聚焦3D打印技術(shù)在職業(yè)教育中的發(fā)展與現(xiàn)狀

趙訓(xùn)軍

摘 要：3D打印技術(shù)是 20世紀(jì) 80 年代中期發(fā)展起來(lái)的一種高新技術(shù)，在這近30年的發(fā)展中，國(guó)內(nèi)已初步開(kāi)展了3D打印引入職業(yè)課堂的嘗試。由于3D打印在成本，耗材等方面還有待進(jìn)一步發(fā)展與研究，3D打印技術(shù)在職業(yè)培訓(xùn)考核方面的標(biāo)準(zhǔn)尚未確定，因此，3D打印技術(shù)在職業(yè)學(xué)校中還未得到大面積的普及和推廣。但3D打印技術(shù)經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展與進(jìn)步，它在職業(yè)教育方面的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)體現(xiàn)出來(lái)，尤其是在拓展人們的空間想象能力方面。不論是教師還是學(xué)生一旦他們有創(chuàng)新的思維和想法時(shí)，都隨時(shí)可以通過(guò)3D打印技術(shù)去實(shí)現(xiàn)。這使得日后的職業(yè)技能教育變得更為靈活，使得學(xué)生日后不再是被動(dòng)的知識(shí)接受者，而是成為了主動(dòng)對(duì)知識(shí)渴求的探索者。

關(guān)鍵詞：3D；3D打印技術(shù)；職業(yè)教育

中圖分類號(hào)：TP751 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）01-0219-02

1 3D打印機(jī)在職業(yè)教育教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀

為加快推進(jìn)我國(guó)增材（又稱“3D打印”）產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展，從2016年起，工信部開(kāi)始施行3D打印培訓(xùn)師制度，“3D打印培訓(xùn)師認(rèn)證”由國(guó)家工業(yè)和信息化部制定職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、職業(yè)培訓(xùn)及考核體系，并頒發(fā)國(guó)家認(rèn)可的唯一的3D打印培訓(xùn)師證書(shū)。近年來(lái)，部分高校組織編寫(xiě)的“3D打印快速制造系列教材”也取得了可喜的教研成果；尤其是中國(guó)首本職業(yè)教育3D打印培訓(xùn)應(yīng)用教材面世，該教材由上海市公用事業(yè)學(xué)校編輯出版，更代表了中等職業(yè)學(xué)校在3D打印技術(shù)培訓(xùn)方面達(dá)到了一定的高度；3D打印產(chǎn)品也不僅應(yīng)用在了模型制造領(lǐng)域，而且還實(shí)現(xiàn)了實(shí)體零部件直接制造的跨越，上述成果的取得，充分展示了3D打印技術(shù)在教學(xué)研究領(lǐng)域中應(yīng)用的可行性。

2 3D打印技術(shù)在職業(yè)教育教學(xué)領(lǐng)域中的展望

3D打印技術(shù)它屬于機(jī)械制造的一種方式，它是對(duì)機(jī)械制造業(yè)一種有力的補(bǔ)充，它既有機(jī)械制造不可取代的優(yōu)點(diǎn)，但它也有自身的局限性，尤其是在材料，核心技術(shù)等方面都還有很大的提高空間。而目前在職業(yè)教育尤其是中等職業(yè)教育中，與3D打印技術(shù)相關(guān)的具有系統(tǒng)性的教學(xué)資源還較為欠缺，在職業(yè)教學(xué)體系與職業(yè)技能考核體系中，還缺乏與3D打印技術(shù)相關(guān)相配套的環(huán)節(jié)。一些走在時(shí)代前列的職業(yè)院校中，高等院校有些只是將3D打印技術(shù)作為一門(mén)培養(yǎng)興趣的選修課向?qū)W生們介紹，而中等職業(yè)學(xué)校也只是將3D打印技術(shù)作為一種吸引學(xué)生關(guān)注提高招生知名度從而搶占生源的一種手段。經(jīng)過(guò)近三十年的發(fā)展，3D打印技術(shù)在某些制造行業(yè)已經(jīng)比較成熟，但在有些行業(yè)和技術(shù)方面還需要不斷的向前發(fā)展。如果各職業(yè)院校能夠?qū)?D打印技術(shù)融入到各個(gè)學(xué)科中，將能更好地促進(jìn)3D打印技術(shù)的發(fā)展，也將能更好地促使學(xué)生們掌握各專業(yè)的相關(guān)知識(shí)。如：機(jī)械制造專業(yè)的學(xué)生可以用它打印出自己設(shè)計(jì)的機(jī)械產(chǎn)品原型；動(dòng)漫制作專業(yè)的學(xué)生可以用它很方便的打印出自己設(shè)計(jì)的動(dòng)漫實(shí)體模型；幼師教育專業(yè)的學(xué)生可以用它來(lái)打印出自己所設(shè)計(jì)出的供幼兒園小朋友觀察的手工工藝品；平面設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生可以用它來(lái)制作3D版本的藝術(shù)品；食品類專業(yè)的學(xué)生可以用它設(shè)計(jì)食物的產(chǎn)品造型；汽車(chē)制造專業(yè)的學(xué)生可以用它打印各種各樣便于測(cè)試的汽車(chē)實(shí)體部件；金屬材料專業(yè)的學(xué)生可以打印出便于觀察研究分析的金屬材料模型；微生物專業(yè)的學(xué)生可以打印出細(xì)胞、病毒、器官，和其他重要的生物樣本，等等。

