3D打印技術在珠三角地區(qū)高職院校的應用實踐研究

朱姝

摘? 要 隨著《中國制造2025》的提出，3D打印技術高技能人才的需求日益擴大。作為珠三角地區(qū)中下游企業(yè)人才培養(yǎng)的主力軍，高職院校還未跟上產(chǎn)業(yè)轉型的需求。通過對珠三角有代表性的高職院校的調查研究，明確珠三角制造業(yè)的人才培養(yǎng)新需求，選擇適宜高職院校的3D打印技術材料，提出高職院校3D打印專業(yè)建設的新思路，對珠三角地區(qū)3D打印技術髙技能人才的培養(yǎng)做出一定的探索。

關鍵詞 3D打印技術;高職教育;高職院校;中國制造2025;智能化教學環(huán)境;實訓基地

中圖分類號：G712? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）02-0008-04

Application of 3D Printing Technology in Higher Vocational Colleges of Pearl River Delta//ZHU Shu

Abstract With the Made in China 2025 plan proposed， the demand of skilled people with 3D printing technology is increasing day by day. As the main force of talent training for enterprises in the Pearl River delta， especially for small and medium enterprises， the higher vocational colleges have not kept up with the needs of industrial transformation. Through the investigation of representative higher vocational colleges， give the suggestions of how to choose the suita-ble 3D printing material for higher vocational colleges in this thesis. And also give new ideas of 3D printing specialty construction to it.

Key words 3D printing technology; higher vocational education;

higher vocational colleges; made in China 2025; intelligent teaching environment; training base

1 前言

隨著實施制造強國戰(zhàn)略《中國制造2025》的提出，我國正式進入制造強國建設的第一個十年，3D打印技術的應用進入高速增長期，開始成為推動制造業(yè)轉型升級的主力軍。3D打印技術作為制造業(yè)“具有工業(yè)革命意義的制造技術”，不僅帶來技術上的變革，更是帶來產(chǎn)業(yè)政策、產(chǎn)業(yè)結構、行業(yè)布局、行業(yè)標準的變化。珠三角地區(qū)作為我國制造業(yè)發(fā)展的重要陣地，3D打印技術正是推動其產(chǎn)業(yè)轉型升級的重要推手。因此，3D打印技術的快速發(fā)展也為珠三角地區(qū)高職院校的發(fā)展提出挑戰(zhàn)。

2 3D打印技術對珠三角地區(qū)高職教育提出新需求

3D打印技術對珠三角地區(qū)高職教育人才培養(yǎng)信息環(huán)境的改變提出新需求? 3D打印技術又被稱為增材制造技術，它突破了傳統(tǒng)材料學減材制造的思維，可以快速成型，不僅節(jié)省了制造的時間，也節(jié)省了制造的人力和物力，為其進入教育領域提供了可能。早在2014年，美國的NMC地平線項目就對3D打印技術在高等教育中的現(xiàn)狀和未來趨勢進行了研究，對3D打印技術在教育領域的發(fā)展趨勢做出大膽預測。2016年，英國安格利亞魯斯金大學開始將3D打印技術引入研究生教育中，對其在研究生教育中的應用進行嘗試和研究，已經(jīng)取得初步成果。我國高職教育培養(yǎng)的是基礎理論知識適度、技術應用能力強、知識面較寬、素質高的應用性專門人才。將3D打印技術引入高職教育，構建我國高職教育的信息化環(huán)境，提升人才培養(yǎng)的質量，適應我國制造業(yè)強國發(fā)展的戰(zhàn)略，是3D打印技術對我國高職教育提出的基本需求。

