3D打印技术在高校教育中的应用研究与前景展望

肖楠 冯宝辉

随着工业水平的飞速发展，被誉为“第三次工业革命”核心的3D打印技术得以普及且备受关注。从普通的工艺品打印到高精度工业零件打印，这无疑对普通制造业产生了巨大的冲击。而对于高校教育来讲，3D打印技术在其中的应用实现，不仅对传统教育模式与教学内容有了更进一步的创新与发展，而且对于提高大学生创新创业意识和增强创业的可行性便有了物质性的保证。

1 3D打印技术在高校教育中的应用研究

1.1 3D打印技术

3D打印技术是当今快速成型技术的一种，因其在工作原理上为增加材料的制造，也被称为增材制造，简而言之，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

3D打印机的工作原理与普通打印机的工作原理基本相同，但它们所打印的材料不同，普通打印机打印的材料是墨水和纸张，而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的原材料，也被称为“耗材”，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。

3D打印包含着许多不同的技术。它们的不同之处在于以可用的材料的方式，以不同层构建创建部件。3D打印常用材料有尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶类材料等。

3D打印技术因其具有效率高，成本低和可定制性强的优点，具有很大的应用空间。

1.2 3D打印技术在高校中的研发和应用

2016年英国的梅德斯通博物馆使用3D打印技术，重塑了一具有2500年历史的木乃伊的脸部。由于这次3D打印技术在考古研究方面的应用，这项被有些专家称之为“第三次工业革命”的技术引发了相关专业人士的极大关注。随着近年来3D技术得到各国的高度重视和国内外学者的广泛研究。我国进行3D打印研发机构主要集中在清华大学，北京航空航天大学，华中科技大学，西安交通大学，西北工业大学等著名高校，随着3D打印技术应用领域的不断扩大，国内众多的高校都在众多的专业教学方面借助了3D打印技术增强教学效果，更有许多的高校在专业设置上增加了3D打印专业。国内高校3D打印专业的设置不仅代表了国家教育部门对新兴行业的重视，也在无形中诠释了未来的发展方向。教育始终是传授知识和技能的重要手段，专业课程的设置，所以才是从真正意义上将3D打印智能科技提升到了日程上来。西安交通大学和西北工业大学在教育部的支持下，率先在国内开拓光固化快速成形制造系统研究，开发出国际首创的紫外光快速成型机及有国际先进水平的机、光、电一体化快速制造设备和专用材料，形成了一套国内领先的产品快速开发系统。开发“激光立体成形”的3D打印技术，团队与中航飞机合作解决了C919飞机钛合金结构件的制造问题，形成了具有自主知识产权的特色新技术。研制并售出国内第一台大型金属3D打印商用化设备。2017年也在户县落户了国家增材建设研究院。

许多高校购买3D打印设备作为教学工具，在3D打印技术的加持下，许多高校课堂教育进入了实体模型教学时代，也促进了高校教育模式的创新发展和进步。在传统的高校教学过程中，为了增进学生的理解，大多会对一些抽象的事物进行图片或者动画讲解，随着3D打印技术的普及和应用，在课堂教学过程中，我们可以采用3D实物和模型替代传统的图片和动画，以帮助学生更好地理解教学内容，使得高校教学中更好的提升学生的积极性和探索能力的开发。尤其体现在3D打印技术在教学中可以对任意形状的物品进行实物建模和打印，也可以更好的作为教学的辅助用具。其意义在于不仅促进了高校教学方式的转变，而且一定程度上丰富了教学中的工具设备，使课堂教学更为全面，立体。

有许多高校也逐渐开设了和3D打印技术相关的课程，这也一定程度促进了3D打印技术和学生专业课程的相结合，在促进专业课程提升的同时，也促进了3D打印技术的发展。在3D打印技术中，包含了像三维建模、工程制图、三维动画设计、计算机语言等课程内容，而这些课程也是大多数专业的相关课程，因此，高校在专业教育过程中，可以引导学生利用3D打印技术进行实物的设计、建模、打印，对锻炼提升学生的动手能力和问题解决能力有着积极的意义。

高校的创新创业教育作为我国的一项教育发展的重要计划，在高校创新创业中也有出现学生依托3D打印技术和互联网平台进行创业的实例。

例如：学生依托其高校现有资源，通过大学生创新创业项目建设一个3D打印工作室，在校内打造一个以3D打印为主，接受私人定制化服务，同时兼营自造工艺品出售的个人体验制造中心。建立一套商品经营模式，以3D打印教学教具为主，工艺品制作为辅实现盈利的创意工作室。

3D打印技术可以帮助学生将一个具有创造性价值的想法转化为实际，使其最终成为创新創业的好帮手，新途径。

2 3D打印技术在高校教育中的前景展望

2.1 3D打印技术在高校教育中的发展

“十三五”规划纲要在对“现代产业”的提案中明确写到：“大力推进半导体，增材制造（俗称3D打印），智能系统等新兴前沿领域创新产业化，形成一批新增长点”。

3D打印在国内高校中的应用主要在相关专业，但未全面普及到各个学科，为推动3D打印在高校教育中的应用发展，教育部提出“3D打印进校园”的倡议，高校也应加强3D打印的硬件建设和科研投入，加强3D打印实验室，实习实训基地等3D打印平台建设。同时对大学生创新创业的项目进行3D打印技术相关融合，帮助学生实现一些可行的创业想法，此外可以通过3D打印平台对学校中的实际问题进行解决，如教具模型的定制等。

2.2 3D打印技术在高校教育的前景

3D打印技术因具有的高效性，低成本和可定制性强的优点广受大众欢迎，其作为一种新兴技术，在高校创新创业教育中的实现，对实现高校大学生创新创业能力的培养起到一定的积极作用，对促进高校教育创新和改革发展具有重要意义。

结束语：综上所述，随着3D打印技术的发展，高等院校教育在实际进行中可以借助3D打印技术，更好的进行专业化教育，促进了技术与教育的相融合。3D打印技术和大学生创新创业的结合，也为当代大学生开启了一个新的创业大门，成为大学生创新创业的有力帮手。把3D打印技术与高校教育相结合，有力推动我国从“工业大国”向“工业强国”转型，早日实现新时代“中国梦”。

（作者单位：西安交通工程学院）

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