1、职业院校开展 3D 打印技术的课程教学实践与研究摘 要 3D 打印随着关键技术的进步，以及社会发展的需求，被广泛地应用于各行各业。3D 打印行业用人需求不断扩大，职业教育开展 3D 打印技术教学，为社会培养 3D 打印技术应用型技能人才尤为重要。主要介绍了开展 3D 打印技术教学的实践经验，对 3D 打印技术的核心课程提出建设性意见，为职业院校开设 3D 打印技术课程提供参考。关 键 词 3D 打印；职业教育；教学实践；课程建设中图分类号 G712 文献标志码 A 文章编号 2096-0603（2018）14-0176-02一、引言随着产业的升级，特别是围绕工业 4.0、中国制造 2025等要
2、求，社会需要大批高素质技能人才，蕴含着职业教育加速发展的巨大潜力，要求职业院校师生具备创新的精神与能力。职业学校开展 3D 打印技术课程的教学，推进课程建设适应新技术、新模式、新业态的发展，以课程创新推动职业学校教育教学改革与创新、提升办学质量。二、3D 打印技术的发展概况3D 打印以数字模型为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式构造物体的技术。3D 打印技术可以制造任意复杂的三维几何实体，通过离散或堆积成型的原理，将十分复杂的三维制造过程简化为二维过程的叠加，成型过程无需专用工具或夹具，通过对 CAD 模型的修改重组就可获得新零件的设计和加工信息。3D 打印技术有高度集
3、成的特点，集成了 CAD、CNC、激光、材料等技术，对设计约束越来越小、工件制造技能低、可由逆向工程实现精确复制，3D 打印技术在各个领域都有越来越广泛的应用1。三、开展 3D 打印技术教学的重要性与迫切性（一）从人才需求角度出发我国 3D 打印行业的快速发展和广阔的市场前景，使越来越多的企业开始涉足其中，相应的企业对 3D 打印专业人才的需求也越来越旺盛。目前我国 3D 打印行业的专业人才缺口超过千万，制造行业对 3D 应用人才需求最大，且需求还在不断攀升。我国 3D 打印行业所需人才按分工不同可以大致分为：上游技术和材料研发企业所需的 3D 打印技术研究、材料开发人才；中游设备生产商所需的
4、 3D 打印机生产研发人才；下游服务商所需的 3D 打印机营销、售后服务以及 3D 打印服务等方面的技术应用人才。面向机械、模具、机电设备制造、汽车、家具和玩具制造等企业，培养具有基本的科学文化素养、良好的职业道德、较强的就业能力和一定的创业能力，从事 3D 打印设备操作、3D 打印设备装配维修、设备销售、新产品的手板制作、产品设计、个性化定制创业等工作的技术应用人才，显得尤为重要以及迫切2。（二）从 3D 打印创新角度出发3D 打印技术在模具制造、工业设计、珠宝、鞋类、建筑、工程和施工、汽车、航空航天、牙科和医疗产业、教育以及其他领域都有越来越广泛的应用。由于拥有传统制造业所不具备的优势，3
5、D 打印技术被看成第三次工业革命的使者。在全球范围内，3D 打印正在掀起一轮技术革新热潮。为应对新一轮科技革命和产业变革，我国制定中国制造2025，坚持创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展，加快从制造大国向制造强国的转变。在进入“工业 4.0”时代的今天，信息化广泛而深入地融合到各行业，作为最能体现“工业 4.0”特点的 3D 打印技术，如何推动我国创新设计水平提升，从而促进我国从制造大国向制造强国转型，成为当下的重要课题。（三）从教学改革角度出发国家增材制造产业发展推进计划（2015-2016 年）将 3D 打印技术发展规划推到国家战略高度，特别强调了 3D 打印教育的推广和普及，加快 3
6、D 打印技术人才的培养，鼓励院校与企业联合办学或建立 3D 打印人才培训基地。围绕职业院校学生 3D 打印创新教育的展开，结合国内教育特点及其与国际教育的差距，学生普遍存在的想象力和创造力不足等问题，提倡创客教育以数字化工具为基础，采用项目式学习方式，有真实产品产出，强调学习与现实的联系，培养学生的创新思维和动手能力。3D 打印设备作为目前安全、经济、智能的创新造物手段，是培养学生创造力最理想的工具，有望成为我国教育改革的新引擎。据了解，国内外已掀起创新教育热潮，各地教育机构及校外培训机构纷纷涉足创客教育领域3。四、3D 打印技术教学的实践随着技术的发展，企业对 3D 打印技术人才需求越来越大
7、，广州市轻工职业学校围绕中国制造 2025等要求，开设 3D 建模与打印技术专业，蕴含着职业教育加速发展的巨大潜力，为社会培养高素质技能人才。广州市轻工职业学校 3D 建模与打印技术专业目前拥有 3 个班共 120 名学生，新建成 3D 打印实训中心，包括三维设计室、FDM 打印操作室、SLA 打印操作室、装调与后处理室等，配备各种不同型号 3D 打印设备与 3D 扫描仪超过 30台，开设了产品建模、逆向建模、3D 打印技术综合应用等课程4。同时，开设了 3D 打印兴趣社团，组织参加会展、走进社区等丰富多彩的活動。3D 建模与打印技术专业师生积极参加各项比赛，在 2015 年全国机械职业院校“
