3D打印實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案探析

周淑芳等

摘要：隨著3D打印技術(shù)的迅速發(fā)展，掌握3D打印技術(shù)的人才必然緊缺，那么學(xué)校開設(shè)相關(guān)專業(yè)、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)就顯得尤為重要與迫切。本文結(jié)合職業(yè)院校人才培養(yǎng)特點(diǎn)，從實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的必要性、建設(shè)原則與思路、實(shí)驗(yàn)室功能定位、具體建設(shè)方案等方面進(jìn)行了深入探討。

關(guān)鍵詞：職業(yè)院校；3D打印實(shí)驗(yàn)室；建設(shè)方案

中圖分類號(hào)：G647 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2015）19-0133-03

3D打印技術(shù)是制造業(yè)領(lǐng)域迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)工業(yè)技術(shù)，其原理是快速成型技術(shù)，采用粉末狀可粘合材料，利用疊加原理，逐層打印的方式來構(gòu)造實(shí)體。隨著美國第一支3D打印手槍的誕生，該技術(shù)在世界范圍內(nèi)引起哄動(dòng)，許多企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)、高校紛紛搶抓先機(jī)，加大生產(chǎn)、研究力度。隨著國家及地方政府政策的扶持，與3D打印技術(shù)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)必將蓬勃發(fā)展，而掌握快速成型技術(shù)、逆反工程及加工工藝設(shè)計(jì)的人才也將成為市場緊缺人才。面對(duì)這一現(xiàn)狀，高校開設(shè)3D打印專業(yè)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)就顯得尤為重要與迫切。

實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的必要性

高等職業(yè)院校旨在為社會(huì)培養(yǎng)理論知識(shí)扎實(shí)、實(shí)踐技能過硬的應(yīng)用型高級(jí)專門人才。培養(yǎng)的人才進(jìn)入社會(huì)，無論是從事生產(chǎn)還是做研究，都應(yīng)服務(wù)于社會(huì)的需求。所以，學(xué)校在培養(yǎng)過程中，應(yīng)以社會(huì)實(shí)際需求為準(zhǔn)則，使學(xué)生有更多的機(jī)會(huì)接觸實(shí)際生產(chǎn)過程，了解加工工藝，熟悉多種設(shè)備的應(yīng)用與維護(hù)。因此，學(xué)校要培養(yǎng)社會(huì)需求的高級(jí)技能性人才，必須加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。

1.提高學(xué)生快速成型制造實(shí)踐能力的需要

隨著3D打印技術(shù)的迅速發(fā)展，社會(huì)急需掌握相關(guān)技能的高級(jí)人才。3D打印被稱作是“實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制造的關(guān)鍵技術(shù)”，該技術(shù)涵蓋材料成型、逆向工程、三維數(shù)據(jù)采集技術(shù)、計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備操作與維護(hù)等專業(yè)知識(shí)。要實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)，實(shí)踐教學(xué)比例至少要達(dá)到50%以上，因此學(xué)校要培養(yǎng)3D打印應(yīng)用型人才，實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)十分重要。

2.相近學(xué)科實(shí)驗(yàn)功能擴(kuò)建的需要

實(shí)驗(yàn)室建成后可服務(wù)于學(xué)校相近學(xué)科的實(shí)踐教學(xué)。3D打印技術(shù)廣泛應(yīng)用于模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，因此，如果學(xué)校開設(shè)模具設(shè)計(jì)與制造、工業(yè)設(shè)計(jì)、數(shù)控技術(shù)、藝術(shù)設(shè)計(jì)等專業(yè)，3D打印技術(shù)實(shí)驗(yàn)室可完全服務(wù)于這些學(xué)科的實(shí)踐教學(xué)，既能保證實(shí)踐教學(xué)有序開展，又能保障實(shí)驗(yàn)室的利用率。

3.教學(xué)研訓(xùn)一體化建設(shè)的需要

實(shí)驗(yàn)室功能既要滿足實(shí)踐教學(xué)需要，又要滿足科研及對(duì)外加工服務(wù)需要，集教學(xué)、科研、實(shí)訓(xùn)于一體，堅(jiān)持走產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合的建設(shè)方針。承擔(dān)地方政府或企業(yè)的設(shè)計(jì)、制造任務(wù)，使教師學(xué)生共同參與，提高教師科研能力，保證學(xué)生有大量的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)室建設(shè)原則與思路

