淺談快速成型技術課程在高職教育中的發展前景

徐小玉

摘 要：快速成型技術以其獨有的快速與高效對制造業產生巨大影響。面對市場需求，從我院計算機輔助設計與制造專業課程體系、師資隊伍、實踐體系等方面，探討高職教育中快速成型技術的發展前景。

關鍵詞：快速成型；職業教育；課程建設；CAD/CAM

快速成型技術是20世紀90年代才顯著發展起來的新型制造技術，顛覆了傳統制造觀念，能夠快速自動的借助三維實體建模軟件將設計理念變為實物，突破時間、設備、工具、場地等環境因素的影響，能在最短時間設計與研制出符合設計者與用戶需求的新產品，從而快速相應市場需求，促進企業產品創新、提升產品競爭力，占據市場，是當今世界上新產品快速加工與制造的強有力手段，已廣泛應用于多個國民生產領域。

1 快速成型技術原理和特點

RP技術基本原理是先借助計算建模軟件構建三維數據模型，再利用專門的切片軟件進行分層切片，然后提取每一層截面的數據輪廓，利用數據技術控制激光器或噴嘴有選擇性的制作一層層具有微小厚度的的片狀實體，然后采用 粘結燒結等方法堆積成一個整體，從而得到設計實物，其制作過程實質是分層制造，逐層疊加，是一種生長制造，只有當激光技術、數控技術、機電技術、CAD/CAM技術、材料技術發展一定程度才能實現的制造方法，帶來了制造技術的變革[1]。

快速成型的最顯著特點在于能夠及時迅速的制造出復雜的實體零件，無需專用設備與工具，往往只需傳統加工過程的三分之一時間和成本，大大提升企業在殘酷的市場上競爭力，此外，以軟件模型直接驅動打印設備，實現設計制造一體化，此外軟件模型功能強大，任意復雜形狀的零件都可以繪制，突破了產品結構的限制，同時軟件模型還具備可修改性，能及時根據市場和客戶的反饋進行調整，非常適合于企業研發新產品，制作試樣或小批量零件，結構復雜、傳統加工方法不易加工的零件，也可以應用于加工快速反求（逆向工程）、快速制模、快速鑄造等行業。

2 高職教育開設快速成型課程的必要性

高職教育一向強調以培養適應生產、建設、管理、服務一線的高等技術應用性專門人才為根本任務，以社會需求為目標、崗位技術要求為主線設計教學體系的培養方案，以就業為導向。因此，在專業課程設置中必須緊貼經濟社會發展需求，強化內涵建設與質量提升，完善學科建設，推行雙師雙證，著力提升學生的高素質、高技能，培養市場急需、企業歡迎、德才兼備的優秀人才。由于快速成型技術將傳統去除制造法變革為增長制造法，為制造業帶來全新的血液和旺盛的生命力，因此傳統制造業的人才培養和專業設置也必須相應發生變革。高職教育的專業課程設置要以人才市場需求變化為導向，不是針對學科而是針對職業崗位或崗位群，基于職業分析，根據職業的變化，以及不同地區經濟發展的不同需要靈活設置專業，適時調整專業結構和培養方案[2]。當前國家示范性骨干職業學院天津輕工職業技術學院以"注重內涵建設，立足行業發展，服務濱海新區"為辦學指導思想，已經開設數控技術專業（快速成型方向），同時還在計算機輔助設計與制造專業中開設快速成型技術和快速成型與逆向工程實訓等課程，因此，結合我院現有師資、課程體系、實驗實訓條件，對我院現有專業課程設置進行變革也是應運而生。

