增進3D打印技能培訓(xùn)課程建設(shè) 助推我國工業(yè)創(chuàng)新發(fā)展

葛寶利

摘要：3D打印雖已算不上新技術(shù)，但近幾年突飛猛進的發(fā)展確常常給我們帶來不小的震撼和驚喜，如近期報道：波音公司發(fā)布了首款采用3D打印技術(shù)制造的飛機引擎零件；美國打印出來的小型噴氣發(fā)動機將被安裝到一架遙控飛機上；俄羅斯技術(shù)集團公司以3D打印技術(shù)制造出一架無人機樣機；美國舊金山的Divergent Microfactories（DM）公司推出了世界上首款3D打印超級跑車“刀鋒（Blade）”。尤其是它和物聯(lián)網(wǎng)一起被熱議的所謂工業(yè)4.0寄以了極高的技術(shù)支撐。就如同當(dāng)年的蒸汽機、電子計算機和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)一樣，3D打印技術(shù)對現(xiàn)代工業(yè)和未來人們的生活會帶來怎樣的改變都是不可估量的！

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；科研；課程

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）04-0007-02

人們對3D打印已經(jīng)不覺的新鮮，卻不一定知道它的專業(yè)名稱：增材制造。作為一項制造技術(shù)，3D打印不可能替代傳統(tǒng)制造業(yè)，卻有著傳統(tǒng)制造業(yè)無法企及的優(yōu)勢：個性化、高難度、復(fù)雜技術(shù)等特性。3D打印是傳統(tǒng)制造業(yè)的增益和補充，在前期設(shè)計、建模等階段優(yōu)勢尤其明顯。

3D打印技術(shù)在歐美發(fā)展得非?？?，同時也被應(yīng)用到不同的領(lǐng)域，比如可以打印不同類型的金屬或者用不同顏色的塑料做成不同的模型，比如建筑模型。同時它也被應(yīng)用到制造領(lǐng)域，你可以自己花5000～30000美元買一個3D打印機在家里打印一些東西。筆者自己從網(wǎng)上買過一個3D打印機，打印過一個火箭模型，比手工制作的傳統(tǒng)模型便宜很多。在美國有些人還開辦了3D打印商店，人們可以拿自己的設(shè)計到店里面打印。最近來自美國舊金山的Divergent Microfactories（DM）公司推出了世界上首款3D打印超級跑車“刀鋒（Blade）”。

2015年8月21日下午，國務(wù)院總理李克強主持國務(wù)院專題講座，討論加快發(fā)展先進制造與3D打印等問題。主講者是中國工程院盧秉恒院士，而“聽眾”還包括國務(wù)院副總理、國務(wù)委員，以及各部部長、央企、金融機構(gòu)的負(fù)責(zé)人。第一會議室平日里是召開國務(wù)院常務(wù)會議、討論部署重大政策的地方。今天，它變成本屆政府首次“專題講座”的課堂。這次專題講座題目也很“潮”：先進制造與3D打印。

十八大以來，我國正加速經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整，努力尋求企業(yè)的升級改造。近期的京津冀一體化新布局和我國“十三五”的創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略逐步成為新常態(tài)下，如何發(fā)揮我國工業(yè)整體綜合性強的優(yōu)勢，利用好高校、科研單位眾多人才，加快工業(yè)升級換代、自主創(chuàng)新，以及在我國經(jīng)濟第三次浪潮下的引領(lǐng)作用，3D打印技術(shù)的推廣和開發(fā)無疑是其中的重要推手。

一、3D打印對工業(yè)革命的意義

2013年漢諾威工業(yè)博覽會上，由“產(chǎn)官學(xué)”組成的德國“工業(yè)4.0工作組”發(fā)表了題為《德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略計劃實施建議》，稱物聯(lián)網(wǎng)和制造業(yè)服務(wù)化宣告著第四次工業(yè)革命的到來，同時，也是德國政府《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》確定的十大未來項目之一，并已上升為德國國家戰(zhàn)略，旨在支持工業(yè)領(lǐng)域新一代革命性技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新。德國聯(lián)邦政府投入達2億歐元，借鑒德國版工業(yè)4.0計劃，也是擬議中的中國制造業(yè)頂層設(shè)計——“中國制造2025”的既定方略。2014年10月10日，中國國務(wù)院總理李克強訪問德國期間，中德雙方發(fā)表《中德合作行動綱要：共塑創(chuàng)新》，宣布兩國將開展“工業(yè)4.0”合作。2015年5月19日，國務(wù)院正式印發(fā)了我國實施制造強國戰(zhàn)略第一個十年行動綱領(lǐng)——《中國制造2025》?！吨袊圃?025》劍指工業(yè)4.0。德國工業(yè)4.0項目主要分為兩大主題：一是“智能工廠”，重點研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實現(xiàn)；二是“智能生產(chǎn)”，主要涉及整個企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機互動以及3D技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用等。

