3D打印技术与事故致因理论教学研究

0 引言

3D打印技术是一种新兴制造技术，它是指在计算机控制下，根据物体的计算机辅助设计（CAD）模型通过材料的精确堆积，快速制造任意复杂形状的成型技术 。与传统制造业相比其简化了制造程序，降低了研究成本。新材料技术成熟，打印材料价格不断下降，被大多数人所接受 。在我国工业设计、建筑、航空航天、医学、教育等领域已经有了广泛的应用。近年来，在教育领域出现了Soid Learning教学模式，它是指在教育中集成快速成型和数字制造技术，为教师和学生提供可下载的资源对象文件，通过 3D打印系统创建物理原型。在这个模式中由专业设计人员设计建立数字模型库，教学人员可以直接下载、打印其中的任何模型。对高等教育，3D打印作为创新平台，可用做快速实现创新性设计的目标。2016年，解放军总医院主治医师李忠海把3D 打印技术在骨科临床教学中进行了应用，结果显示有助于研究生短时间内理解并掌握相关内容。在安全管理学中，事故致因理链是事故致因理论教学中最重要的内容，授课一般采用多媒体教学，平面PPT辅助。虽然采用了现代化设备但也存在不少问题，授课过程进行枯燥的文字讲解，导致事故致因链不形象、不具体、记忆难。而且事故致因链较多无法同时展示，对比学习困难；事故致因链各模块无法拆分组合，不能启发教学；事故分析仅仅停留在纸面上，无法快速掌握分析技巧。因此将事故致因模型实体化对事故致因理论学习有十分重要的意义，而3D打印技术为其提供了可能。

1 事故致因理论教学研究

1.1 事故致因链

事故致因理论是事故预防的重要理论基础，其最重要的内容之一是事故致因链，完整的事故致因链体现了事故发生的作用路径，它把事故和事故的原因连接成一个链条，使人能准确定位事故发生的原因以及找到事故预防的措施。事故致因链大体可以分为以海因里希事故致因链为代表的古典事故致因链、以伯德与罗夫斯特的事故致因链为代表的近代事故致因链和以事故致因“2-4”模型为代表的现代事故致因链三个阶段。

1.2 教学难点

据不完全统计事故致因链多达十几种，一直以来采用常规多媒体授课方式，对于模型的教学以及推广使用存在诸多不便之处：授课过程采用PPT展示、文字讲解的方式使学习过程只能从文字开始，记忆比较困难，对其中的因果关系、模块层次理解不深刻，无法较快熟练掌握事故致因链；在事故案例分析时方式单一，仅仅停留在纸面上，不形象不具体，不能精确找到各层次原因，对应关系分析存在困难；多种事故致因链对比分析事故不方便，不能较好体现各个事故致因链的优缺点。

2 事故致因?三维设计及实施

利用3D打印技术，打印事故致因链，可以让复杂知识形象易懂，利于记忆和分析事故，为了验证其可行性以行为安全“2-4”模型进行了相关设计和试验。

2.1 设计模型

由于尚没有统一设计标准，实验为方便拆卸、组装和观察使用，将模型组织内部因素设计为6块长方体和3个链接圆柱体，2个特殊圆柱连接体，外部因素设计为镂空盒状，具体尺寸如表1-2所示。根据3D打印技术要求，本实验使用Soid Works软件设计了相关模快三维图，根据格式要求，保存为Sdprt格式。

2.2 打印模型

此次试验对打印精度要求不高，故选用Cura500型号打印机。基本过程为：（1）使用打印机自带Cura软件调整打印角度、打印速度、填充度等关键指标保证打印时间在合理的范围，且保存为3D打印机可识别的Gcode格式文件；（2）使用优盘拷贝至打印机，预热打印材料、解锁电机；（3）按照顺序依次打印各个模块和连接体，并对他们进行了精度修缮；（4）拼装模型。效果图如图一所示。所采用打印机精度、喷头、材料等各项指标处于2014年的水平，故效果良好。因打印机最大打印体积限制，外部因素无法打印。 由图可以看出，内部因素各个部分字迹清晰、大小适合，适于学生的观察、使用与学习，同时还便于拆卸组装，质量小，便于携带。

