3D打印實驗室建設方案探析

周淑芳等

摘要：隨著3D打印技術的迅速發展，掌握3D打印技術的人才必然緊缺，那么學校開設相關專業、加強實驗室的建設就顯得尤為重要與迫切。本文結合職業院校人才培養特點，從實驗室建設的必要性、建設原則與思路、實驗室功能定位、具體建設方案等方面進行了深入探討。

關鍵詞：職業院校；3D打印實驗室；建設方案

中圖分類號：G647 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2015）19-0133-03

3D打印技術是制造業領域迅速發展起來的一項工業技術，其原理是快速成型技術，采用粉末狀可粘合材料，利用疊加原理，逐層打印的方式來構造實體。隨著美國第一支3D打印手槍的誕生，該技術在世界范圍內引起哄動，許多企業、科研機構、高校紛紛搶抓先機，加大生產、研究力度。隨著國家及地方政府政策的扶持，與3D打印技術相關的產業必將蓬勃發展，而掌握快速成型技術、逆反工程及加工工藝設計的人才也將成為市場緊缺人才。面對這一現狀，高校開設3D打印專業，加強實驗室建設就顯得尤為重要與迫切。

實驗室建設的必要性

高等職業院校旨在為社會培養理論知識扎實、實踐技能過硬的應用型高級專門人才。培養的人才進入社會，無論是從事生產還是做研究，都應服務于社會的需求。所以，學校在培養過程中，應以社會實際需求為準則，使學生有更多的機會接觸實際生產過程，了解加工工藝，熟悉多種設備的應用與維護。因此，學校要培養社會需求的高級技能性人才，必須加強實驗室建設。

1.提高學生快速成型制造實踐能力的需要

隨著3D打印技術的迅速發展，社會急需掌握相關技能的高級人才。3D打印被稱作是“實現數字化制造的關鍵技術”，該技術涵蓋材料成型、逆向工程、三維數據采集技術、計算機三維設計與工藝設計、設備操作與維護等專業知識。要實現人才培養目標，實踐教學比例至少要達到50%以上，因此學校要培養3D打印應用型人才，實驗室的建設十分重要。

2.相近學科實驗功能擴建的需要

實驗室建成后可服務于學校相近學科的實踐教學。3D打印技術廣泛應用于模具制造、工業設計等領域，因此，如果學校開設模具設計與制造、工業設計、數控技術、藝術設計等專業，3D打印技術實驗室可完全服務于這些學科的實踐教學，既能保證實踐教學有序開展，又能保障實驗室的利用率。

3.教學研訓一體化建設的需要

實驗室功能既要滿足實踐教學需要，又要滿足科研及對外加工服務需要，集教學、科研、實訓于一體，堅持走產、學、研結合的建設方針。承擔地方政府或企業的設計、制造任務，使教師學生共同參與，提高教師科研能力，保證學生有大量的實際工程經驗。

實驗室建設原則與思路

基于人才培養目標定位及學校專業體系設置，實驗室的建設思路是以建立一個“專業、特色、創新、實踐性”實驗室為總體指導思想，既能滿足學校3D打印專業方向、模具設計與制造、工業設計、藝術設計等專業的實驗教學需要及科研需要，又能滿足對企業人員進行技術培訓的需要。實驗室的建立旨在培養一批有知識，有技術，貼近實際需要的，面向快速制造行業、產品設計與制作等領域的創新性應用型人才。

1.建設原則

第一，構建既能滿足教學，又能滿足科研需要，實現校企合作，為企業提供培訓條件的綜合性、開放性實驗室。

第二，以實驗室的建設，促進學校相關專業及學科實踐教學體系的改革，提高實驗的開出率。既能實現基礎性與驗證性實驗，又能開展綜合性與創新性實驗。學生能更全面、更深入地了解專業核心知識和技術，從而更貼近社會與企業的實際需求，實現專業人才培養與企業需求的無縫連接。

