在国家层面,美国等现已将3D打印摆在国家战略的高度进行规划,拟定国家层面发展规划。校园层面,一些大学等高等院校及中小学经过开设3D打印课程与训练、组成爱好社团、举办大赛等多样方法,提高学生对3D打印技术、装备、系统的认知,培育其技能和兴趣。
早在2015年发布的《国家增材制造(3D打印)产业发展推进计划(2015-2016)》中,我国就已经明确将3D打印列入了国家战略层面。此后,国内各地有关部门纷纷出台政策,以此推动3D打印技术研发、产品制造及实际应用。
3D打印技术经过多年的发展,已经形成了一条完整的产业链。上游涵盖增材制造原材料及零件如陶瓷材料、金属材料、塑料材料等,中游以3D打印设备生产厂商及打印服务为主,涉及的打印技术包括熔融成积成型FDM、光固化成型技术SLA等,下游行业应用已覆盖医疗领域、机器设备、航天航空、个人市场、汽车工业等各领域。
在教育领域,3D打印的应用可能性近几年越发受到关注。基于3D打印技术和设备,语文、英语学科可把课文中有代表性的人物、建筑物打印出来;数学学科把立体几何模型打印出来,帮助学生理解三维空间图形结构;物理学科把抽象的电力线结构图、磁力线打印出来,把无形抽象的知识有形化;化学学科可打印出3D分子、原子模型,把微观粒子结构实体化。
在美术课堂上,3D打印同样能够大有用处。将3D打印应用于美术课程的设计制作环节,是对传统美术教育的重要补充。如今,3D艺术已经成为新时代艺术的制高点,大量从业人员利用计算机设计艺术作品,然后通过3D打印生产出传统工艺无法制造的复杂艺术品。学生自己设计3D摆件、饰品、功能件等,也能激发学习兴趣和创造力。
从学校实践来看,3D打印教育装备在教学中之所以能够蓬勃发展,一个十分重要的原因是3D打印体现出的现代性、综合性、实践性和创新性的教育价值,培养学生的创新能力和动手能力,从而更好地适应信息化、数字化时代的发展需要。
从3D打印教育装备的教学应用方式来看,有全班开课、兴趣小组、竞赛小组等多种方式。其中,建设3D打印实验室的学校具备了班级授课的条件,因此班级授课是应用的基本形式。利用3D打印设备组织兴趣小组或社团活动是主要的教学应用方式。不过,目前3D打印教育还是一种相对小众化的教育,很多想学习的学生得不到机会,尚未达到普惠的程度。
当然,3D打印之所以能够在教育领域得到应用,与其所具备的优势是密不可分的。总的来看,3D打印具有快速交付、无需组装、减少材料浪费、设计空间无限、精确进行实体复制、产品多样化不会增加成本等优势。
在教学模型制造及实物模型塑造过程中,借助3D打印机可以打印出多种形状。传统的制造设备具有较少的功能和有限类型的形状,与3D打印所能实现的高精度、高灵活性制造相比差距较大。此外,一台3D打印机只需要不同的数码蓝图和一批新的原材料就可以开始制作,既经济又方便。
现阶段,放眼整个行业,3D打印技能在教学领域的使用与推行,主要由国家、校园和公司三方协作推进。公司层面上,一方面通过捐助3D打印机等方法推行教学使用,另一方面也积极研发并推出面向校园的3D打印设备、相关课程及教材等。未来,随着相关制度法规的逐步完善、3D打印技术的不断提升以及校园3D打印基础设施的日益完备,学生们将有机会借助3D打印完成更多课业内容。