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UG三维建模教学中3D打印技术的应用研究

2020-12-02 198 上传者：管理员

摘要：UG三维建模课程是高职机械类专业的必修课，是前续课程的深化后续课程的基础，起着承前启后的作用。本文对此课程进行有效的改革，促进教学的优化更好地服务于学生的学习，提高教学质量。将3D打印技术应用于UG三维建模的实践环节中，将学生设计的虚拟作品变成实物，实现“设计”与“制造”的融合，为培养综合应用型人才提供有效的途径。

关键词：
3D打印技术
UG三维建模
专业必修课
应用型人才
机械专业
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UG三维建模课程是我院机械类专业的必修课，是后续《注塑模具设计》《智能制造技术》《数控自动编程与加工》等很多专业必修课的基础。将3D打印技术融入到三维建模教学实践环节中进行教学改革，提高学生的学习兴趣，激发学生的创新思维，使学生掌握从创意设计到三维建模到作品打印制作所需的各项技能，提高了教学质量。

1、目前UG三维建模课程存在的问题

1.1重视程度不够

目前UG三维建模内容主要是实体建模，工程制图，装配仿真等内容。教学方式为每讲解一个命令就示范一个图形，然后让学生练习，这样的一个过程下来，往往造成学生只是在课堂上掌握了命令和操作，课后由于兴趣不大，缺乏相继的练习强化记忆，待到下次课时，就已经忘记的差不多了。学习的重视程度不足，主要是课程的教学内容没有引起学生的认可，学了这个命令之后没有觉得要去重复使用强化记忆，或者是说该命令功能只是用于上课而不能应用到某个方面穿插该知识点。

1.2对旧知识进行回顾不起作用

前续课程学习了《机械制图与CAD》课程，对看图，识图有了一定的理解能力，通过前续的学习，为了应付期末考试而不断的去练习学习，考试结束之后就基本上忘得差不多了。UG三维建模会有大量的二维图需要去看图，识图这样才能找到尺寸去进行三维画图而变成实体。图纸的增加往往就会增加学生看图识图的能力，达到了一个更高的水平。然而学生对该课程兴趣不大，造成对机械制图的看图识图能力无法提高，并没有达到课程体系的构建效果，对旧知识起不到回顾与深入的作用。

1.3教学手段单一

由于各种条件的约束，考虑到其他新兴课程的介入，有时会缩短UG建模课程的课时。教学方式主要是讲授法，讲完一个命令就练习一个命令；教学设备单一，就利用电脑机房上课，教学手段也单一，造成学生对该课程认可度不高，其实该课程是很多后续课的基础。虽然对教学手段进行了改革，如增加课程设计，上机练习，建模大赛。但是起到的效果并不明显，缺乏系统的操作实践，目前的教学仅停留于课堂考试，与实际的生产实践、设计要求脱节，进入社会后并没有很快地能融入该岗位所需要的建模知识要求。

1.4教学内容简化

实际的教学条件影响，有时往往教学上的课时无法安排足够，目前只是安排每周4节课时，对于UG三维建模的知识要求就是学会建模部分而已。老师进行上课理论讲解，通过对某个零件进行举例，学生的练习也是仅仅局限于老师的教学内容，并没有其他的实践项目而无法达到举一反三、触类旁通的效果。随着课时的无法保证，只能进行教学内容的简化，而对后续的学习课程造成一定的难度，由此降低了学生的学习积极性，学生的学习效率也下降。

2、将3D打印技术应用于UG三维建模课程的教学改革

为了让该课程起到承前启后的作用，认真对该课程进行了梳理，并针对当下比较热门的3D打印技术引入该课程，真正发挥3D打印技术在UG三维建模的应用，把课本的知识转化成实物，以此对教学进行改革，提高教学质量，增加学生的学习兴趣。

3D打印技术即快速成型技术的一种，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。先通过三维设计软件建模，再将建成的三维模型分区成逐层的截面，即切片，从而指导完成打印机逐层打印。UG建模实体之后转化成与打印机之间协作的标准文件为STL格式，这样打印机通过读取STL文件信息，用液体状、粉末或者片状的材料将这些截面逐层地打印出来，再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体，几乎可以造出任何形状的实体。基于3D打印技术的特点，此时融入该技术就可以对UG三维建模课程进行有效的改革，从而提高教学质量。

