增進3D打印技能培訓課程建設 助推我國工業創新發展

葛寶利

摘要：3D打印雖已算不上新技術，但近幾年突飛猛進的發展確常常給我們帶來不小的震撼和驚喜，如近期報道：波音公司發布了首款采用3D打印技術制造的飛機引擎零件；美國打印出來的小型噴氣發動機將被安裝到一架遙控飛機上；俄羅斯技術集團公司以3D打印技術制造出一架無人機樣機；美國舊金山的Divergent Microfactories（DM）公司推出了世界上首款3D打印超級跑車“刀鋒（Blade）”。尤其是它和物聯網一起被熱議的所謂工業4.0寄以了極高的技術支撐。就如同當年的蒸汽機、電子計算機和互聯網技術一樣，3D打印技術對現代工業和未來人們的生活會帶來怎樣的改變都是不可估量的！

關鍵詞：3D打印技術；科研；課程

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）04-0007-02

人們對3D打印已經不覺的新鮮，卻不一定知道它的專業名稱：增材制造。作為一項制造技術，3D打印不可能替代傳統制造業，卻有著傳統制造業無法企及的優勢：個性化、高難度、復雜技術等特性。3D打印是傳統制造業的增益和補充，在前期設計、建模等階段優勢尤其明顯。

3D打印技術在歐美發展得非常快，同時也被應用到不同的領域，比如可以打印不同類型的金屬或者用不同顏色的塑料做成不同的模型，比如建筑模型。同時它也被應用到制造領域，你可以自己花5000～30000美元買一個3D打印機在家里打印一些東西。筆者自己從網上買過一個3D打印機，打印過一個火箭模型，比手工制作的傳統模型便宜很多。在美國有些人還開辦了3D打印商店，人們可以拿自己的設計到店里面打印。最近來自美國舊金山的Divergent Microfactories（DM）公司推出了世界上首款3D打印超級跑車“刀鋒（Blade）”。

2015年8月21日下午，國務院總理李克強主持國務院專題講座，討論加快發展先進制造與3D打印等問題。主講者是中國工程院盧秉恒院士，而“聽眾”還包括國務院副總理、國務委員，以及各部部長、央企、金融機構的負責人。第一會議室平日里是召開國務院常務會議、討論部署重大政策的地方。今天，它變成本屆政府首次“專題講座”的課堂。這次專題講座題目也很“潮”：先進制造與3D打印。

十八大以來，我國正加速經濟結構調整，努力尋求企業的升級改造。近期的京津冀一體化新布局和我國“十三五”的創新驅動戰略逐步成為新常態下，如何發揮我國工業整體綜合性強的優勢，利用好高校、科研單位眾多人才，加快工業升級換代、自主創新，以及在我國經濟第三次浪潮下的引領作用，3D打印技術的推廣和開發無疑是其中的重要推手。

一、3D打印對工業革命的意義

2013年漢諾威工業博覽會上，由“產官學”組成的德國“工業4.0工作組”發表了題為《德國工業4.0戰略計劃實施建議》，稱物聯網和制造業服務化宣告著第四次工業革命的到來，同時，也是德國政府《高技術戰略2020》確定的十大未來項目之一，并已上升為德國國家戰略，旨在支持工業領域新一代革命性技術的研發與創新。德國聯邦政府投入達2億歐元，借鑒德國版工業4.0計劃，也是擬議中的中國制造業頂層設計——“中國制造2025”的既定方略。2014年10月10日，中國國務院總理李克強訪問德國期間，中德雙方發表《中德合作行動綱要：共塑創新》，宣布兩國將開展“工業4.0”合作。2015年5月19日，國務院正式印發了我國實施制造強國戰略第一個十年行動綱領——《中國制造2025》。《中國制造2025》劍指工業4.0。德國工業4.0項目主要分為兩大主題：一是“智能工廠”，重點研究智能化生產系統及過程以及網絡化分布式生產設施的實現；二是“智能生產”，主要涉及整個企業的生產物流管理、人機互動以及3D技術在工業生產過程中的應用等。

二、3D打印技術科研現狀與趨勢

近年來，“3D打印技術”似乎成了科技新聞報道中的高頻詞匯。前不久主題為“我國3D打印技術的現狀及發展趨勢”的西苑沙龍在京舉行。國內外著名大學、研究機構及產業界的院士、專家、學者與企業家代表，各陳所學，互動交流。

3D打印其實是一個通俗、形象的概念，在學術界一般被稱為增材制造、堆積制造、增量制造或快速原型制造。現在，這一技術是指基于離散材料逐層堆積的成形原理，依據產品三維CAD模型，通過軟件與數控系統將特制材料逐層堆積固化，制造出實體產品的數字化制造技術。這是一項融合了計算機軟件、材料、機械、控制、網絡信息等多學科知識的綜合性、系統性的技術。

