.有利于科技辅导教师开展校园科技活动。在机器人竞赛、科技创新等活动中，运用3D打印技术制作比赛器件，将极大地提高学校的科技活动水平，摆脱加工技术的制约，进而摆脱校园科技活动对生产厂商的依赖，为改进参赛设备和自主研发参赛设备打下设备基础。

5.有利于学生核心素养的提高。学生在设计中使用3D软件进行辅助设计前，就必须对自己的整体设计有一个清晰地把握，这也是学生对自己前期设计方案的整理和思维物化过程，计算机辅助设计更有利于学生进行结构推演，应用3D打印技术促使学生对零件之间的结构、装配流程、系统、控制等方面要有清晰的把握，对学生的创新设计、工程思维、图样表达、物化能力等核心素养的提高是显著的。

五、关于3D打印技术在通用技术教学中应用的几点建议

1.要明确3D打印只是一种制造工艺，是技术设计作品物化的表现手段之一，不能完全替代现代制造工艺。虽然3D打印可以不用考虑部件的材质和常规制造手段，但是学生的技术教学中必须加入相应内容。

2.虽然3D打印机价格逐渐降低，但是由于学校资金条件所限，3D打印设备的数量和规模配备不会太大。可以重点对学生技术设计的核心部件、补充部件、非标准件和针对优秀的技术设计方案进行3D打印，以弥补设备数量的不足和打印耗时长的缺陷。

3.计算机辅助设计的学习要先从简单部件设计入手，先教会学生使用测量器具，从纸面的草图绘制尺寸标注到计算机的3D模型绘制，由简到繁，由易到难，逐步激发学生热情。

4.通用技术教师要熟练掌握计算机辅助设计软件的使用，熟练处理3D打印机的使用技巧。

5、计算机辅助设计软件学习有一定难度，但是基础性学习难度不是很大，建议与信息技术课程相融合。

综上所述，可以看出计算机辅助设计是通往技术设计的“标准方法”，是技术设计的正确打开方式，3D打印的全能呈现方式，是通用技术教学发展的未来方向，其原因在于3 D打印技术的自身特点和通用技术教学的契合点很多，随着新技术的不断发展和出现，3D打印技术在通用技术教学的应用势必会对通用技术教学起到巨大的推动作用。