基于人才培養(yǎng)目標(biāo)定位及學(xué)校專業(yè)體系設(shè)置，實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)思路是以建立一個(gè)“專業(yè)、特色、創(chuàng)新、實(shí)踐性”實(shí)驗(yàn)室為總體指導(dǎo)思想，既能滿足學(xué)校3D打印專業(yè)方向、模具設(shè)計(jì)與制造、工業(yè)設(shè)計(jì)、藝術(shù)設(shè)計(jì)等專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要及科研需要，又能滿足對(duì)企業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)的需要。實(shí)驗(yàn)室的建立旨在培養(yǎng)一批有知識(shí)，有技術(shù)，貼近實(shí)際需要的，面向快速制造行業(yè)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作等領(lǐng)域的創(chuàng)新性應(yīng)用型人才。

1.建設(shè)原則

第一，構(gòu)建既能滿足教學(xué)，又能滿足科研需要，實(shí)現(xiàn)校企合作，為企業(yè)提供培訓(xùn)條件的綜合性、開放性實(shí)驗(yàn)室。

第二，以實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，促進(jìn)學(xué)校相關(guān)專業(yè)及學(xué)科實(shí)踐教學(xué)體系的改革，提高實(shí)驗(yàn)的開出率。既能實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)性與驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，又能開展綜合性與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。學(xué)生能更全面、更深入地了解專業(yè)核心知識(shí)和技術(shù)，從而更貼近社會(huì)與企業(yè)的實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)專業(yè)人才培養(yǎng)與企業(yè)需求的無縫連接。

第三，帶動(dòng)專業(yè)類科研項(xiàng)目發(fā)展。實(shí)驗(yàn)室的建立，能為教師的科研和學(xué)生的科技創(chuàng)新活動(dòng)提供良好的平臺(tái)，帶動(dòng)專業(yè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目發(fā)展，加強(qiáng)學(xué)生專業(yè)實(shí)踐技能的培養(yǎng)，提高就業(yè)率。

2.建設(shè)思路

第一，實(shí)驗(yàn)室功能集數(shù)據(jù)獲得（三維測(cè)繪）、數(shù)據(jù)處理（三維設(shè)計(jì)）及數(shù)據(jù)輸出（3D打?。┯谝惑w，可結(jié)合學(xué)校已有的數(shù)控機(jī)床，形成一整套設(shè)計(jì)、加工制造產(chǎn)業(yè)鏈。它能提供學(xué)生從認(rèn)知性學(xué)習(xí)到綜合性學(xué)習(xí)的所有教學(xué)條件，讓學(xué)生系統(tǒng)性地進(jìn)行新產(chǎn)品的快速設(shè)計(jì)、快速測(cè)繪和3D打印整個(gè)產(chǎn)品研發(fā)驗(yàn)證環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，獲得解決實(shí)際問題的能力，啟迪探索創(chuàng)新精神，發(fā)揮綜合潛在能力，最大化地提升在3D打印產(chǎn)業(yè)及應(yīng)用行業(yè)的就業(yè)競爭力。

第二，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)分階段、有計(jì)劃地進(jìn)行。第一階段主要完成手持式三維掃描儀、計(jì)算機(jī)及桌面式打印機(jī)的采購配置工作；第二階段主要以建設(shè)工業(yè)級(jí)掃描儀及工業(yè)3D打印機(jī)、測(cè)量儀器為主。分期逐步配置一整套的三維數(shù)字設(shè)計(jì)制造軟、硬件設(shè)施。

第三，以師資隊(duì)伍的建設(shè)為核心，加強(qiáng)人才建設(shè)力度，采取引進(jìn)、進(jìn)修培養(yǎng)、兼職等措施提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍的水平，建設(shè)一支教學(xué)思想先進(jìn)、知識(shí)和年齡結(jié)構(gòu)合理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍。

實(shí)驗(yàn)室功能定位

1.教學(xué)

首先，服務(wù)于工業(yè)設(shè)計(jì)、數(shù)控技術(shù)、模具設(shè)計(jì)與制造等相關(guān)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要；其次，滿足相關(guān)課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)的需要；再次，滿足學(xué)生參加科技創(chuàng)新類活動(dòng)的需要。

2.科研

首先，通過實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，搭建高水平的科研技術(shù)平臺(tái)，充分發(fā)揮學(xué)校特色及教師綜合業(yè)務(wù)水平；其次，利用尖端的各種設(shè)備，輔助師生在快速成型技術(shù)、工藝設(shè)計(jì)及材料等方面完成相關(guān)科研工作，提高學(xué)校在3D打印技術(shù)領(lǐng)域的科技創(chuàng)新能力。