上世紀90年代是3D打印技術蓬勃發展的時期，至少有十幾種新工藝和新系統設備先后面世，但3D的快速發展還是在美國總統奧巴馬提出振興制造業的戰略之后。其發展現狀可概括有幾點：（1）從快速原型、工藝輔助等間接制造向零部件直接制造轉變；（2）多學科交叉融合發展，3D打印應用領域不斷擴大；（3）3D打印裝備向產品化、系列化和專業化方向發展；（4）形成了相對完整的3D打印制造產業鏈，3D打印制造裝備也從高端型向普及型快速轉變。

我國3D打印技術與國外基本上同步啟動、同步發展，國內3D打印技術科研水平也是位居世界前列，但與歐美還有差距。現已從當初的制造業逐步走向人們的日常生活中。未來幾年，我國3D打印技術重點圍繞高端工業產品和大眾個性化消費產品兩大類對象，加強3D打印有關的基礎理論與成形微觀機理、設計方法、關鍵工藝技術研究，高性能、高精度、高效率工藝裝備研制，以及相關標準規范制定。在青島，已成立中德工業4.0推動聯盟。首屆世界3D打印博覽會也是在青島舉行的。

前不久，2006年諾貝爾物理學獎得主喬治·斯穆特（George Smoot）博士來了中國，新浪科技受邀對其進行了專訪。此次斯穆特博士前來的主要身份，既不是諾貝爾獎獲得者，也不是科普作家或者喜劇演員。2015年9月9日下午，喬治·斯穆特博士以投資人的身份出現在了清華科技園的一場發布會上，宣布與清華科技園孵化的3D打印機開發企業O.ME簽約。除了獲得2000萬元人民幣的天使輪融資之外，這家3D打印領域的初創公司還成了斯穆特在中國的第一筆投資。

三、3D打印技術目前的應用領域

3D打印產業發展的關鍵在應用，目前主要應用于：航天航空、汽車等零部件制造、生物醫療、建筑工程模型、工業模具制造、人造珠寶飾品等。隨著3D工藝的研究開發及3D打印的普及，其應用領域會不斷擴展。

四、3D打印技術目前面臨的問題

中國工程院院士盧秉恒曾經感慨，我國的3D打印技術進步很快，但仍然落后于歐美，而落后的原因并不是研發時間晚了幾年。國內企業在研發上投入少、底子薄、資金少，制約了研發投入。此外，政府的支持力度也不夠。

3D打印在技術和應用上存在幾個問題有待解決：第一，怎么檢測。要作為產業，沒有一個通用的檢測方法可能不行；第二，性能的穩定性也需要檢測；第三，尺寸精度也有待提高；第四，組織結構需要研究；第五，效率問題。

大家對3D打印還不太認識，了解的人少，直接影響了普及和應用。

五、增進3D打印技能培訓課程建設的幾點對策建議

目前，3D打印技能培訓及課程設置在我國各類學校幾乎還是空白的，各級懂3D打印技能的人才奇缺。各地各級政府和教育機構對此還沒有足夠的重視，甚至是還一無所知。

21世紀，拼的是技術創新，拼的是人才。人才的培養需要時間，需要有個周期。為了迎接新的工業革命的到來，為我國的“工業制造2025”，把3D打印列入學校課程設置，把3D打印技術培養列入高職高專學校技能培訓計劃就顯得極為重要和迫切了。

1.為了3D打印在產、學、研、用全方位的發展，我國高職院校應與相關企業及科研單位聯合進行3D打印技術開發，建立3D打印的打印材料研發基地，搶占3D打印的制高點。

2.在學生中加強對3D打印知識方面的普及工作，宣傳國家和地方政府的相關扶持政策和指導規劃，激發學生對3D打印技術的興趣和熱情。如：北京已率先啟動了對發展扶持3D打印產業政策，3月3日北京科委印發了《促進北京市增材制造（3D打印）科技創新與產業培育的工作意見》，其中特別提出到2017年，培育出2～3家3D打印龍頭企業，10家以上骨干企業。

3.校際聯合、校企聯合，教育相關部門牽頭，積極爭取組建地方3D打印協會，整合科研、打印企業和應用制造業等資源。還應定期或不定期的組織3D打印技術研討會擴大影響，并適時牽頭做制定行業規范的前期工作。2012年10月，中國3D打印技術產業聯盟成立，這是世界上第一個該產業聯盟。

4.結合“大眾創業、萬眾創新”，在各類高校的“眾創空間”指導和孵化以3D打印產業鏈相關的自主創業和技術人員的就業。

5.各地方教育部門應多在科研立項和資金資助方面鼓勵教師及相關人員和單位做工業級的3D打印材料基礎研發和生產，激勵大家積極進行3D打印工藝、技術開拓和應用軟件的開發，做好自主知識產權的保護。

6.在高校工業設計專業，特別是高職院校相關工科專業增設3D打印課程，適時開設其專業。在中學試點普及3D打印知識或開設手工課，籌備組織全市學生3D打印大賽，為迎接3D打印的快速發展儲備人才。

7.美術、藝術類院校也應特別加強對學生3D打印技術、技能教學和培訓。利用3D打印技術復原古代藝術品已有明顯探索成效，用3D打印制作影視道具的相關院校和單位也正在積極籌劃中。