3D打印技術(shù)在機(jī)械類專業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中的應(yīng)用研究

張金錚　袁明新　金琦淳　陶麗佳　卞翔

摘要：本研究提出了基于3D打印技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)新方法，并針對3D打印技術(shù)在機(jī)械制造專業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)過程中的具體應(yīng)用以及存在的問題進(jìn)行了探討，通過教學(xué)實(shí)踐證明了應(yīng)用創(chuàng)新雙結(jié)合的人才培養(yǎng)模式的可行性。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；機(jī)械專業(yè)；應(yīng)用創(chuàng)新型人才；培養(yǎng)方法

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）51-0004-02

近年來，《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃》和《中國制造2025》相繼出臺[1，2]，我國在提出促進(jìn)制造產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和提質(zhì)增效的同時(shí)，強(qiáng)調(diào)了利用以3D打印技術(shù)為代表的先進(jìn)制造技術(shù)給傳統(tǒng)制造業(yè)注入新活力的重要性，以期快速推進(jìn)和強(qiáng)化以先進(jìn)制造技術(shù)為核心的產(chǎn)品制造行業(yè)的綜合競爭力。其中，高校應(yīng)用創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)對于提高我國產(chǎn)品制造行業(yè)的競爭力起到至關(guān)重要的作用。在新工科建設(shè)背景下，各高校對于應(yīng)用創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)都給予了充分的重視，開展了廣泛深入的應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐[3-5]。本文主要針對3D打印技術(shù)在機(jī)械類專業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)過程中的具體應(yīng)用以及存在的問題進(jìn)行了探討。結(jié)合江蘇科技大學(xué)機(jī)電與動力工程學(xué)院目前的人才培養(yǎng)現(xiàn)狀，在教學(xué)實(shí)踐過程中探索并形成了專業(yè)知識、軟件操作技能和3D打印設(shè)備應(yīng)用技能三位一體的應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)新方法，并通過教學(xué)實(shí)踐證明了應(yīng)用創(chuàng)新型雙結(jié)合的人才培養(yǎng)模式的實(shí)施效果。

一、基于3D打印技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)新教育目標(biāo)

人才培養(yǎng)目標(biāo)：（1）給當(dāng)?shù)孛媾R熟練技術(shù)工人嚴(yán)重不足等問題的中小企業(yè)和研發(fā)機(jī)構(gòu)輸送技術(shù)人才。（2）給當(dāng)?shù)孛媾R技術(shù)壁壘的醫(yī)療器械生產(chǎn)企業(yè)和研發(fā)機(jī)構(gòu)輸送技術(shù)人才，以期能夠在仿人體骨骼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和仿人體骨骼材料研發(fā)上實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。（3）培養(yǎng)3D打印技術(shù)研發(fā)人才和3D打印設(shè)備研發(fā)人才。

二、基于3D打印技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐

2015年，江蘇科技大學(xué)數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造實(shí)驗(yàn)室建立，主要為對增材制造技術(shù)和機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)有濃厚興趣的學(xué)生提供創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐活動平臺。具體實(shí)施過程中，實(shí)驗(yàn)室教師討論形成了基于3D打印技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)方案（圖1），并按照既定培養(yǎng)方案實(shí)施人才培養(yǎng)計(jì)劃。

實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行模式采用學(xué)生為主體、指導(dǎo)老師引導(dǎo)的方式。學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后由教師有計(jì)劃地開展創(chuàng)新教育實(shí)踐活動，在完成人才培養(yǎng)計(jì)劃中重要專業(yè)課程的基礎(chǔ)上，繼續(xù)進(jìn)行機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)和工業(yè)設(shè)計(jì)等課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生在頭腦中構(gòu)建起機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維模型。與此同時(shí)，加強(qiáng)學(xué)生利用工程軟件進(jìn)行工程制圖、基于三維的機(jī)械設(shè)計(jì)、虛擬樣機(jī)構(gòu)建及有限元分析、計(jì)算機(jī)輔助制造等方面綜合能力。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)前期布置的項(xiàng)目課題和具體的項(xiàng)目分工，針對機(jī)器人行走裝置設(shè)計(jì)、移動平臺開發(fā)和農(nóng)業(yè)采摘類機(jī)器人等相關(guān)課題開展具體的設(shè)計(jì)工作，并利用實(shí)驗(yàn)室配備的3D打印設(shè)備完成自主設(shè)計(jì)產(chǎn)品關(guān)鍵零部件的制造和試驗(yàn)樣機(jī)的搭建。

例如，學(xué)生自主完成的“四足機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與動態(tài)仿真”課題項(xiàng)目，項(xiàng)目的靈感來源于指導(dǎo)教師橫向科研課題中的子課題。課題進(jìn)展過程中，學(xué)生在前期調(diào)研基礎(chǔ)上提出四足機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)方案，利用Solidworks完成建模，在ADAMS環(huán)境下構(gòu)建虛擬樣機(jī)并完成了運(yùn)動仿真分析。試驗(yàn)樣機(jī)的制作主要是基于實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的3D打印設(shè)備完成，如圖2。實(shí)驗(yàn)室學(xué)生通過完成畢業(yè)設(shè)計(jì)、參加各種創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐活動以及各級別大學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)制造競賽，實(shí)踐能力得到了很好地鍛煉，同時(shí)也檢驗(yàn)了基于3D打印技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)方法的實(shí)際效果。

三、結(jié)論

在新工科建設(shè)背景下，本研究在教學(xué)實(shí)踐過程中探索并形成了基于3D打印技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)新方法，把3D打印技術(shù)融入到機(jī)械專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的過程中，并通過實(shí)踐證明了應(yīng)用型和創(chuàng)新型雙結(jié)合的人才培養(yǎng)方法的可行性。雖然創(chuàng)新人才的培養(yǎng)取得了初步成效，此方法在實(shí)施過程中也應(yīng)不斷迎合增材制造技術(shù)發(fā)展的趨勢，以培養(yǎng)更適合現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展需要的技術(shù)人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃衛(wèi)東.建設(shè)增材制造（3D打印）技術(shù)的科技、教育與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的系統(tǒng)工程[J].改革與開放，2014，（15）：7-10.

[2]李拓宇，李飛，陸國棟.面向中國制造2025的工程科技人才培養(yǎng)質(zhì)量提升路徑探析[J].高等工程教育研究，2015，（06）：17-23.

[3]冷崇杰，項(xiàng)輝宇.構(gòu)建“做中學(xué)”培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新型人才的新教學(xué)模式[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013，30（09）：153-155+165.

[4]劉玉榮，韓濤，張進(jìn)，等.基于協(xié)同育人理念培養(yǎng)材料類應(yīng)用創(chuàng)新型人才的探索與實(shí)踐[J].教育現(xiàn)代化，2018，5（10）：5-6+12.

[5]吳麗波.基于CDIO模式的應(yīng)用型本科創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式研究[J].時(shí)代農(nóng)機(jī)，2017，44（12）：176-177.