西北大學(xué)：3D打印助力學(xué)生開發(fā)定制樹脂，為軟材料核心課程增添新維度

2025年4月10日，南極熊獲悉，美國(guó)西北大學(xué)材料科學(xué)與工程系采用了一種全新的實(shí)踐教學(xué)方法，用于培訓(xùn)學(xué)生的樹脂軟材料定制能力。Ryan Truby 教授的“MAT_SCI 331：軟材料”課程現(xiàn)已開設(shè) 3D 打印樹脂設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以在此創(chuàng)建和優(yōu)化自己的打印材料。學(xué)生團(tuán)隊(duì)將使用十幾臺(tái)桌面樹脂 3D 打印機(jī)，為特定應(yīng)用開發(fā)定制樹脂配方。

△一張球隊(duì)拆卸的帶扣照片，該帶扣采用定制樹脂 3D 打印而成。（圖片來(lái)源：Ryan Truby）

重新設(shè)計(jì)的課程要求學(xué)生制作能夠承受重載的功能性塑料扣。學(xué)員將通過(guò)六個(gè)強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)關(guān)注3D打印、材料表征和機(jī)械測(cè)試。這種方法將理論概念與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，讓學(xué)生親身體驗(yàn)修改樹脂配方如何影響打印部件的性能。

材料科學(xué)教育新模式

材料科學(xué)與工程系和機(jī)械工程系的瓊和唐納德·布魯爾初級(jí)教授和助理教授Truby 強(qiáng)調(diào)，實(shí)踐學(xué)習(xí)能夠?qū)⒒�礎(chǔ)工程概念與新興工程概念聯(lián)系起來(lái)。該課程的 3D 打印樹脂設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室建立了將工程基礎(chǔ)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的模型。通過(guò)解決復(fù)雜的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，學(xué)生不僅可以加深對(duì)材料科學(xué)的理解，還能增強(qiáng)他們?yōu)閷?shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)材料的能力。

Truby 說(shuō)道：“3D打印技術(shù)需要跨學(xué)科的材料科學(xué)與工程知識(shí)，涵蓋有機(jī)化學(xué)、聚合物物理學(xué)、流變學(xué)和力學(xué)，”特魯比說(shuō)道。他擔(dān)任。該項(xiàng)目獲得了特魯比2023-24年度塞爾獎(jiǎng)學(xué)金以及與喬納森·埃默里教授共同獲得的2023年度墨菲學(xué)會(huì)獎(jiǎng)的支持。

學(xué)生們對(duì)這種實(shí)踐教學(xué)模式的體驗(yàn)非常積極。三年級(jí)本科生Julia Wiater說(shuō)道：“這門課大大超出了我的預(yù)期，提供的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)遠(yuǎn)超預(yù)期�！�

她的同學(xué)Hayden Williams補(bǔ)充道：“我感覺自己擁有了很大的自主權(quán)，這很好，因?yàn)榇蠖鄶?shù)其他實(shí)驗(yàn)課程都側(cè)重于某個(gè)特定的測(cè)試或?qū)嶒?yàn)�！�

△學(xué)生團(tuán)隊(duì)回顧他們的3D打印成果，并討論改進(jìn)樹脂配方的后續(xù)步驟。JosephIMongane

Truby說(shuō)：“在我的所有課程中，我都努力創(chuàng)造學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，讓學(xué)生能夠?qū)�現(xiàn)有的工程基礎(chǔ)知識(shí)與成為現(xiàn)代工程師所必需的新興知識(shí)聯(lián)系起來(lái)。我還鼓勵(lì)學(xué)生將成功和失敗視為學(xué)習(xí)過(guò)程中不可或缺的一部分。傳統(tǒng)的課程不像實(shí)踐項(xiàng)目那樣，能夠讓學(xué)生從失敗中學(xué)習(xí)�！�

Wiater回顧了課堂如何在她與同學(xué)們一起學(xué)習(xí)的同時(shí)培養(yǎng)了她解決問題的能力。Wiater說(shuō)：“這門課程鼓勵(lì)我改進(jìn)解決問題的方法，增強(qiáng)我的關(guān)鍵決策能力，并讓我能夠有效地向更廣泛的受眾傳達(dá)我的想法�！�

在負(fù)責(zé)開發(fā)長(zhǎng)篇實(shí)驗(yàn)室的職責(zé)時(shí)，Evenchik 發(fā)現(xiàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)與學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)同樣有價(jià)值。他說(shuō)：“我學(xué)到的這些技能將會(huì)伴隨我未來(lái)的職業(yè)生涯�！�

關(guān)于西北大學(xué)材料科學(xué)與工程系

西北大學(xué)工程學(xué)院材料科學(xué)與工程系成立于60多年前，是世界上第一個(gè)材料科學(xué)學(xué)術(shù)系，至今仍處于該領(lǐng)域的前沿。我們的研究圍繞四個(gè)對(duì)社會(huì)至關(guān)重要的領(lǐng)域：能源材料、可持續(xù)材料、醫(yī)療材料以及用于材料發(fā)現(xiàn)和表征的人工智能。我們通過(guò)與西北大學(xué)內(nèi)部、國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、博物館和其他外部合作伙伴建立深入的跨學(xué)科合作伙伴關(guān)系來(lái)開展研究。這不僅為研究人員創(chuàng)造了理想的環(huán)境，也為學(xué)生創(chuàng)造了理想的環(huán)境，讓他們接觸到各種各樣的設(shè)施、實(shí)習(xí)和交流機(jī)會(huì)，以及一個(gè)引導(dǎo)他們進(jìn)行研究轉(zhuǎn)化的創(chuàng)業(yè)環(huán)境。