3 課程體系

高職教育必須以社會需求為目標、崗位技術要求為主線來設計教學體系的培養方案。目前雖然快速成型技術在國際上其應用領域已經擴展到制造領域的全部行業，但國內的發展水平還只停留在產品開發。在工業設計領域，雖然現在的三維模型繪圖軟件功能已經非常強大，但設計者仍舊無法在短時間內，僅憑自己的想象和圖形數據，全面考慮尺寸、結構、功能性、形狀、實用性、可加工性等問題，得到最終優化結果。因此快速成型技術制作出的樣品將能使用戶直接評價產品外觀和性能，使生產企業能夠及時得到市場方面的反饋需求，以便及時調整產品。美國Stratasys公司是世界上快速成型技術創新引領者之一，它的客戶中有營運設計、制造和安裝實驗室家具業務的Servco公司。憑借Stratasys的3D打印機，Servco的客戶能夠提前看到原型，因此說服和溝通更加簡單，同時3D打印機還讓企業能夠更加靈活地調整設計，以滿足客戶的不同要求，因此可以快速開發令人振奮的新產品和涉足尚未開發的市場。快速成型技術是真正實現并行設計的強有力手段。這一特征意味著設計行業需要大量掌握快速成型技術的人才，對計算機輔助設計與制造專業的畢業生提出了新的要求。不僅需要完成三維軟件模型的建立，還要掌握快速成型制造技術，完成產品實物的制造工作。

當前，我院計算機輔助設計與制造專業是國家重點專業，其課程體系內開設專業基礎課、專業平臺課以及專業方向課，主干課程有機械制圖、機械制造基礎、機械設計基礎、電工電子技術、公差配合及測量技術、冷沖模設計、塑料模設計、模制工藝與夾具、SolidWorks、UG，專業課程體系已經完善，根據市場需求，增設快速成型技術課程作為專業方向課，則能夠使得本專業畢業生的就業崗位拓展到新產品開發、概念模型可視化，結構設計驗證、功能測試等方面，從而充分迎合制造業市場需求。

一旦計算機輔助設計與制造專業的快速成型技術課程成功開展，可以推廣到模具專業，使其向快速制模方向發展，快速制模使模型或模具的制造時間縮短數倍甚至數十倍，將快速成型技術與傳統的模具制造技術相結合，可以大大縮短模具制造的開發周期，提高生產率，是解決模具設計與制造薄弱環節的有效途徑[3]。此外，借助快速成型技術甚至可以推動材料成型與控制工程從高能耗、高污染的傳統鑄造方向快速鑄造方向發展。快速鑄造可以直接成型鑄造用蠟模和可消失模、能直接成型砂型鑄造用砂型或木模，還能直接成型精密鑄造用的耐火型殼和蠟模鑄造中的壓型模具[4]。快速鑄造技術能縮短鑄造生產的周期，能提高生產效率，適合復雜零件的單件小批量生產，具有廣闊的應用前景。因此快速成型技術中的快速鑄造也將會是材料成型與控制工程專業的發展方向之一。

4 師資隊伍

師資隊伍是課程建設的最重要的內容，因為一門課程若沒有一支好的師資隊伍，講好課，提高教學質量、完成人才培養都是空中樓閣的。因此建設一支人員精干、素質優良、結構合理、專兼結合、特色鮮明和相對穩定的教師隊伍是實現人才培養的關鍵。

我院一向重視教師隊伍建設規劃，層層落實到位，主抓培養專業帶頭人、學術帶頭人和骨干教師，重點抓好中青年骨干教師的提高和培養，并且充分發揮老教師傳、幫、帶作用，不斷培養優秀的青年教師充實到教學第一線。經過多年資源積累和沉淀，我院計算機輔助設計與制造專業擁有一支堪稱精良的教師隊伍，現有教師50余人，其中教授1人，副教授10余人， 同時我院的師資建設還與市場接軌，從社會上聘用既有豐富實踐工作經驗，又有較高學術水平的高級技術與管理人員為兼職教師，目前已備有國內知名企業就職的高級職稱專家近15人。同時我院還注重專職教師的水平提升，通過教學實踐、專業實踐和業務進修，大力培養一批既有較高學術水平、教學水平又有較強實際工作能力的"雙師型"專業教師作為中堅力量。近兩年，我院派出多名教師到無錫工業園無錫易維模型設計制造有限公司進修學習逆向設計軟件和快速成型技術，同時專程邀請企業技術人員到我院開設快速成型設備操作培訓課程，為開設快速成型技術課程和實訓奠定師資基礎，從而實現我院一貫堅持的以市場為導向，不斷優化和調整專業方向，用"創新"、"特色"的理念進行專業建設；堅持依托市場需求辦學，把培養"綜合素質高，敬業精神好，動手能力強，上崗適應快"的學生作為我院的人才培養目標。