2.3 3D打印模型使用效果测试

为了验证实体模型的教学效果，本次验证设计了对比试验，将3D打印的事故致因“2-4”模型应用在了某高校大一年级新生课堂中。将学生分为4个小组，分别对他们讲解，第一组和第三组让学生正常记忆，将拆散的三维模型发放给第二组和第四组，由学生进行装卸记忆、深刻学习。经过8分钟后，对他们的记忆效果进行测试，第一项测试为默写行为2-4模型；第二项测试为给定事故利用2-4模型分析事故，测试结果如表3-4所示。

第一项默写测试中第一组和第二组正确率分别为50%和53.3%，第二组和第四组正确率分?e为71.4%和73.3，平均高出20.7%；在运用事故致因“2-4”模型分析事故原因的测试中，第一组和第三组正确率分别为35.7%和33.3%，第二组和第四组正确率分别为60.7%和60.0%，平均高出28.85%。整个测试结果表明，使用3D打印实体模型提高了课堂默写和事故分析成功的比例，所以，实体模型会加速学生的记忆，加深事故致因链的理解深度，对教学有非常好的效果。

此次效果实验对象为大一新生（没有专业知识基础），在课堂教学中借助模型能够在8分钟内记忆掌握事故致因“2-4”模型的基本模块及其逻辑关系，这一效果也为事故致因“2-4”模型在日常安全培训提供了帮助，使更多的人了解并接受事故致因“2-4”模型的理念，在生产实际中应用其分析事故，有效预防事故的发生。

3 3D打印技术在事故致因理论应用中的发展方向

3.1 建立事故致因模型数字资源库

将所有事故致因链都进行数字化设计并建立统一的标准，形成事故致因模型数字资源库，可随时下载相关模型数据提供打印使用，这将会大大提高打印效率。而且，学术思想是不断变化、不断发展的，而如何让学生第一时间接触到最新的学术思想向来是一个难题，借助3D打印技术把学术界最前沿的事故致因理论思想数字化、三维化、实体化，将会对教学和学习有很大的帮助，随着数据库的不断扩大，3D打印教学体系也将会更加完善。

3.2 建立事故致因理论3D模型事故分析实验室

高等学校实验室是进行实验教学的场所，是教师和学生开展科学实验研究的平台，是培养学生工程实践能力和创新能力的重要基地。创新型人才的培养离不开新技术、新方法，将3D打印技术应用于事故致因理论研究无疑为培养安全领域创新人才创造了平台。建立事故致因理论3D模型事故分析实验室，让学生动手打印模型，体验打印过程，自己组装，拆卸模型，可以快速熟练掌握事故致因链，进而结合事故案例分析事故原因，找到事故预防的方法。实验室建设需采用最前沿的3D打印技术，更需要精度高、打印速度快的3D打印机。实验室基本构想如下：（1）设置若干台高精度3D打印机与事故致因模型数字资源库相连；（2）试验台若干；（3）模型空白填表若干、事故案例若干、事故案例分析表若干、实验课流程表若干。

实验过程中先从数字模型库选取所需模型，然后打印模型及组件，学生自己组装拆分模型，通过实体模型和事故分析比较发现各个模型优缺点，根据实体模型结合事故案例分析找到事故原因。

4 结束语

（1）3D打印技术发展迅速，在教育领域应用范围不断扩大，随着新材料、新技术的进步，使得3D打印成本不断下降，打印速度加快，为事故致因链数字化、三维化、实体化提供了条件，也让它走进课堂教学成为可行，而且具有形象、具体等优点，是传统教学很好的补充。

（2）运用3D打印技术将事故致因“2-4”模型实体化是一次创新应用。其过程为三维设计、打印准备、实体打印、精度修复、组装。基本过程明确、可行，并且将三维模型运用到课堂中能够让学生加快记忆、加深理解，更好的掌握分析事故的技巧。同时，模型实体化也为安全培训提供了新的教具。

（3）3D打印技术在事故致因理论教学中的应用前景非常广阔，建设事故致因链数字资源库和建立事故致因理论3D模型事故分析实验室等都是其应用方向。同时，3D打印技术的引进会带来未知的连锁反应，不仅可以强化记忆还会启发学生创新思路、探索新方法，为事故致因理论的发展带来未知的影响。

[1]辜蔚君.关于人力资源数字化转型中数据管理工作的思考[J].厦门科技, 2023(1):43-47.