在國家層面,美國等現已將3D打印擺在國家戰略的高度進行規劃,擬定國家層面發展規劃。校園層面,一些大學等高等院校及中小學經過開設3D打印課程與訓練、組成愛好社團、舉辦大賽等多樣方法,提高學生對3D打印技術、裝備、系統的認知,培育其技能和興趣。
早在2015年發布的《國家增材制造(3D打印)產業發展推進計劃(2015-2016)》中,我國就已經明確將3D打印列入了國家戰略層面。此后,國內各地有關部門紛紛出臺政策,以此推動3D打印技術研發、產品制造及實際應用。
3D打印技術經過多年的發展,已經形成了一條完整的產業鏈。上游涵蓋增材制造原材料及零件如陶瓷材料、金屬材料、塑料材料等,中游以3D打印設備生產廠商及打印服務為主,涉及的打印技術包括熔融成積成型FDM、光固化成型技術SLA等,下游行業應用已覆蓋醫療領域、機器設備、航天航空、個人市場、汽車工業等各領域。
在教育領域,3D打印的應用可能性近幾年越發受到關注?;?D打印技術和設備,語文、英語學科可把課文中有代表性的人物、建筑物打印出來;數學學科把立體幾何模型打印出來,幫助學生理解三維空間圖形結構;物理學科把抽象的電力線結構圖、磁力線打印出來,把無形抽象的知識有形化;化學學科可打印出3D分子、原子模型,把微觀粒子結構實體化。
在美術課堂上,3D打印同樣能夠大有用處。將3D打印應用于美術課程的設計制作環節,是對傳統美術教育的重要補充。如今,3D藝術已經成為新時代藝術的制高點,大量從業人員利用計算機設計藝術作品,然后通過3D打印生產出傳統工藝無法制造的復雜藝術品。學生自己設計3D擺件、飾品、功能件等,也能激發學習興趣和創造力。
從學校實踐來看,3D打印教育裝備在教學中之所以能夠蓬勃發展,一個十分重要的原因是3D打印體現出的現代性、綜合性、實踐性和創新性的教育價值,培養學生的創新能力和動手能力,從而更好地適應信息化、數字化時代的發展需要。
從3D打印教育裝備的教學應用方式來看,有全班開課、興趣小組、競賽小組等多種方式。其中,建設3D打印實驗室的學校具備了班級授課的條件,因此班級授課是應用的基本形式。利用3D打印設備組織興趣小組或社團活動是主要的教學應用方式。不過,目前3D打印教育還是一種相對小眾化的教育,很多想學習的學生得不到機會,尚未達到普惠的程度。
當然,3D打印之所以能夠在教育領域得到應用,與其所具備的優勢是密不可分的??偟膩砜?,3D打印具有快速交付、無需組裝、減少材料浪費、設計空間無限、精確進行實體復制、產品多樣化不會增加成本等優勢。
在教學模型制造及實物模型塑造過程中,借助3D打印機可以打印出多種形狀。傳統的制造設備具有較少的功能和有限類型的形狀,與3D打印所能實現的高精度、高靈活性制造相比差距較大。此外,一臺3D打印機只需要不同的數碼藍圖和一批新的原材料就可以開始制作,既經濟又方便。
現階段,放眼整個行業,3D打印技能在教學領域的使用與推行,主要由國家、校園和公司三方協作推進。公司層面上,一方面通過捐助3D打印機等方法推行教學使用,另一方面也積極研發并推出面向校園的3D打印設備、相關課程及教材等。未來,隨著相關制度法規的逐步完善、3D打印技術的不斷提升以及校園3D打印基礎設施的日益完備,學生們將有機會借助3D打印完成更多課業內容。