3D打印技術對珠三角地區(qū)高職教育人才培養(yǎng)的創(chuàng)新提出新需求? 3D打印技術作為產(chǎn)業(yè)結構深度調整的重要推手，帶來的不僅是信息環(huán)境的改變，更是專業(yè)教育核心內(nèi)容的深度調整。3D打印技術應用于高職教育，不僅會帶來高職教育的發(fā)展，也會帶來一些相應的問題。3D打印技術會帶來新的發(fā)展，包括高職教育的新思維和新特征、高職教育的新內(nèi)涵和新內(nèi)容、高職教育的新要求和新標準，這些新生的變革對珠三角地區(qū)高職院校的人才培養(yǎng)提出新的需求。同時，3D打印技術會也帶來新的不適應性，包括教育方法的不適應性、教育手段的不適應性和人才培養(yǎng)的不適應性，這些新生的問題也一樣對珠三角地區(qū)高職院校的人才培養(yǎng)提出新的需求。

3 3D打印技術在珠三角高職教育中的工藝和材料選擇

熱塑性高分子材料和熔融沉積成型工藝? 應用3D打印技術為高職教育營造新型信息化環(huán)境，改進教師的教育方法，提升高職院校學生的學習積極性，從而提升教學質量，是3D打印技術為高職教育帶來的最基本的變革。營造智能化教學環(huán)境，提升珠三角地區(qū)高職教育的整體教學環(huán)境，對3D打印技術提出的第一個要求是技術難度的可控性。較高的技術難度為作為教育實施主體的教師帶來學習的難度和應用的難度，不利于廣大的教師學習。

在調研中發(fā)現(xiàn)，在“在教學中應用3D打印技術，你最先考慮以下哪個因素”的回答中，45%的教師選擇了3D打印技術的難度，26%的教師選擇了3D打印技術的成本。在與高職院校教師面對面的座談中，發(fā)現(xiàn)教師最先考慮技術難度的原因是，大部分教師認為自己沒有材料學、藝術學和機械學的基礎知識，所以會難以掌握3D打印技術，即使掌握了也難以在課堂上熟練應用。在“你認為你會非常熟練地掌握3D打印技術嗎”的回答中，僅有2%的教師選擇了會非常熟練地掌握3D打印技術，16%的教師選擇了會熟練掌握，72%的教師選擇了可能會熟練掌握，可見3D打印的技術難度會極大地抑制教師改進教學環(huán)境的積極性。因此，在3D打印技術的普及應用中，挑選技術難度較低，降低技術難度的門檻，便于高職教師熟練掌握并應用，是選擇3D打印技術工藝和材料的重要考慮項。

熔融沉積成型工藝技術難度相對較低，較廣泛地應用于低端入門級的3D打印設備，適于基礎較為薄弱的教育者使用。其次，性價比上的可控性是高職教育對3D打印技術的第二個要求。調研中發(fā)現(xiàn)，“您對3D打印技術的材料要求更關注哪一方面”的回答中，15%的教師選擇了價格因素，56%的教師選擇了穩(wěn)定因素，21%的教師選擇了安全性因素。對這些調研數(shù)據(jù)，從表面上看，會造成一種教師較為關注打印效果的錯覺，但是在“您是否接受適當?shù)亟档痛蛴》€(wěn)定性，用以減少打印的成本”的回答中，高達62%的教師選擇了可以。在后期面對面的座談中，發(fā)現(xiàn)較大一部分教師認為價格的因素應該更多地由學校管理層來進行控制，比如設備處、財務處等，而不是由使用者來考慮，因此，教師更多地考慮了穩(wěn)定性因素。同時，高職教師也認為如果3D打印的成本可以降低，會更利于學校大規(guī)模地采購和引進3D打印技術，為3D打印技術的普及和推廣提供了可能性。從中可以看出，在高職教育中選擇3D打印技術，不能一味地追求打印效果，而更應該考慮3D打印的性價比問題，這樣才有利于建設普遍性的智能化教學環(huán)境。

