[摘 要] 快速原型技术是20 世纪 80 年代末期开始的一种集机械、电子、光学、材料等学科为一体的先进制造技术之一。快速原型技术在工业设计实践教学中的应用日趋广泛。为了培养学生的创新能力，提高学生的动手能力，在工业设计实践教学中开设快速原型实训课程，并根据学生专业和层次的不同安排了不同的课程内容，有效开拓了学生的视野，取得了良好的教学效果。概述快速原型技术，说明快速原型技术在工业设计实践教学中应用的重要性，阐述快速原型技术应用于工业设计实践教学的具体应用策略。
[关 键 词] 快速原型技术；工业设计；实践教学；应用
[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2019）02-0026-02
随着经济的快速发展，市场竞争意识不断提高，不断开发物美价廉的工业产品已成为企业生存和发展的基本手段。传统的产品开发过程缺乏与市场的交互性和各环节的并行性，难以适应市场快速变化的需要。目前发展迅速的快速原型制造技术是1979年东京大学的中川威雄教授利用分层技术制造了金属冲裁模、成型模和注塑模。20世纪70年代末，日本的小玉秀男首次提出了利用连续层的选区固化制作三维实体的新思想。在工业设计实践教学中应用快速原型技术，不但拓宽了工业设计实践的范围，而且能有效提升大学生的实践能力。
一、快速原型技术概述
快速原型技术是20世纪90年代在计算机辅助制造技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的，其类似于数学上的积分过程。形象地讲，快速成形系统不仅对促进企业产品创新、减少新产品开发成本，而且还能提高产品竞争力。快速原型技术可快速成型任意复杂的三维几何实体，不受传统加工方法中道具无法到达某些形面的限制，它不仅在制造业的产品造型和模具设计中应用的范围越来越广泛，同时也逐渐应用于医学方面。
目前，信息采集、数据处理和监控软件等高度集成化，尽管软件系统中存在许多缺陷和不足，但其本身已经逐渐向大型制造和微型制造进军。随着人们对各类物件的需求愈来愈高，新产品的研发也随之不断更新加快。快速原型制造技术（RPM）可以较快制造出任意形状的三维化模型实物，信息制造过程中以全息生长元为基础的智能材料自主生长方式是RPM的新里程碑，快速原型技术会被越来越多的企业所采用。按原型的制造原理，将原本的三维模型变成了分层层片，使树脂材料在计算机控制下的紫外激光使被扫描区的树脂薄层产生光聚合反应形成一个固体薄层截面，进而进行新一层扫描、固化，如此重复直至整个原型制造完毕。快速原型制造技术对工业制品而言，具有优质、高效、低耗、清洁生产的特点。
二、快速原型技术在工业设计实践教学中应用的重要性
（一）让工业设计实践教学富有特色
工业设计实践教学快速成型不同于传统的用材料去除方式制造零件的方法，而是利用所要制造零件的三维CAD模型数据直接生成产品原型。且CAD模型后不像传统的零件制造方法需要制作木模、塑料模和陶瓷模等，有效缩短了产品开发周期，控制了开发成本。随着计算机技术的快速发展，已经广泛应用于航空、汽车、医疗、电子、家电、玩具、军工设备、工业雕刻等领域。快速原型技术在工业设计实践教学中的应用使设计教学更加鲜明，促进了大学生实践动手能力和实践创新能力的提高，提高了大学生的实践能力和科研能力。
（二）有效提升实践教学质量
使用快速原型技术，虽然教师在上课之前需要花费大量的时间和精力去做教学所需的文件，但借助该技术能使工业设计要讲的内容简单化、清晰化。因工业设计实践教学的创作受到多方面因素的影响，诸如工业环境、材料因素，快速原型技术的应用使教师在课前精心准备的课件能大量节约课上有限的时间，从而提高课堂效率。
（三）有助于培养学生的从业素养
工业设计实践教学往往需要在现场实时进行，让学生置身于模拟环境中，使学生体验到真实的设计过程。在工业设计实践教学过程中，学生主动地、自觉地在参与，使学生主体作用突出。实践教学不但凸显了对学生工业伦理、道德水平等方面的培养，而且对整个世界的工程技术教育产生了深远影响。
三、快速原型技术在工业设计实践教学中的应用
（一）明确应用范围
