在操作中学习:3D 打印走进课堂

Bridget Cunningham 2014年 10月 13日

这些年来,3D 打印机的体积和成本都大幅下降,也为这项快速发展的技术带来了许多新的用途。作为对这一发展趋势的响应,越来越多的教师开始在课堂中使用 3D 打印设备,让学生们在操作中学习。

3D 打印:从设计和制造到课堂

1984 年,第一台 3D 打印机面世,它为许多行业带来了一种全新的制造方式。其中,汽车和航空业在其生产过程中使用了这项技术,根据数字资料来创建原型机。除了能够降低成本和所需的材料量,3D 打印支持更深入的定制,同时也简化了更改设计的流程。

然而,第一批出现的 3D 打印机不仅体积很大,造价也非常高。因此,它们通常在商业领域用来生产较低数量的贵重部件。

现在不妨设想下,这一技术已触手可及,唯一的局限只是创造灵感。随着成本的降低和便携性的提高,3D 打印机突然出现在家庭、办公室,以及 — 您猜得没错 — 课堂中。虽然这项技术仍在发展,许多教育机构已经开始向学生介绍 3D 打印,希望通过设计与打印来发挥他们的创造力。

3D 打印机图片。
3D 打印机已经成为一项更加便携的技术。(“3D 打印机” 图片为 Tiia Monto 自行拍摄。已获得 Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 授权,通过 Wikimedia Commons 分享。)

让学生参与其中的教学资源

随着能在 3D 打印机上设计的原型机范围的扩大,这一技术已作为各种类型课程的教学资源来使用。在南佛罗里达大学,3D 打印被用于重建古代文物的精确复制品,以便和学生分享。在激光扫描技术的帮助下,研究人员可以基于研究中获取的扫描数据和信息来重现一些手工艺品。即使身在自己的教室中,学生们也可以亲眼看到、亲手摸到这些来自世界各地的手工艺品,无需担心会损害原件。

同时,在弗吉尼亚大学的工程课堂,学生们亲自动手操作,使用塑料发动机部件精确复制了劳斯莱斯喷气式发动机。利用精细的 CAD 文件,学生们对这些打印组件进行了组织和装配,进而复制出了这台发动机。除了学习发动机设计的来龙去脉,在课堂上还能进一步探讨它的制造过程和潜在制约。

美国东北大学,学生和教职员工现在可以像多年来使用传统打印机一样使用 3D 打印机。该大学 3D 打印工作室的特色在于一系列附加的制作技术,包括 3D 扫描、激光切割、粉末印刷,熔融沉积成型,以及立体平版印刷。除了这些 3D 成型和制作技术,该大学还提供咨询服务,以便学生们能够熟悉设备的操作,同时能在设计项目的开始阶段接受指导。

COMSOL 3D 打印夏季实习计划

在对 3D 打印技术的好奇心和兴趣的驱使下,2013 年 COMSOL 夏季实习计划中,几位实习生亲自动手操作了 3D 打印机。在我的同事 Dan Smith 的帮助下,他们检索了在线 3D 打印库中的文件,并打印了各种小饰品,包括曲棍球徽标、骰子,以及海马。他们把这次经历看作整个实习体验的亮点之一,因为它完美地结合了趣味性和教育性。

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