熔融沉積成型工藝技術采用ABS、PLA等熱塑性高分子為耗材，這些材料的價格相對低廉，而且在正常的室溫環(huán)境下，對常溫環(huán)境下的濕度、熱度、暴曬等都表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，可以長期在室溫下儲存。雖然從產(chǎn)品的精度和強度來看，熔融沉積成型工藝的表面比較粗糙且韌性不足，觀賞性和實用性都有所降低，但是從高職教師和學生的需求來看，其性價比較高，可以滿足構建普遍性的教育環(huán)境的需求。綜合技術門檻和性價比考慮，熔融沉積成型工藝和熱塑性高分子材料，由于價格低廉、入門難度低、穩(wěn)定性較好，可以成為珠三角地區(qū)高職院校大面積改善教育環(huán)境和教育方法，推廣智能化教學環(huán)境的首選。

光敏樹脂材料和聚合物噴射打印技術? 珠三角地區(qū)制造業(yè)的轉型，不僅要求3D打印技術作為輔助教學工具，而且對高職院校制造業(yè)相關專業(yè)提出更深層次的要求。在高職院校制造業(yè)相關專業(yè)中應用3D打印技術，對3D產(chǎn)品的精度、成熟度和質量都提出相對高的要求。珠三角地區(qū)的3D打印技術在制造業(yè)的應用，主要集中在模具加工制造領域、汽車生產(chǎn)制造領域、珠寶首飾設計領域和文化創(chuàng)意領域。

模具制造和珠寶首飾設計是珠三角地區(qū)傳統(tǒng)制造業(yè)的主力軍，也是高職院校較快做出反應的專業(yè)。針對模具制造和設計專業(yè)的高職院校教師進行調研，發(fā)現(xiàn)在“您對3D打印產(chǎn)品的精度是否有要求”的回答中，81%的高職院校教師選擇了對精度有一定的要求，11%的高職院校教師選擇了有較高的要求。在與設計專業(yè)的高職院校教師進行深度訪談時發(fā)現(xiàn)，由于創(chuàng)意設計與視覺效果聯(lián)系緊密，而且產(chǎn)品的結構相對較為復雜，在對打印產(chǎn)品的尺寸精度、表面光滑度和產(chǎn)品的硬度、韌性都有一定要求的控制下，才能夠滿足專業(yè)的教學需求，粗糙簡易的打印產(chǎn)品不僅無法滿足教學，反而會對教育過程產(chǎn)生消極負面的影響。因此，精度是選擇制造業(yè)相關專業(yè)3D打印技術的首要考慮因素。使用光敏樹脂材料為打印耗材，不僅可以精確支撐較為復雜的模型結構，易于成型，而且容易去除打印產(chǎn)品表面的多余支撐材料，提升產(chǎn)品表面的光滑度。因此，光敏樹脂材料是制造業(yè)相關專業(yè)比較好的選擇。

在和工業(yè)設計專業(yè)高職院校教師的座談中，他們也表示希望能夠降低使用3D打印機的技術難度，認為模具和設計領域更多地需要創(chuàng)意，而不是將時間耗費到技術的學習上。

光敏樹脂材料的打印工藝有兩種：一種是立體平版印刷，一種是聚合物噴射。兩者相比較，在商業(yè)應用中立體平版印刷更為成熟，產(chǎn)品的精度、質量更為精良;但是制備工藝較為復雜，而且強度、耐熱性和光照度較差，在教學中使用具有一定的局限性。而聚合物噴射工藝不僅精度高、質量好，操作難度與立體平版印刷相比有一定的降低。因此，對于制造業(yè)相關專業(yè)來說，立體平版印刷打印工藝更有利于在教育過程中的推廣和普及應用。

4 3D打印技術在珠三角地區(qū)高職院校的應用思路

按照制造業(yè)的技術領域和職業(yè)崗位的實際需求調整人才培養(yǎng)方案? 《教育部關于加強高職高專教育人才培養(yǎng)工作的意見》中明確指出，高職院校要力爭形成能主動適應經(jīng)濟社會發(fā)展需要、特色鮮明、高水平的高職高專教育人才培養(yǎng)模式。隨著《中國制造2025》的出臺，珠三角體量龐大、基礎扎實、門類齊全的傳統(tǒng)制造業(yè)開始尋找新的出路。中國3D打印技術產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟創(chuàng)始人兼執(zhí)行理事長羅軍曾多次指出促進3D打印技術和傳統(tǒng)制造業(yè)的深度融合，積極開拓市場，將助力傳統(tǒng)制造業(yè)的升級。因此，運用3D打印技術重新定義珠三角地區(qū)的傳統(tǒng)制造業(yè)是時代的呼喚和需求，也為珠三角地區(qū)高職院校3D打印人才的培養(yǎng)提出具體的要求。