第三，帶動專業類科研項目發展。實驗室的建立，能為教師的科研和學生的科技創新活動提供良好的平臺，帶動專業創新實驗項目發展，加強學生專業實踐技能的培養，提高就業率。

2.建設思路

第一，實驗室功能集數據獲得（三維測繪）、數據處理（三維設計）及數據輸出（3D打印）于一體，可結合學校已有的數控機床，形成一整套設計、加工制造產業鏈。它能提供學生從認知性學習到綜合性學習的所有教學條件，讓學生系統性地進行新產品的快速設計、快速測繪和3D打印整個產品研發驗證環節的學習，獲得解決實際問題的能力，啟迪探索創新精神，發揮綜合潛在能力，最大化地提升在3D打印產業及應用行業的就業競爭力。

第二，實驗室建設分階段、有計劃地進行。第一階段主要完成手持式三維掃描儀、計算機及桌面式打印機的采購配置工作；第二階段主要以建設工業級掃描儀及工業3D打印機、測量儀器為主。分期逐步配置一整套的三維數字設計制造軟、硬件設施。

第三，以師資隊伍的建設為核心，加強人才建設力度，采取引進、進修培養、兼職等措施提高實驗教學隊伍的水平，建設一支教學思想先進、知識和年齡結構合理的實驗教學隊伍。

實驗室功能定位

1.教學

首先，服務于工業設計、數控技術、模具設計與制造等相關專業的實驗教學需要；其次，滿足相關課程設計及畢業設計的需要；再次，滿足學生參加科技創新類活動的需要。

2.科研

首先，通過實驗室建設，搭建高水平的科研技術平臺，充分發揮學校特色及教師綜合業務水平；其次，利用尖端的各種設備，輔助師生在快速成型技術、工藝設計及材料等方面完成相關科研工作，提高學校在3D打印技術領域的科技創新能力。

3.對外服務

①為企業解決技術難題、提供產品設計開發的相關服務；②承擔對外加工任務，主要面向傳統加工方法難以制造的復雜類零件加工；③企業員工技術培訓服務。

實驗室建設方案

1.實驗室配置原則

以產品零件（裝配體）測繪、設計、模具、檢測、制造流程為主線，實驗室按照數據采集、逆向設計、三維檢測、3D打印、快速模具、后處理等項目，注重設備對創意設計、工業設計、模具開發的覆蓋。整體培養學生綜合的三維數字化設計制造實操能力。

2.建設過程

結合學校3D打印技術實驗室建設的實際情況，對如何進行實驗室建設總結如下幾點。

（1）做好資金預算

關于3D打印機的價格：桌面級的價格在8000～20000元不等，工業級的按國產和進口劃分價格在幾十萬到上百萬不等。

（2）加強企業調研

根據建設需要，要走訪相關3D打印設備生產制造企業，了解生產一線資料，綜合多家產品進行綜合對比，選出適合的產品型號。

（3）規劃實驗室布局

首先，預算實驗室面積，選好合適的位置；其次，設計布局圖，實驗室布局分為工藝設計區、加工及檢測區、討論區三個區域，如下圖所示。設計區：主要擺放計算機并安裝工藝設計軟件，實現逆向設計、加工工藝設計等功能；加工及檢測區：完成加工任務并進行精度測量，主要加工設備有桌面式3D打印機、光固化快速成型機、三坐標測量機及其他相關附件，主要測量設備有三坐標測量機、工業投影儀；討論區：為學生提供知識交流的平臺，可完成實驗數據的整理、實驗報告的填寫及疑難問題的討論等。

（4）設備及軟件配備（見下表）

（5）建設進度和實驗室功能定位

結合企業需求及學校實際情況，實驗室采取分期建設。其中一期以國產設備為主，主要以增強學生認知水平和對3D打印技術的了解為目的，功能定位以演示、教學為主；二期可以考慮投入工業級設備，為學生技能訓練和服務企業提供保障，功能定位以教學、科研、技術服務為主。通過一期建設，實驗室能基本滿足教學、演示功能，可以用ABS塑料進行小型創意產品和零件的制作，進行一定的功能驗證。

結語

目前，我國3D打印技術正迅速發展，處于技術發展的關鍵時期，勢必會造成相關專業人才緊缺的現狀。學校開設3D打印專業，加強實驗室建設，將在最大限度內發揮高校培養3D打印技術人才的作用，為社會培養應用型、創新型、技能型的優秀人才，這必將對我國的3D打印產業起到巨大的推動作用。

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