3.對(duì)外服務(wù)

①為企業(yè)解決技術(shù)難題、提供產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的相關(guān)服務(wù)；②承擔(dān)對(duì)外加工任務(wù)，主要面向傳統(tǒng)加工方法難以制造的復(fù)雜類零件加工；③企業(yè)員工技術(shù)培訓(xùn)服務(wù)。

實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案

1.實(shí)驗(yàn)室配置原則

以產(chǎn)品零件（裝配體）測(cè)繪、設(shè)計(jì)、模具、檢測(cè)、制造流程為主線，實(shí)驗(yàn)室按照數(shù)據(jù)采集、逆向設(shè)計(jì)、三維檢測(cè)、3D打印、快速模具、后處理等項(xiàng)目，注重設(shè)備對(duì)創(chuàng)意設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、模具開發(fā)的覆蓋。整體培養(yǎng)學(xué)生綜合的三維數(shù)字化設(shè)計(jì)制造實(shí)操能力。

2.建設(shè)過程

結(jié)合學(xué)校3D打印技術(shù)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的實(shí)際情況，對(duì)如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室建設(shè)總結(jié)如下幾點(diǎn)。

（1）做好資金預(yù)算

關(guān)于3D打印機(jī)的價(jià)格：桌面級(jí)的價(jià)格在8000～20000元不等，工業(yè)級(jí)的按國產(chǎn)和進(jìn)口劃分價(jià)格在幾十萬到上百萬不等。

（2）加強(qiáng)企業(yè)調(diào)研

根據(jù)建設(shè)需要，要走訪相關(guān)3D打印設(shè)備生產(chǎn)制造企業(yè)，了解生產(chǎn)一線資料，綜合多家產(chǎn)品進(jìn)行綜合對(duì)比，選出適合的產(chǎn)品型號(hào)。

（3）規(guī)劃實(shí)驗(yàn)室布局

首先，預(yù)算實(shí)驗(yàn)室面積，選好合適的位置；其次，設(shè)計(jì)布局圖，實(shí)驗(yàn)室布局分為工藝設(shè)計(jì)區(qū)、加工及檢測(cè)區(qū)、討論區(qū)三個(gè)區(qū)域，如下圖所示。設(shè)計(jì)區(qū)：主要擺放計(jì)算機(jī)并安裝工藝設(shè)計(jì)軟件，實(shí)現(xiàn)逆向設(shè)計(jì)、加工工藝設(shè)計(jì)等功能；加工及檢測(cè)區(qū)：完成加工任務(wù)并進(jìn)行精度測(cè)量，主要加工設(shè)備有桌面式3D打印機(jī)、光固化快速成型機(jī)、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)及其他相關(guān)附件，主要測(cè)量設(shè)備有三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、工業(yè)投影儀；討論區(qū)：為學(xué)生提供知識(shí)交流的平臺(tái)，可完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的填寫及疑難問題的討論等。

（4）設(shè)備及軟件配備（見下表）

（5）建設(shè)進(jìn)度和實(shí)驗(yàn)室功能定位

結(jié)合企業(yè)需求及學(xué)校實(shí)際情況，實(shí)驗(yàn)室采取分期建設(shè)。其中一期以國產(chǎn)設(shè)備為主，主要以增強(qiáng)學(xué)生認(rèn)知水平和對(duì)3D打印技術(shù)的了解為目的，功能定位以演示、教學(xué)為主；二期可以考慮投入工業(yè)級(jí)設(shè)備，為學(xué)生技能訓(xùn)練和服務(wù)企業(yè)提供保障，功能定位以教學(xué)、科研、技術(shù)服務(wù)為主。通過一期建設(shè)，實(shí)驗(yàn)室能基本滿足教學(xué)、演示功能，可以用ABS塑料進(jìn)行小型創(chuàng)意產(chǎn)品和零件的制作，進(jìn)行一定的功能驗(yàn)證。

結(jié)語

目前，我國3D打印技術(shù)正迅速發(fā)展，處于技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，勢(shì)必會(huì)造成相關(guān)專業(yè)人才緊缺的現(xiàn)狀。學(xué)校開設(shè)3D打印專業(yè)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，將在最大限度內(nèi)發(fā)揮高校培養(yǎng)3D打印技術(shù)人才的作用，為社會(huì)培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型、技能型的優(yōu)秀人才，這必將對(duì)我國的3D打印產(chǎn)業(yè)起到巨大的推動(dòng)作用。

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