二、3D打印技術(shù)科研現(xiàn)狀與趨勢

近年來，“3D打印技術(shù)”似乎成了科技新聞報道中的高頻詞匯。前不久主題為“我國3D打印技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢”的西苑沙龍在京舉行。國內(nèi)外著名大學(xué)、研究機構(gòu)及產(chǎn)業(yè)界的院士、專家、學(xué)者與企業(yè)家代表，各陳所學(xué)，互動交流。

3D打印其實是一個通俗、形象的概念，在學(xué)術(shù)界一般被稱為增材制造、堆積制造、增量制造或快速原型制造?，F(xiàn)在，這一技術(shù)是指基于離散材料逐層堆積的成形原理，依據(jù)產(chǎn)品三維CAD模型，通過軟件與數(shù)控系統(tǒng)將特制材料逐層堆積固化，制造出實體產(chǎn)品的數(shù)字化制造技術(shù)。這是一項融合了計算機軟件、材料、機械、控制、網(wǎng)絡(luò)信息等多學(xué)科知識的綜合性、系統(tǒng)性的技術(shù)。

上世紀(jì)90年代是3D打印技術(shù)蓬勃發(fā)展的時期，至少有十幾種新工藝和新系統(tǒng)設(shè)備先后面世，但3D的快速發(fā)展還是在美國總統(tǒng)奧巴馬提出振興制造業(yè)的戰(zhàn)略之后。其發(fā)展現(xiàn)狀可概括有幾點：（1）從快速原型、工藝輔助等間接制造向零部件直接制造轉(zhuǎn)變；（2）多學(xué)科交叉融合發(fā)展，3D打印應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大；（3）3D打印裝備向產(chǎn)品化、系列化和專業(yè)化方向發(fā)展；（4）形成了相對完整的3D打印制造產(chǎn)業(yè)鏈，3D打印制造裝備也從高端型向普及型快速轉(zhuǎn)變。

我國3D打印技術(shù)與國外基本上同步啟動、同步發(fā)展，國內(nèi)3D打印技術(shù)科研水平也是位居世界前列，但與歐美還有差距?，F(xiàn)已從當(dāng)初的制造業(yè)逐步走向人們的日常生活中。未來幾年，我國3D打印技術(shù)重點圍繞高端工業(yè)產(chǎn)品和大眾個性化消費產(chǎn)品兩大類對象，加強3D打印有關(guān)的基礎(chǔ)理論與成形微觀機理、設(shè)計方法、關(guān)鍵工藝技術(shù)研究，高性能、高精度、高效率工藝裝備研制，以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定。在青島，已成立中德工業(yè)4.0推動聯(lián)盟。首屆世界3D打印博覽會也是在青島舉行的。

前不久，2006年諾貝爾物理學(xué)獎得主喬治·斯穆特（George Smoot）博士來了中國，新浪科技受邀對其進行了專訪。此次斯穆特博士前來的主要身份，既不是諾貝爾獎獲得者，也不是科普作家或者喜劇演員。2015年9月9日下午，喬治·斯穆特博士以投資人的身份出現(xiàn)在了清華科技園的一場發(fā)布會上，宣布與清華科技園孵化的3D打印機開發(fā)企業(yè)O.ME簽約。除了獲得2000萬元人民幣的天使輪融資之外，這家3D打印領(lǐng)域的初創(chuàng)公司還成了斯穆特在中國的第一筆投資。

三、3D打印技術(shù)目前的應(yīng)用領(lǐng)域

3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵在應(yīng)用，目前主要應(yīng)用于：航天航空、汽車等零部件制造、生物醫(yī)療、建筑工程模型、工業(yè)模具制造、人造珠寶飾品等。隨著3D工藝的研究開發(fā)及3D打印的普及，其應(yīng)用領(lǐng)域會不斷擴展。