3 3D打印技術(shù)在職業(yè)教育教學(xué)課堂中的應(yīng)用

3D打印技術(shù)在實(shí)驗(yàn)課堂的教學(xué)過(guò)程中一般都能發(fā)揮著非常重要的作用。用3D打印機(jī)可以根據(jù)教師的自己的需求打印出各式各樣的教學(xué)模型，在不同系別不同專業(yè)的課堂里，可以盡情使用。如機(jī)械專業(yè)的教師在介紹螺桿螺母結(jié)構(gòu)或運(yùn)動(dòng)原理的時(shí)候，可以摒棄過(guò)去采用簡(jiǎn)單掛圖或二維圖片展示的傳統(tǒng)教學(xué)模式，而使用3D打印技術(shù)生產(chǎn)出多種不同類型的螺桿螺母，在課堂上現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行演示。這不僅使得學(xué)生能更加直觀地了解該物品結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)原理，而且還能增強(qiáng)學(xué)生的感知能力和實(shí)際動(dòng)手能力。如汽車(chē)維修專業(yè)的教師在授課時(shí)，一些簡(jiǎn)單的汽車(chē)零部件的制作，教師都可以找到合適的方法或相關(guān)教具進(jìn)行展示，但在面對(duì)復(fù)雜的汽車(chē)零部件進(jìn)行維修講解時(shí)，則要求學(xué)生們充分發(fā)揮自己的想象力才能進(jìn)行了解，隨著師資培訓(xùn)水平的不斷提高，部分教師能夠運(yùn)用多媒體課件，三維動(dòng)畫(huà)等向?qū)W生們進(jìn)行展示。而如今通過(guò)3D打印技術(shù)則可以將較為復(fù)雜的汽車(chē)零部件切切實(shí)實(shí)、栩栩如真地呈現(xiàn)在學(xué)生們的面前，讓學(xué)生們可以看得見(jiàn)，摸得著，不僅加深了學(xué)生們?cè)谡n堂學(xué)習(xí)的印象，而且激發(fā)出了學(xué)生們對(duì)高科技領(lǐng)域進(jìn)行不斷思索的興趣。

4 3D打印技術(shù)在職業(yè)教育教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

3D打印技術(shù)在中等職業(yè)教育或者是基礎(chǔ)教育中，所帶來(lái)的最明顯的效果就是可以任意呈現(xiàn)特定的物體，使學(xué)生獲得了深度的感知力，尤其是對(duì)于那些沒(méi)有足夠教學(xué)模型或教具的學(xué)校來(lái)說(shuō)，這個(gè)優(yōu)勢(shì)更為明顯。3D打印出來(lái)的教具模型產(chǎn)品，相對(duì)于在教具市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)一個(gè)昂貴的教具供學(xué)生觀摩，則顯得更為經(jīng)濟(jì)合理，對(duì)促進(jìn)學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)的認(rèn)知力更為有效。在制造行業(yè)，“3D打印技術(shù)”的影響正在日益凸顯。英國(guó)《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)將與數(shù)字化生產(chǎn)模式一起推動(dòng)實(shí)現(xiàn)新的工業(yè)革命，該雜志還將3D打印技術(shù)列為第三次技術(shù)革命范疇；美國(guó)《時(shí)代》周刊也已將3D打印產(chǎn)業(yè)列為“美國(guó)十大增長(zhǎng)最快的工業(yè)”。因此，3D打印機(jī)在職業(yè)教育行業(yè)中的使用，將會(huì)如同3D打印技術(shù)在機(jī)械行業(yè)中所起的變革作用一樣，它將會(huì)無(wú)形之中改變傳統(tǒng)的教育模式，無(wú)形之中促使教育方式自主進(jìn)行變革，而這樣將會(huì)更有利于開(kāi)發(fā)學(xué)生們的發(fā)散思維能力，從而最終提高他們?cè)趧?dòng)手設(shè)計(jì)與制造方面的能力。當(dāng)學(xué)生們能隨時(shí)將在腦海中抽象的想法用3D打印機(jī)去實(shí)現(xiàn)時(shí)，這將不僅僅會(huì)提高了學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，而且還能夠有效地培養(yǎng)他們?cè)诟呖萍碱I(lǐng)域的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造力。