就目前情況來看，我國對3D打印人才的需求主要集中在三個層次，分別是上游企業(yè)所需要的研發(fā)人才，中游企業(yè)所需要的工藝人才，下游企業(yè)所需要的提供銷售、售后、打印服務的技術應用人才。而我國高職院校人才培養(yǎng)的根本任務是培養(yǎng)具有高等技術的應用性專門人才，由此可見，珠三角地區(qū)中下游制造業(yè)企業(yè)的技術人才需求和高職院校的人才培養(yǎng)方向相吻合。所以，把握制造業(yè)中下游企業(yè)所需的3D打印技術特征，培養(yǎng)高素質的應用技術人才，是珠三角高職院校的當務之急。

依據(jù)3D打印技術在制造業(yè)的實際應用需求改革課程和教學內(nèi)容體系? 教學內(nèi)容的調整和課程的實施是人才培養(yǎng)的落腳點，課程和教學內(nèi)容體系的調整是珠三角高職教育和制造業(yè)對接的重點和難點?！督逃筷P于加強高職高專教育人才培養(yǎng)工作的意見》中也明確提出，高職教育要在突出應用性、實踐性的原則上，重組課程結構，更新教學內(nèi)容。那么，廣東省高職教育應如何突破這一重點和難點，順利實現(xiàn)和3D打印技術的對接呢？依據(jù)廣東省3D打印產(chǎn)業(yè)的行業(yè)標準來調整教學內(nèi)容，是必須要克服的重點。

2017年4月，在“廣東省3D打印產(chǎn)業(yè)技術路線圖發(fā)布會暨3D打印高峰論壇”上，廣東省正式發(fā)布增材制造（3D打?。┊a(chǎn)業(yè)技術路線圖。該路線圖對廣東省3D打印產(chǎn)業(yè)的技術水平、市場需求、研發(fā)需求和共性技術需求進行了分析，對廣東省3D打印產(chǎn)業(yè)的理性發(fā)展提出了可依據(jù)的路線和標準。2017年9月，廣東省在國家的牽頭下，聯(lián)合業(yè)界著名的打印耗材公司，共同籌建廣東省3D打印標準化技術委員會。該委員會初步制定了3D打印設備標準、3D打印耗材標準、3D打印產(chǎn)品標準等，廣東省3D打印的行業(yè)標準即將誕生。這些行業(yè)標準和指導性文件的出現(xiàn)，為3D打印技術在制造業(yè)的應用界定了清晰的范圍、指明了清晰的路徑。

高職教育課程和教學內(nèi)容的調整需跟上產(chǎn)業(yè)發(fā)展的步伐。如廣州市白云工商技師學院在2014年時就成立了“白云文搏3D打印技術學院”，是廣東省也是我國首家成立3D打印制造業(yè)相關專業(yè)的高職學院，主要的課程包括美術基礎、平面設計、立體造型設計、色彩構成、機械制圖、CAD輔助設計、Geomagic Studio、3ds MAX、UG、產(chǎn)品設計表現(xiàn)技法、人機工程學、3D掃描技術及應用、3D打印設備的原理與維護、3D打印材料的功能使用、電子商務應用、3D打印設計綜合實訓。從課程設置和布局來看，課程類似平面設計、三維立體設計和3D打印技術學習的簡單疊加，與3D打印技術特有的行業(yè)標準和應用的深度融合似乎有些欠缺，人才培養(yǎng)的針對性和時效性也不太突出。3D打印技術在制造業(yè)的應用在珠三角地區(qū)仍處于起步階段，課程的設置和教學內(nèi)容體系的改革也處于探索階段，完善的方案的出臺還需要一定時間的摸索。

