基于3D扫描和3D打印双驱动的高职产品设计课程建设的研究与实践

为了响应“大众创新万众创业”的号召, 在产品设计领域如何快速实现新产品的开发与设计显得至关重要。依据学校的定位与规划, 材料成型与控制技术专业 (3D成型方向) 自设立以来定位于主动适应“中国制造”, 面向西北地区3D打印产业, 培养掌握3D建模与3D打印的知识与技能, 具备3D打印技术应用能力, 能够从事3D打印产品设计等工作的高素质技能应用型人才。

西京学院材料成型与控制技术专业 (3D) 方向为新型专业。如何将所学快速成型专业知识与产品开发结合起来显得至关重要。为了顺应时代的变化, 产品的创造性和经济性, 利用逆向工程技术手段成了必然趋势。在许多工业领域中, 逆向工程技术采用3D扫描和3D打印技术相结合的方式来实现产品的快速制造。对已有的实物或模型进行处理并用三维扫描设备完成测量, 将模型表面测得的数据通过相应的逆向软件来实现曲面重构, 获得实物模型的3D数字模型, 不断循环, 直到符合标准的产品模型, 用于后续的计算机辅助分析和制造。

一、课程教学解决问题

在传统产品设计课程中, 经过总结会发现, 在快速成型专业中, 如何解决课程设置、教学计划缺乏科学性和合理性的问题;解决3D扫描和3D打印与产品设计相分离的问题;解决实践教学过程中, 学生动手训练时间少和企业实践机会少的问题;加强3D扫描和3D打印双驱动的产品设计教学模式、教学方法的改革, 以适应产品快速成型和开发的培养目标。针对上述问题, 特此展开产品设计课程改革, 将逆向工程与3D打印相融合, 适应专业发展需求, 培养学生创新创业能力。

二、产品设计课程改革措施

产品设计作为学科专业的核心课程, 课程目的是为后续产品开发和毕业设计打下基础, 培养学生设计产品的综合能力, 主要侧重于产品快速成型。产品设计课程表现为课时量较大, 课程内容安排较为繁复。产品设计课程改革理念是提倡为学生打造短平快平台, 课堂活动应当是一个探索、积极主动和富有个性发展的过程。本课程教学改革将3D打印和逆向工程有机结合在一起, 探索产品快速开发的模式。从课程资源体系、课程教学反馈、课程教学成果三个方面入手, 改革当前的课程教学, 确立产品设计课程的课程教学目标, 实施有效的教学改革措施[1]。

(一) 研究《产品设计》课程大纲的制定:产品设计、逆向工程以及3D打印课时分配

产品设计课程改革将逆向工程与3D打印有机融合起来, 在有限的课时内如何将3D打印和逆向工程分配的合理是本次研究的一大重点。由于所带学生为快速成型专业方向, 有一定的专业基础, 对3D打印及逆向工程在课堂上都有接触了解, 这样也缩短了学生对新内容的周期, 同时, 我们通过对学生及专业课老师进行调研, 最后得到有效的课时分配。

(二) 研究《产品设计》课程在逆向工程和3D打印双驱动下的新产品快速开发模式的构建

整个课程改革围绕新产品快速开发展开, 在智能制造2025这个大环境及平台下, 要求产品快速开发, 以缩短产品开发周期显得尤为重要[2、3], 探索新产品快速开发也将是产品设计课程改革的重点。在课程设计上结合快速成型设备 (3D打印设备、扫描设备) 辅助产品设计, 达到快速开发的目的。

(三) 研究学生的创新能力, 培养学生个性化定制产品开发

大众创新万众创业的大环境下, 提高学生的创新创业意识, 用所学专业知识对个性化产品进行定制开发, 培养学生的创业思维, 将设计思维融入到产品设计中。

三、产品设计课程改革的成效与意义

(一) 产品设计课程教学改革的成效

产品设计课程教学改革完全契合高职类人才培养方案与专业特点, 将快速成型技术融入到产品设计课程中, 缩短产品开发周期, 使学生真正地学到产品快速开发基本流程, 将教学和实践有机结合起来, 而不仅仅局限于其中一个方面, 并且能在设计实践中有效地运用教学措施, 确保课程教学的良好作用:

(1) 通过产品设计课程建设的研究与实践, 切实达到了有效的教学成效, 获得了较多成果, 将大赛与课程相融合, 以实现成果的转换。

(2) 学生的实践能力有所提高, 使原本枯燥无味的教学内容变得生动, 激发了学生的学习兴趣, 学生自由发挥并具有自信, 使学生由消极被动接受转向主动学习, 提升了教学效果, 达到课程教学改革和实践协调一致。

(3) 针对大众创新万众创业的大背景下, 产品设计课程教学改革措施通过实践平台, 从课程理论与设计实践相结合出发, 引导学生自主创业, 开发个性化定制小产品, 提升学生的创业能力!

(二) 现实意义

深化产品设计课程教学的改革实践, 对快速成型专业教学和人才的培养有着非常重要的意义: (1) 构建针对较强的课程体系与课程内容, 有效提升学生的专业能力和水平; (2) 将3D打印、3D扫描与产品设计相结合, 创建新产品快速开发流程, 缩短新产品开发周期, 与企业接轨; (3) 在大众创新万众创业的趋势下, 引导学生自主创业, 开发个性化定制小产品, 提升学生的创业能力!

四、结语

在产品设计课程教学的改革研究过程中, 将逆向工程与3D打印有效融入到课程中, 把教学更加系统完整化, 构建产品快速开发模式, 促进快速成型专业学生全面素养的整体提高。

摘要：为了更好的契合高职材料成型与控制技术专业人才培养方案, 适应当前社会行业发展需要, 特对产品设计课程进行改革。产品设计课程教学改革的目的是让学生学以致用, 针对企业岗位实施有效性教学, 与生产实践、岗位需求和社会服务紧密结合, 制定合理的项目, 提高学生学习的效率, 并有效和企业接轨。将逆向工程与3D打印贯穿于产品设计课程中, 可制订出新产品快速开发新模式, 从而提升产品设计课程的教学效果, 达到产品设计课程教学的可持续发展。

关键词：逆向工程,3D打印,产品设计,课程改革

参考文献

[1] 刘立园.“产品设计课”双效性教学改革研究[J].宁波大学学报 (教育科学版) , 2016, 38 (03) :97-100.

[2] 雷蔓, 吕健, 刘征宏, 潘伟杰.基于逆向工程与3D打印的工艺品保护与开发[J].制造业自动化, 2014, 36 (09) :141-144.

[3] 李响, 张海敏, 徐人平, 张学东.逆向工程在工业设计中的应用[J].轻工机械, 2010, 28 (1) :102-106.