中職模具專業(yè)開設(shè)3D打印技術(shù)課程研究

黃昊

隨著裝備制造業(yè)的不斷發(fā)展，新技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，通過對本地區(qū)企業(yè)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前制造企業(yè)由于技術(shù)、成本等各方面的要求，對于模具的生產(chǎn)制造已經(jīng)逐步向低成本高效率邁進(jìn)。模具技術(shù)人才是掌握模具材料成型工藝與模具設(shè)計、CAD/CAE/CAM技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)等多門類技術(shù)的復(fù)合型人才。現(xiàn)階段模具設(shè)計與制造專門人才采取的都是基于CAD/CAM/CAE技術(shù)，通過數(shù)字化制圖，模具的數(shù)字化設(shè)計，模具的數(shù)字化分析仿真，產(chǎn)品成形過程模擬，然后通過機床的數(shù)控加工，完成模具的生產(chǎn)。隨著3D技術(shù)的面世，作為先進(jìn)的加工和制造技術(shù)，眾多企業(yè)為了節(jié)約成本，提高工作效率，引進(jìn)了3D打印設(shè)備，對這方面的人才需求的缺口越來越大。中等職業(yè)學(xué)校主要培養(yǎng)的是以市場為導(dǎo)向，以能力為本位，培養(yǎng)面向企業(yè)需求的技能型人才。企業(yè)的需求為培養(yǎng)目標(biāo)是我們的宗旨。只有適應(yīng)企業(yè)的需求，根據(jù)企業(yè)的需要不斷修改人才培養(yǎng)的目標(biāo)，以適應(yīng)企業(yè)的需求，職業(yè)學(xué)校才能不斷發(fā)展。

一、什么是3D打印技術(shù)

3D打印技術(shù)是一種快速成型技術(shù)，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印，從而制作出三維立體的產(chǎn)品。與傳統(tǒng)加工相比，3D打印不再需要傳統(tǒng)的機床（如車床、數(shù)控機床等）和相應(yīng)配套的刀具、夾具、模具等，只需根據(jù)零件或物體的三維模型數(shù)據(jù)，通過成型設(shè)備以材料累加的方式制成實物模型的技術(shù)。3D打印技術(shù)以CAD/CAE為基礎(chǔ)，通過設(shè)CAD軟件生成的或通過實體掃描設(shè)備掃描實物所獲得的數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印材料，創(chuàng)建物體，主要用于原型設(shè)計及組件或產(chǎn)品地制造。運用該技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)的主要流程是應(yīng)用計算機三維軟件（如UG、catia、Pro/E等）設(shè)計出立體的加工樣式（CAD），用計算機輔助求解復(fù)雜工程和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強度、剛度、屈曲穩(wěn)定性、動響應(yīng)、熱傳導(dǎo)、三維多體接觸、彈塑性等力學(xué)性能的分析計算及結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化設(shè)計（CAE），然后保存成相應(yīng)的格式（stl、.obj、.thing等），最后通過MakerWare軟件將繪制好的模型轉(zhuǎn)換為3D打印機可以識別的代碼，通過數(shù)據(jù)線直接傳遞給3D打印機。在制造過程中3D打印技術(shù)實現(xiàn)了“設(shè)計即生產(chǎn)”的創(chuàng)想。3D打印技術(shù)具有快速成型的特點，不但能夠?qū)崿F(xiàn)從零件設(shè)計到整體設(shè)計的跨越，而且生產(chǎn)的產(chǎn)品與傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的產(chǎn)品相比具有更精密的結(jié)構(gòu)和更強的穩(wěn)固性。近年來在機械制造、藝術(shù)創(chuàng)造、建筑設(shè)計、生物醫(yī)藥等多個領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注。