5 3D打印技術(shù)在未來(lái)職業(yè)教育教學(xué)領(lǐng)域中的展望

盡管3D打印技術(shù)在職業(yè)院校的應(yīng)用中還面臨著投資大耗材貴，投資回報(bào)率低，精度質(zhì)量不穩(wěn)定，材料的種類和性能還不成熟，機(jī)械設(shè)計(jì)能力還有所限制，產(chǎn)品后期處理有難度，專業(yè)技術(shù)人員還相對(duì)缺失，產(chǎn)品打印效率和尺寸規(guī)格不夠理想，本地產(chǎn)業(yè)鏈的完整度不夠，3D產(chǎn)品市場(chǎng)認(rèn)可低，3D產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)管缺失以及三維建模培訓(xùn)難等方面的問(wèn)題。另外，要如何選擇安全無(wú)毒且合適的材料進(jìn)行3D打印，如何選擇加工精度高、加工效率高且價(jià)格低廉的打印機(jī)，以及如何能讓每一個(gè)專業(yè)的任課教師快速掌握三維建模軟件相關(guān)操作的專業(yè)技能等方面的問(wèn)題，都是3D打印技術(shù)方面需要克服的困難和挑戰(zhàn)。但是隨著3D打印機(jī)向著精密化、智能化、通用化模塊化和資源共享化的方向發(fā)展，3D打印技術(shù)在職業(yè)教育教學(xué)資源的研發(fā)創(chuàng)新成本、創(chuàng)新研發(fā)周期將會(huì)極大的降低。3D打印技術(shù)由于簡(jiǎn)化或省略了工藝準(zhǔn)備、試驗(yàn)等環(huán)節(jié)，它在職業(yè)教育教學(xué)資源中的所需要的數(shù)字化設(shè)計(jì)方案，制造與分析水平已經(jīng)達(dá)到了高度的一體化，因此，職業(yè)教育教學(xué)資源將可以實(shí)現(xiàn)“今日需要資源，明天得到成品”。

6 3D打印技術(shù)在未來(lái)就業(yè)領(lǐng)域中的規(guī)劃與展望

在高等職業(yè)教育中，3D打印技術(shù)主要是以研發(fā)為主，尤其是金屬材料應(yīng)用領(lǐng)域，由于3D打印機(jī)所需的材料比較特殊，特別是金屬材料需要以液體的形成儲(chǔ)存在打印機(jī)，經(jīng)過(guò)打印機(jī)的打印，將材料通過(guò)黏合生產(chǎn)出固態(tài)的物體（如圖一）。使用此種材料的效果如何，成本如何都要仔細(xì)考慮，因此3D打印技術(shù)適合什么樣的材料是本專業(yè)學(xué)生要學(xué)習(xí)和研究的問(wèn)題，這也是該類專業(yè)畢業(yè)生在將來(lái)的就業(yè)領(lǐng)域中需要側(cè)重研究探討的問(wèn)題。在中等職業(yè)教育中，尤其是對(duì)于機(jī)械加工專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，從學(xué)生所掌握的專業(yè)知識(shí)情況和各學(xué)校自身的經(jīng)濟(jì)因素等方面的綜合考慮，選用的3D打印技術(shù)一般是采用熔融層積技術(shù)（簡(jiǎn)稱FDM）進(jìn)行生產(chǎn)的設(shè)備（如圖二），該類設(shè)備的3D打印耗材一般都是采用低成本的PLA或ABS塑膠材料，因此如何提高產(chǎn)品的加工精度，穩(wěn)定性以及打印效率都將是該類專業(yè)的學(xué)生需要努力學(xué)習(xí)的地方，同時(shí)如何提高學(xué)生自身在3D打印技術(shù)專業(yè)方面的實(shí)際操作職業(yè)技能，也是該類畢業(yè)生在今后的就業(yè)領(lǐng)域中所要長(zhǎng)遠(yuǎn)思考的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1]余振新主編.3D打印培訓(xùn)應(yīng)用教材[M].中山大學(xué)出版社，2016，8.

[2]王永信主編.3D打印快速制造[M].西安交通大學(xué)出版社，2014，5.

[3]羅軍主編.中國(guó)3D打印的未來(lái)[M].東方出版社，2014，6.

[4]楊偉群著.3D設(shè)計(jì)與3D打印[M].清華大學(xué)出版社，2015，4.