利用快速原型技术可节省大量人力、物力、财力，尤其在新品开发、小批量生产、试生产等场合，可利把握市场反应，对确保新产品开发的成功率具有重要价值。快速原型制造技术给人以美的享受和精神的陶冶。为珍稀工业品的复制、工业品形式的多样化提供了有力工具。工业设计教学中，绝大多数时间力求三维表达的准确而作逐步修正以及工业产品制作过程中因各种失误造成残缺而从头反复。当采用快速原型制造技术时，教师直接通过快速原型制造系统快速制作三维物化作品，判断构思的合理性和作品表达自己思想的准确性。可将原作品所用成型材料再生后又用于新的修改作品制作，最后通过快速的添加法直接成型、三维雕刻、喷涂、制模等途径完成，可大幅减少设计费用。
（二）创设设计形式
工业实践教学中利用快速原型制造技术，可以赋予工业设计的多样化教学形式。如以绘画形式构建初產品三维形态，进而用快速原型制造系统制作出低成本、直接成型的产品。在此基础上形成原型的几何造型与物理性态的构建、分析为一体的CAD综合构型模块。在三维CAD模型构建的思路上对已有产品的构型、材料等信息进行采掘，从而有效拓宽学生的视野。首先是构建快速成型实验室，快速成型是“卓越工程师教育培养计划”中学生必须掌握的基本技能之一。快速成型本身适用于大学生的创新实践活动，可以通过创新性的构思，把构思和设计变成现实作品。在实践教学中，同一批零件尺寸会影响整体装配。因此快速成型使用的材料成本与传统加工工艺所使用的材料相比普遍较高，应用于日常实践教学中给学校带来了较重的负担。由于课堂的实践教学时间有限，快速成型的单个零件实际操作较短，在日常实践教学中容易激发学生的积极性。其次是发挥学生自主能动性。快速原型技术的应用可以将一部分教学内容当成专题让学生去制作，之后再讲解自己所组织的内容。这时候学生就可以充分发挥自己的能动性，应用网络技术查阅自己所需要的资料，通过文字、图表、音频、视频等的组合形式呈现出完美的设计效果。
（三）构建应用体系
首先必须建立具有鲜明的有学科与专业特色的工業设计实践环境，只有让学生“亲临其境”，才能全面提高学生的工程意识。
工业设计实践教学基本涵盖了我们一切工作的出发点和落脚点，目前随着先进制造技术及工艺个性化的人才培养理念的逐渐深入，教学模式要“学以致用，创新为魂”。快速原型技术符合各层次学生的实际能力水平，其以传统工艺为基础，进而培养创新型工程技术人才。要处理好传统工艺与先进工艺的比例关系，一是要培养学生理论联系实际的能力，二是发挥学生的潜力，提高学生的创新意识。课程设计阶段，快速原型技术要实现多学科技术的交叉融合，利用信息创新实践平台实现全面的资源共享。
（四）拓宽实践范围
1.实现多学科的融合。随着工业服务水平的不断提高，各个学校各方面资源缺乏，考核缺乏层次性，从低年级到高年级，从基本知识应用到创新实践操作。从知识由浅到深逐层的科学体系之间没有明显的梯度和层次。因此，工业设计实践教学中学生无法真正体会到实践教学带来的成就感和挑战性。传统的工程训练只以实训技能为主，因实习器材得不到及时的更新、维护和保养，导致一些工业设计实践教学无法开展。因此，为了减少促进工业设计实践教学的跨度，实现工业设计与其他学科的融合，首先是构建快速原型技术与精益制造、敏捷制造等先进制造技术融合的平台，工业设计实践教学要以计算机数值模拟技术、控制工程技术和检测技术与控制中心的理论知识为主体，利用信息技术把课程知识串接起来，不断改进教学体系、教学内容、教学方法和教学手段。在实践中注重设计项目的先进性、开放性、综合性，进而设置不同的设计模块和设计的发展思路，提高机组装机组网等的实际操作技能，提高快速原型技术在工业设计实践中的应用效果。
2.科学的运用。有的教师把所有的教学内容都凌驾于现代化教学技术上，一堂课就是跟着课件跑，甚至有的教师都没有板书，实际上只是让现代化技术手段充当讲义和文稿的复印显现功能。学生在学习过程中可能一开始会被教师新颖的教学形式所吸引，但当他们发现听与视接受的都是同样的信息时，新鲜感和兴趣就会很快衰退。因此，在工业设计设计的实践教学中，为了减轻自我神经功能的负担，就要控制他们很自觉或不自觉地选择单一的听或单一的看作为接受信息的途径，从而让快速原型技术在工业设计实践教学中得到合理应用。
四、总结
总之，快速原型技术在工业设计实践教学中的应用丰富了大学生工程训练的内容，形成了理论教学和创新实践教学相结合的鲜明特色，从而显著提高学生的实践动手能力和实践创新能力。
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编辑 武生智