二、3D打印技術(shù)的特點及優(yōu)勢

3D打印對于企業(yè)來說，可大幅度降低生產(chǎn)成本，提高工作效率，且提高原材料和能源的使用率，減少對環(huán)境的影響，還使消費者根據(jù)自己的需求量身定制產(chǎn)品。3D打印機既不需要用紙，又不需要用墨，而是通過計算機制圖、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、激光掃描、材料融化等一系列技術(shù)，使特定金屬粉或材料熔化，并按照計算機模型圖的指示一層層重新疊加起來，最終把電子模型圖變成實物，突破傳統(tǒng)的零件加工模式（從毛坯到機床加工在到裝配）。傳統(tǒng)的切削加工方法相比具有以下優(yōu)點。

（1）減少成品，提高效率。可制造出具有自由曲面和更為復(fù)雜形態(tài)的零件（如內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)等傳統(tǒng)機械無法加工的情形）。3D打印技術(shù)在生產(chǎn)過程中能實現(xiàn)生產(chǎn)材料“零”浪費：3D打印技術(shù)的生產(chǎn)過程是根據(jù)零件的三維設(shè)計進(jìn)行逐層打印，與傳統(tǒng)的“減材”加工相比，實現(xiàn)生產(chǎn)材料的“零”浪費。

（2）無振動、噪聲和切削廢料，加工效率高。可為企業(yè)節(jié)省寶貴的試制原料，簡化生產(chǎn)。傳統(tǒng)的制造中由于多是機械制造，噪音較大，且加工時邊角料多，造成資源的浪費，大大縮短生產(chǎn)的周期、節(jié)約生產(chǎn)成本。

（3）生產(chǎn)柔性高。在生產(chǎn)過程中不需要切削加工所必需的刀具和夾具，更無刀具磨損和切削力的影響。

（4）提高加工效率。3D打印技術(shù)可以加快產(chǎn)品的研發(fā)進(jìn)度：通過計算機進(jìn)行三維產(chǎn)品造型，逆向分析，成型一體化在進(jìn)行將模型保存為打印系統(tǒng)所需的文件格式，通過數(shù)據(jù)線將文件自動傳輸，無需人的過多干預(yù)，真正實現(xiàn)自動化。

三、中職模具開設(shè)3d打印技術(shù)課程的實施

1.課程的制定

當(dāng)前模具專業(yè)在中職是屬于機械類大專業(yè)，作為機械專業(yè)的衍生專業(yè)，其開設(shè)的課程包含機電專業(yè)的相關(guān)課程。主要內(nèi)容包括：機械制圖、機械設(shè)計與基礎(chǔ)、冷沖模設(shè)計與制造、注塑模設(shè)計與制造、數(shù)控技術(shù)與編程、模具加工機械、電工與電子技術(shù)、液壓與氣動傳動、金屬切削原理、機械CAD/CAE/CAM等。在此基礎(chǔ)上增設(shè)專業(yè)核心課程：3D打印技術(shù)概論、快速成型技術(shù)與應(yīng)用、3D測量與逆向工程技術(shù)、3D打印綜合技能實訓(xùn)等。

2.培養(yǎng)目標(biāo)的修改

當(dāng)前《江蘇省中等職業(yè)學(xué)校模具專業(yè)課標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定模具專業(yè)培養(yǎng)的目標(biāo)：具有本專業(yè)必需的自然科學(xué)、社會科學(xué)和管理科學(xué)知識；掌握計算機基礎(chǔ)知識、必要的網(wǎng)絡(luò)知識、常用軟件知識；具有基本的機械基礎(chǔ)知識；具有本專業(yè)必需的機械設(shè)計理論基礎(chǔ)知識、模具材料及成形工藝、模具設(shè)計與制造專業(yè)知識；掌握模具CAD/CAE/CAM基礎(chǔ)知識；具有必要的模具維修基礎(chǔ)知識。具有模具工藝設(shè)計、工藝實施、技術(shù)管理能力；具有模具數(shù)控加工編程能力；具有注塑模具、沖壓模具設(shè)計與制造能力；具有一定的鉗工操作能力、模具修配能力；具有良好的計算機基礎(chǔ)應(yīng)用能力和利用計算機進(jìn)行輔助設(shè)計制造及管理能力；在此基礎(chǔ)上增設(shè)：掌握3D打印的知識與技能，具備3D打印技術(shù)應(yīng)用能力，能從事3D產(chǎn)品設(shè)計、3D測量與逆向造型、3D打印設(shè)備操作、維護(hù)及管理等工作，具有良好的職業(yè)素質(zhì)的應(yīng)用型技能人才。