8、三维数字建模与制图”技能大赛获得二等奖，在 2016 年、2017 年广州市青少年 3D 打印创意设计比赛中均获得一等奖，在 2018 年广东省职业院校技能大赛中职组 3D 打印赛项中获得二等奖等优异成绩。3D 打印是极具前景的专业，应培养更多精于技术、善于创新的技能创新人才，推进专业建设，适应新技术、新模式、新业态的发展。五、3D 打印技术核心课程建设的研究（一）机械设计与 3D 打印技术工学结合课程培养学生的工程计算能力和简单机械的零部件的设计能力，同时结合 3D 打印技术进行制作，也为后续课程学习打下基础。熟悉常用机构、常用机械传动及通用零部件的工作原理、特点、应用、结构和标准，掌握常用
9、机构、常用机械传动和通用零部件的选用和基本设计方法，具备正确分析、使用和维护机械的能力，初步具有设计简单机械传动装置的能力。结合 3D 打印机，分析掌握 3D 打印的工作原理、打印机分类、打印机装调与简单故障排除等相关技术，进行机械结构设计与 3D 打印制作。（二）产品设计与 3D 打印技术工学结合课程该课程不仅包括对产品功能、结构、材料、工艺以及产品形态、色彩、表面处理、装饰工艺等方面的设计，同时 3D 打印机作为课程实验设备，基于项目式教学形式，通过课程的学习，学生需要掌握如何应用三维设计软件来表达头脑中的创意，并通过操作 3D 打印机等最新的数字化制作设备把自己丰富多彩的创意变成实物。本
10、课程的目的就是让学生全面了解技术与艺术、设计与审美文化的相互关系，拓宽学生视野，改善知识结构，培养学生的创新能力，使其能与 3D 打印技术专业的知识有机结合起来。通过本课程的学习，使学生对工业产品造型设计的具体运作过程有一定的了解和兴趣，为学习后续的专业课程及从事 3D 打印技术相关工作打下基础。（三）逆向建模与 3D 打印技术工学结合课程逆向技术，主要是针对于正向工程而言。正向工程是从产品设计到产品生产，是一种“从无到有”的设计过程，而逆向工程则是对一种产品设计技术再现的过程，即通过一定的技术和手段对产品进行逆向分析和探究，通过数字化设备和技术以及 CAD 等制图软件构造曲面或者实体，形成一
11、个三维模型，进而演绎并且得出该产品的生产流程、功能特点、结构特征以及技术规格等设计要素，最终制作出功能相近但又和原产品不同的一种“从有到新”的设计过程。开设逆向建模与 3D 打印技术工学结合课程，主要内容有 3D 扫描技术概论、3D 扫描仪基本原理、3D 扫描仪的基本操作、Geomagic 系列软件应用、逆向建模及3D 打印制作。学习后能使用三维扫描仪对手板、样品、模型进行扫描，收集模型数据，使用逆向造型软件重构三维模型，最后能运用 3D 打印机对逆向原模型进行复制5。（四）3D 打印技术综合应用工学结合课程能够把前面课程所学的知识，如机械设计、产品设计、逆向建模与 3D 打印技术相结合，基于
12、项目式教学模式，学生通过设计研讨与启发，运用机械设计与制造的相关知识，设计产品功能与结构；从材料、结构、工艺以及产品形态、色彩、表面处理等方面进行外观设计；使用三维软件进行建模，然后用 3D 打印机进行工件的制作、组装；在此过程中，需要对 3D 打印机进行装调、故障排除等步骤熟练的操作。对 3D 打印完成的产品，进行分析与改进，利用逆向技术，使用 3D 扫描仪采集数据与逆向建模软件进行点云处理及逆向建模；使用 3D 打印设备进行产品复制与改造。最后，把整个产品的设计阶段、制作阶段、逆向改进阶段等过程总结为产品報告书。六、结语为适应经济社会发展需要，深化教育综合改革，更需要让职业院校师生也具备创
13、新的思维与能力。开展 3D 打印技术的课程，经过 3D 打印项目式教学的实践，把创新思维转化为实际成果，并融入教育教学工作中。以 3D 打印技术的核心课程建设为载体进行教学研究与实践，推进课程建设适应新技术、新模式、新业态的发展。职业院校开展 3D 打印技术教学，为社会培养了 3D 打印技术应用型技能人才，满足了 3D 打印行业不断扩大的用人需求。参考文献：1国家增材制造产业发展推进计划（2015-2016 年）发布J.印刷技术，2015（8）：13-17.2杨三艳.浅谈 3D 打印技术在机械类课程教学中的应用J.职业教育研究，2014（10）：166-168.3李彬.3D 打印技术在任务驱动教学法中的应用J.考索探微，2015（5）：211-212.4罗烽.开设逆向工程实训课程的探索J.现代教育技术，2011（5）：145-148.5王克欣，张红哲，梁延德，等.工程训练中设置“3D 打印技术”实训课程的研究J.实验室科学，2015（4）：138-140.