依據(jù)3D打印技術在制造業(yè)的實際應用需求探索建立相對獨立的實踐教學體系? 3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，人才的需求也日益擴大，但我國人才培養(yǎng)無法跟上產(chǎn)業(yè)的需求，究其原因，在于高技能和熟練技工專業(yè)人才隊伍欠缺。

1）人才培養(yǎng)不均衡，導致實踐教學環(huán)境缺乏。2018年6月16日，全球首個3D打印批量化定制在珠三角佛山大瀝鎮(zhèn)正式對外開放。該協(xié)同創(chuàng)新平臺主要為中小制造業(yè)企業(yè)提供從設計端到應用端的配套服務，產(chǎn)業(yè)布局的主要任務在于培養(yǎng)掌握核心技術的上游企業(yè)所需人才，吸引頂尖團隊，打造東方的硅谷。雖然平臺團隊也希望從教育入手，在職業(yè)院校開展3D打印專業(yè)，培養(yǎng)3D打印卓越工程師、技術大能手，但中下游企業(yè)所需的人才培養(yǎng)環(huán)境和政策，從落實到實踐還需要一定時間的探索。

2）珠三角地區(qū)高職院校實踐教學內(nèi)容和形式相對落后，無法滿足產(chǎn)業(yè)對人才的需求。針對珠三角地區(qū)高職院校的調研中，在對“現(xiàn)有的實踐教學，您主要開展哪一類型的實踐教學”的回答中，36%的教師選擇開展演示性實踐教學，32%的教師選擇開展驗證性實驗，13%的教師選擇開展綜合性實踐教學，僅有19%的教師選擇開展工藝性和設計性實踐教學。在后期的座談調研中發(fā)現(xiàn)，教師普遍反映，教學實訓設備偏少是開展演示性、驗證性實驗較多的主要原因。他們同時認為，如果要普及開展工藝性、設計性實訓教學，需要和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢和新產(chǎn)品結合起來，現(xiàn)在教學和企業(yè)接軌的面較窄，也是工藝性、設計性實訓教學較難開展的原因。

3）實訓基地功能單一，無法承載人才培養(yǎng)的任務。因此，根據(jù)高職教育的特色和3D打印企業(yè)的新發(fā)展，建立教學、科研和生產(chǎn)多功能相結合的實訓基地，是產(chǎn)業(yè)轉型下高職教育必須完成的任務。如白云工商技師學院的3D打印技術學院，已經(jīng)率先和廣州市文搏實業(yè)有限公司共建學生實訓基地，互派一名教師和工程師協(xié)助實訓教學的開展，這是一個良好的實訓教學內(nèi)容和方式調整的有益探索。2017年，佛山職業(yè)技術學院也在廣東省教育廳的支持下，建立3D打印技術研究與應用公共實訓中心，探索意味不言而喻。但是，這些嘗試遠遠不夠滿足珠三角地區(qū)3D打印技術人才的需求，實訓基地的建設還需要更多的投入和大規(guī)模的建設。所以，珠三角地區(qū)制造業(yè)的轉型不僅對高職院校實訓體系建設提出新的要求，也為高職院校建立相對獨立的實踐教學體系提供了機遇。

5 結語

隨著珠三角地區(qū)產(chǎn)業(yè)轉型的深入發(fā)展，3D打印產(chǎn)業(yè)的人才需求會逐步釋放。3D打印技術的特點決定了市場對人才需求的特殊性，珠三角地區(qū)高端企業(yè)的人才培養(yǎng)已經(jīng)在華南理工大學的牽頭下有條不紊地展開，效果也逐步凸顯。但是，作為珠三角地區(qū)中下游企業(yè)的人才培養(yǎng)主力軍，珠三角地區(qū)的職業(yè)教育雖然已經(jīng)開始了嘗試和有益探索，但是還需要和產(chǎn)業(yè)轉型的需求結合起來，邁出更大的步伐，為珠三角地區(qū)培養(yǎng)出卓越的技術能手。

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