5 實踐訓練體系

運行良好、管理規范的實踐訓練體系是培養高等技術應用性人才的必備條件。我院計算機輔助設計與制造專業實訓基地建設強調與生產、建設、管理、服務第一線相一致，形成真實或仿真的職業環境，注意資源的優化配置和共享。目前現有萬余平方的實訓場所，有現代工業中心模具實訓基地、現代工業中心數控技術基地、現代工業中心機械加工技術實訓基地三個共享型基地；一個模具制造實訓中心；模具設計實訓中心。實訓設備初具規模，現有加工中心、三坐標測量機、注塑機、逆向激光掃描儀，快速成型機等250多臺機床設備及CAD/CAM軟件，設備總價值6000多萬元；實訓基地內還設有國家職業技能鑒定站、建有全國CAD技術應用培訓網絡南京中心常州培訓基地、美國UGS公司授權UG-NX培訓中心，常年舉辦UG、AutoCAD、鉗工、車工等方面的技能培訓和技能鑒定。

此外，為了實現學生就業與市場無縫接軌，我院重視院外實習基地建設。按照互惠互利原則，盡可能爭取與專業有關的企事業單位合作。我院與常州華威亞克模具有限公司、江蘇常發集團、戚墅堰機車車輛工藝研究所、梅特勒托利多電子衡器有限公司等多家大型企業單位建立了穩固的校企合作關系，這些校外實訓基地提高了學生的職業能力，為學生的就業提供了保障，拓寬了畢業生就業渠道，贏得了良好的社會聲譽。

實施雙證融通的教育政策使得我院學生本專業學生在國家、省市級CAD大賽中多次獲獎，深受用人單位的青睞。完成我院計算機輔助設計與制造專業學習的畢業生除了獲得專科畢業證書外，還可獲得以下資格證書：1）數字設計、數字制造軟件中級證書（必取）；2）快速成型與逆向工程操作中級證書（選取）；3）數控設備操作中級證書（必取）；4）鉗工操作中級或高級（選取），其就業方向也從單一的從事新產品開發、數控程序編制、產品批量生產、機械設計等技術人員拓展到制造中的其他工作崗位中，就業渠道更為廣泛。通過開設快速成型技術課程，必將為我院畢業生就業錦上添花，提供更強的市場競爭力，滿足市場經濟的需求。

因此，從課程體系、師資隊伍、實踐體系等方面來看，我院計算機輔助設計與制造專業開設快速成型技術課程條件已經成熟，可以將傳統模具設計方向轉型或開設新產品開發應用方向，甚至推廣到快速制模和快速鑄造方向，這將為我院模具系人才培養創造新的天地。快速成型技術作為九十年代以來世界先進制造技術和新產品研發手段，在制造工業中高達67%的應用，已經引起工業領域的極大重視[5]。由于快速成型技術的巨大吸引力，不僅工業界對其十分重視，而且許多其他行業都紛紛致力于它的應用和推廣，促使向更高精度與更優的材質性能方向發展，形成高效率、高質量、高精度的復制工藝體系。快速成型技術課程也將會在高職教育中大放異彩！

參考文獻：

[1]馮娥.快速成型技術在現代制造業中的應用[J].機電工程技術，2010（39）：129-131.

[2]王英博.快速成型技術及其應用的高職課程開發[J].中國教育技術裝備，2011（6）：72-73.

[3]郭永生，周豐松，張軼斌.快速成型和快速模具在發動機進氣管開發試制中的應用[J].新技術新工藝，2010（4）：43-45.

[4]張錫聯.快速成型技術在熔模精密鑄造中的應用[J].岳陽職業技術學院學報，2010（25）：75-76.

[5]李玉蓉.快速成型技術的應用[J].機械與電子，2011（13）：95-96.

項目支持：江蘇省高等學校大學生創新創業訓練計劃2013年立項項目，項目編號（201313101009Y）