3.設(shè)備的選擇及實訓(xùn)基地的建立

當(dāng)前適合學(xué)校使用3D打印技術(shù)具有融沉積法（FDM）和固化成型法（SLA）兩種，其中FDM目前市場上廣泛采用，因其價格便宜，操作安全、入門簡單，且使用的材料及后期技術(shù)維護(hù)成本等相對SLA講具有較大的優(yōu)勢，就目前情況下可以說FDM在適用性上優(yōu)于SLA。

課程體系的實施離不開校內(nèi)外實訓(xùn)基地。校內(nèi)實訓(xùn)基地可充分發(fā)揮實訓(xùn)內(nèi)容與教學(xué)大綱高度統(tǒng)一，實訓(xùn)項目與技能訓(xùn)練高度銜接的優(yōu)勢。為此根據(jù)3D打印技術(shù)方向人才培養(yǎng)的要求，應(yīng)建在原有實訓(xùn)中心基礎(chǔ)上增加“3D打印實訓(xùn)中心”，加大設(shè)備的投入力度，滿足專業(yè)核心課程教學(xué)需要的功能完備的實訓(xùn)中心。

加強校企合作，通過建立校外實訓(xùn)基地，為學(xué)生提供真實的工作環(huán)境，為學(xué)生掌握崗位技能、提高實踐能力、了解崗位的社會屬性、全面提高綜合素質(zhì)，提供實踐性的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練平臺，真正實現(xiàn)高職學(xué)生與職業(yè)技術(shù)崗位“零距離”。

4.師資的培養(yǎng)

建設(shè)一支結(jié)構(gòu)合理、專兼結(jié)合的“雙師型”專業(yè)教學(xué)團隊，通過送出去（年輕的專業(yè)骨干教師進(jìn)企業(yè)、高校）、請進(jìn)來（聘請企業(yè)相關(guān)技術(shù)人才）等形式。因相關(guān)專業(yè)教師都具有相應(yīng)的技術(shù)基礎(chǔ)，進(jìn)過短期的培訓(xùn)即能夠熟練掌握相關(guān)設(shè)備，短時間內(nèi)培養(yǎng)一批適合專業(yè)課程教學(xué)的合格師資。開展多層次培養(yǎng)及聘請名師等措施，打造一支由專業(yè)帶頭人、骨干教師、“雙師型”專業(yè)教師、兼職教師組成的教學(xué)團隊。

5.校本教材的開發(fā)

通過與相關(guān)企業(yè)合作，學(xué)校具有本專業(yè)經(jīng)驗豐富的教師與企業(yè)的工程師、技師等聯(lián)合組建教材編寫小組。以企業(yè)的產(chǎn)品作為學(xué)校實訓(xùn)的項目，根據(jù)項目的生產(chǎn)過程設(shè)計教學(xué)過程，教材的編寫要符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，項目任務(wù)的設(shè)計要具有情境性、操作性，讓學(xué)生在“做”中發(fā)展能力，形成職業(yè)素質(zhì)。

技術(shù)不斷地發(fā)展，我們的改革還在繼續(xù)，相信在模具專業(yè)開設(shè)3D打印技術(shù)課程是當(dāng)前中等職業(yè)學(xué)校改革最小、成本最低、效率最高也是最容易實現(xiàn)的。鑒于當(dāng)前在中等職業(yè)學(xué)校為全關(guān)第一家提出，沒有值得借鑒的經(jīng)驗和做法，在今后我們將不斷探索，不斷改革，真正做到為企業(yè)服務(wù)，為社會服務(wù)。