纪兵，边少锋*，李厚朴
海军工程大学电气工程学院导航工程教研室，武汉，430033
摘要：随着3D打印技术的迅猛发展，其在各行各业中发挥了显著的效益，本文将其引入到导航课程教学中，构建了导航设备的物理结构3D模型，并通过3D打印机进行输出，将其应用于课堂教学，既便于携带、又可直观地对原理、构造进行讲授，便于学生对器件的学习、理解，收到了较好的效果，该方式可以推广应用于不同原理的课程教学中。
关键词：3D打印，导航设备，三维建模，课堂教学
一、引言
3D打印是是近些年发展起来的一个新兴技术，其专业名称为“增材制造”或“添加制造”[1]，它之所以被称为“打印”，其原因在于分层处理过程与喷墨印刷的过程非常相似，在工业中，3D打印也称为“快速成型”技术[2]。根据3D打印机的应用领域不同，打印材料可以有金属，陶瓷，塑料或沙子[3-5]等，其基本的技术原理是采用离散堆积的方法，其工艺流程如图1所示。
图1 3D打印技术成型工艺过程示意图
二、导航设备的3D打印实现
结合导航课程所讲授的导航设备，鉴于某些导航设备体积大、质量重，无法搬到课堂结合理论讲授进行教学，在建模时按一定比例进行缩小，因而打印出来的设备更小巧便于携带，便于携带到课堂。
具体而言，以某型罗经设备为例，首先对该型罗经进行实地测量，同时参考了罗经的说明书，获取其准确的尺寸，其实物如图2所示。为了便于3D打印机的输出，将其拆分为若干个小部件，依次建模进行建模、3D打印，之后再统一将其组合，实现整套罗经的功能展示。如图3所示为在建模软件中对罗经顶盖部分的建模过程。
图2 罗经实物图 图3 罗经部件建模
在惯性原理课程讲授中，其中一个比较难讲的内容就是惯性平台的空间结构，尤其是多自由度的结构，其中涉及内外框架的关系、台体转角与陀螺转子的相互关系等等，以往多以如图4所示的原理图片来讲授，空间想像力比较差的学生很难深刻地体会其中的原理，为此基于3D打印技术对其进行建模，并进行物理实物的输出，如图5所示为用光敏树脂打印的惯性平台物理结构，该部件可以方便地携带至教室，可以让学生直观转动平台。
图4 惯性平台的原理结构 图5 3D打印输出的惯性平台
三、结束语
借助于当前发展完备的3D打印技术，尝试其在导航课程中的应用，选取典型的罗经设备和惯性平台的原理结构，建模后进行物理的3D打印输出，为了便于打印按比例进行了缩小，则3D打印物品小巧便于携带，可灵活地应用于课堂教学，同时可辅助学生对一些难点问题的理解与掌握，取得了很好的效果。该方式可以推广应用于其他课程的教学中，具有较好的借鉴意义。
参考文献
[1] 房鑫卿. 3D打印技术的发展历程及应用前景[J].轻工科技，2019（5）: 77-78.
[2] 马珉，王玲，张琨. 3D打印能否改变制造业—访中国工程院原始卢秉恒[J]. 高科技与产业化，2013（4）: 38-43.
[3] 常伟. SLA 3D打印技术在工业设计创新战略中的应用探索[J]. 大众文艺，2019（8）: 96.
[4] 刘菲原. 分析3D打印技术在电子信息领域的应用[J]. 通讯世界，2019，26（4）: 65-66.
[5] 金大元. 3D打印技术及其在军事领域的应用[J]. 新技术新工艺，2015（4）: 9-13.
基金项目：本文得到国家自然科学基金项目41874091、41876222，湖北省杰出青年科学基金（2019CFA086）等项目的支持。
作者简介：胡琼方（1980-），女，安徽砀山人，工程师，主要从事地图的整编工作；
*纪兵（1978-）通讯作者，男，江苏沭阳人，博士，副教授，主要从事航海导航领域的教学与科研工作。