四、3D打印技術(shù)目前面臨的問題

中國工程院院士盧秉恒曾經(jīng)感慨，我國的3D打印技術(shù)進步很快，但仍然落后于歐美，而落后的原因并不是研發(fā)時間晚了幾年。國內(nèi)企業(yè)在研發(fā)上投入少、底子薄、資金少，制約了研發(fā)投入。此外，政府的支持力度也不夠。

3D打印在技術(shù)和應(yīng)用上存在幾個問題有待解決：第一，怎么檢測。要作為產(chǎn)業(yè)，沒有一個通用的檢測方法可能不行；第二，性能的穩(wěn)定性也需要檢測；第三，尺寸精度也有待提高；第四，組織結(jié)構(gòu)需要研究；第五，效率問題。

大家對3D打印還不太認(rèn)識，了解的人少，直接影響了普及和應(yīng)用。

五、增進3D打印技能培訓(xùn)課程建設(shè)的幾點對策建議

目前，3D打印技能培訓(xùn)及課程設(shè)置在我國各類學(xué)校幾乎還是空白的，各級懂3D打印技能的人才奇缺。各地各級政府和教育機構(gòu)對此還沒有足夠的重視，甚至是還一無所知。

21世紀(jì)，拼的是技術(shù)創(chuàng)新，拼的是人才。人才的培養(yǎng)需要時間，需要有個周期。為了迎接新的工業(yè)革命的到來，為我國的“工業(yè)制造2025”，把3D打印列入學(xué)校課程設(shè)置，把3D打印技術(shù)培養(yǎng)列入高職高專學(xué)校技能培訓(xùn)計劃就顯得極為重要和迫切了。

1.為了3D打印在產(chǎn)、學(xué)、研、用全方位的發(fā)展，我國高職院校應(yīng)與相關(guān)企業(yè)及科研單位聯(lián)合進行3D打印技術(shù)開發(fā)，建立3D打印的打印材料研發(fā)基地，搶占3D打印的制高點。

2.在學(xué)生中加強對3D打印知識方面的普及工作，宣傳國家和地方政府的相關(guān)扶持政策和指導(dǎo)規(guī)劃，激發(fā)學(xué)生對3D打印技術(shù)的興趣和熱情。如：北京已率先啟動了對發(fā)展扶持3D打印產(chǎn)業(yè)政策，3月3日北京科委印發(fā)了《促進北京市增材制造（3D打?。┛萍紕?chuàng)新與產(chǎn)業(yè)培育的工作意見》，其中特別提出到2017年，培育出2～3家3D打印龍頭企業(yè)，10家以上骨干企業(yè)。

3.校際聯(lián)合、校企聯(lián)合，教育相關(guān)部門牽頭，積極爭取組建地方3D打印協(xié)會，整合科研、打印企業(yè)和應(yīng)用制造業(yè)等資源。還應(yīng)定期或不定期的組織3D打印技術(shù)研討會擴大影響，并適時牽頭做制定行業(yè)規(guī)范的前期工作。2012年10月，中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立，這是世界上第一個該產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。

4.結(jié)合“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”，在各類高校的“眾創(chuàng)空間”指導(dǎo)和孵化以3D打印產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)的自主創(chuàng)業(yè)和技術(shù)人員的就業(yè)。

5.各地方教育部門應(yīng)多在科研立項和資金資助方面鼓勵教師及相關(guān)人員和單位做工業(yè)級的3D打印材料基礎(chǔ)研發(fā)和生產(chǎn)，激勵大家積極進行3D打印工藝、技術(shù)開拓和應(yīng)用軟件的開發(fā)，做好自主知識產(chǎn)權(quán)的保護。

6.在高校工業(yè)設(shè)計專業(yè)，特別是高職院校相關(guān)工科專業(yè)增設(shè)3D打印課程，適時開設(shè)其專業(yè)。在中學(xué)試點普及3D打印知識或開設(shè)手工課，籌備組織全市學(xué)生3D打印大賽，為迎接3D打印的快速發(fā)展儲備人才。

7.美術(shù)、藝術(shù)類院校也應(yīng)特別加強對學(xué)生3D打印技術(shù)、技能教學(xué)和培訓(xùn)。利用3D打印技術(shù)復(fù)原古代藝術(shù)品已有明顯探索成效，用3D打印制作影視道具的相關(guān)院校和單位也正在積極籌劃中。