2.1设备的补充，课时的保证

为了更好的保证UG三维建模的教学效果，促进学生的学习效率。我院根据当前的热门技术适时补充了教学设备，购买了20台3D打印机、对应的电脑UG软件连接以及相对应的充足的打印材料。通过充分的教学研讨，把该设备补充到UG三维建模的课程教学改革中，并把原来的课时增加为6节每周，充分的保证课时用于三维建模以及3D打印机的教学实践使用时间。

2.2对教学内容进行改革

对UG三维建模的教学方法由原来单一的理论讲授法，变为现在添加项目教学法，理实一体化教学方法。对实体建模、工程图、装配仿真三大内容增添实践环节融入3D打印技术。对于每一个项目内容进行项目讲解，理论讲授之后进行3D打印制作成模型。从二维图看图识图到三维画图变成实体再到3D打印模型这一过程，学生原来的模型只能存在电脑的虚拟空间里，看不见摸不着，通过了3D打印出模型将电脑的虚拟变成了实物模型。这就大大的吸引了学生的学习兴趣，激发了学生的创造思维，建模的功能应用越来越多以满足不同的模型形状要求，教学效果质量得到了很大的提高。

2.3增加实践内容课程设计

以往的教学只是讲完了每个指令练习就结束了，电脑的模型也就是看得见、摸不着，往往造成人空洞的感觉。此时由于引入3D打印机，按照3D打印机的操作要求即可进行模型打印，每一个项目的结束都进行模型3D打印实践操作。通过课程的项目教学留空一周的时间、20个课时作为课程实践实训周。按小组分配课程设计任务，2-3人作为一个小组配置一台3D打印机，分工合作，从二维图到实体到模型整个流程，让各个小组自行分配工作量。这样学生在各个小组中学会了团结合作，沟通交流，相互帮忙的职业素养培养便于以后的更容易走上工作岗位。课程设计的内容把UG三维建模内容进行整个复习，包含了工程图，建模指令，装配零件，3D打印模型实物。经过这样的实践环节下来，学生的水平得到了大大的提高并且求学欲不断增强。

2.4激发学生的创造思维，提高学习效果

每个项目的教学都由模型变成了实物，从而促进了学生自主设计建模不再是单单练习老师给的图形。遇到不同的问题学生的提问会增加激发了创造思维，从学生的脑海抽象设计进行建模再到实物，这样的满足感成就感有效的激发了学生的内在动力，教学效果显著提高。

2.5开展校内建模3D打印比赛

由于建模的软件有很多，只要能转化成STL格式即可，3D打印机就可以把模型打印出来。这样在其他专业学科的同学也可以进行使用3D打印机，在全校开展“建模3D打印大赛”，以赛促学。其他专业的学生只会建模软件不会使用3D打印机，此时学生就可以充当“临时老师”带领其他专业同学的学习，这样就更容易培养的操作能力，表达能力以及胆量的职业素养培育。通过比赛又可以学习新的知识3D打印技术又促进自身专业能力的培养，学生的兴趣热情一度达到了高涨。通过比赛可以到很多的创意作品，开拓了学生的创造思维。

3、结束语

通过将3D打印技术应用在UG三维建模的课程教学改革中，学生作品从创意图纸、设计建模到3D打印、后期处理最终把自己脑海中的抽象设计变成实物模型。这样的学习过程促进了学生的三维建模能力、创意能力、3D打印实操能力和团队协作能力的发展，有利于学生的自主学习钻研能力的培养。这样的教学改革是可行的，学生亲身实践、自主设计、运用3D打印技术制作模型让学生体验到了设计、实践的科学性与严谨性。3D打印技术应用UG三维建模教学，增加了实践途径，推动了学生的实践能力和学习能力，提高了课程教学质量，改进了教学模式，创新了教学方法，这样的教学改革是对学生来说有益的，3D打印技术将在教育教学方面发挥更大的作用。

参考文献：

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