聚焦3D打印技術在職業教育中的發展與現狀

趙訓軍

摘 要：3D打印技術是 20世紀 80 年代中期發展起來的一種高新技術，在這近30年的發展中，國內已初步開展了3D打印引入職業課堂的嘗試。由于3D打印在成本，耗材等方面還有待進一步發展與研究，3D打印技術在職業培訓考核方面的標準尚未確定，因此，3D打印技術在職業學校中還未得到大面積的普及和推廣。但3D打印技術經過30多年的發展與進步，它在職業教育方面的優勢已經體現出來，尤其是在拓展人們的空間想象能力方面。不論是教師還是學生一旦他們有創新的思維和想法時，都隨時可以通過3D打印技術去實現。這使得日后的職業技能教育變得更為靈活，使得學生日后不再是被動的知識接受者，而是成為了主動對知識渴求的探索者。

關鍵詞：3D；3D打印技術；職業教育

中圖分類號：TP751 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）01-0219-02

1 3D打印機在職業教育教學領域中的應用現狀

為加快推進我國增材（又稱“3D打印”）產業健康有序發展，從2016年起，工信部開始施行3D打印培訓師制度，“3D打印培訓師認證”由國家工業和信息化部制定職業標準、職業培訓及考核體系，并頒發國家認可的唯一的3D打印培訓師證書。近年來，部分高校組織編寫的“3D打印快速制造系列教材”也取得了可喜的教研成果；尤其是中國首本職業教育3D打印培訓應用教材面世，該教材由上海市公用事業學校編輯出版，更代表了中等職業學校在3D打印技術培訓方面達到了一定的高度；3D打印產品也不僅應用在了模型制造領域，而且還實現了實體零部件直接制造的跨越，上述成果的取得，充分展示了3D打印技術在教學研究領域中應用的可行性。

2 3D打印技術在職業教育教學領域中的展望

3D打印技術它屬于機械制造的一種方式，它是對機械制造業一種有力的補充，它既有機械制造不可取代的優點，但它也有自身的局限性，尤其是在材料，核心技術等方面都還有很大的提高空間。而目前在職業教育尤其是中等職業教育中，與3D打印技術相關的具有系統性的教學資源還較為欠缺，在職業教學體系與職業技能考核體系中，還缺乏與3D打印技術相關相配套的環節。一些走在時代前列的職業院校中，高等院校有些只是將3D打印技術作為一門培養興趣的選修課向學生們介紹，而中等職業學校也只是將3D打印技術作為一種吸引學生關注提高招生知名度從而搶占生源的一種手段。經過近三十年的發展，3D打印技術在某些制造行業已經比較成熟，但在有些行業和技術方面還需要不斷的向前發展。如果各職業院校能夠將3D打印技術融入到各個學科中，將能更好地促進3D打印技術的發展，也將能更好地促使學生們掌握各專業的相關知識。如：機械制造專業的學生可以用它打印出自己設計的機械產品原型；動漫制作專業的學生可以用它很方便的打印出自己設計的動漫實體模型；幼師教育專業的學生可以用它來打印出自己所設計出的供幼兒園小朋友觀察的手工工藝品；平面設計專業的學生可以用它來制作3D版本的藝術品；食品類專業的學生可以用它設計食物的產品造型；汽車制造專業的學生可以用它打印各種各樣便于測試的汽車實體部件；金屬材料專業的學生可以打印出便于觀察研究分析的金屬材料模型；微生物專業的學生可以打印出細胞、病毒、器官，和其他重要的生物樣本，等等。

3 3D打印技術在職業教育教學課堂中的應用

3D打印技術在實驗課堂的教學過程中一般都能發揮著非常重要的作用。用3D打印機可以根據教師的自己的需求打印出各式各樣的教學模型，在不同系別不同專業的課堂里，可以盡情使用。如機械專業的教師在介紹螺桿螺母結構或運動原理的時候，可以摒棄過去采用簡單掛圖或二維圖片展示的傳統教學模式，而使用3D打印技術生產出多種不同類型的螺桿螺母，在課堂上現場進行演示。這不僅使得學生能更加直觀地了解該物品結構及運動原理，而且還能增強學生的感知能力和實際動手能力。如汽車維修專業的教師在授課時，一些簡單的汽車零部件的制作，教師都可以找到合適的方法或相關教具進行展示，但在面對復雜的汽車零部件進行維修講解時，則要求學生們充分發揮自己的想象力才能進行了解，隨著師資培訓水平的不斷提高，部分教師能夠運用多媒體課件，三維動畫等向學生們進行展示。而如今通過3D打印技術則可以將較為復雜的汽車零部件切切實實、栩栩如真地呈現在學生們的面前，讓學生們可以看得見，摸得著，不僅加深了學生們在課堂學習的印象，而且激發出了學生們對高科技領域進行不斷思索的興趣。

4 3D打印技術在職業教育教學領域中的應用優勢

3D打印技術在中等職業教育或者是基礎教育中，所帶來的最明顯的效果就是可以任意呈現特定的物體，使學生獲得了深度的感知力，尤其是對于那些沒有足夠教學模型或教具的學校來說，這個優勢更為明顯。3D打印出來的教具模型產品，相對于在教具市場上購買一個昂貴的教具供學生觀摩，則顯得更為經濟合理，對促進學生在課堂學習的認知力更為有效。在制造行業，“3D打印技術”的影響正在日益凸顯。英國《經濟學人》雜志認為，這項技術將與數字化生產模式一起推動實現新的工業革命，該雜志還將3D打印技術列為第三次技術革命范疇；美國《時代》周刊也已將3D打印產業列為“美國十大增長最快的工業”。因此，3D打印機在職業教育行業中的使用，將會如同3D打印技術在機械行業中所起的變革作用一樣，它將會無形之中改變傳統的教育模式，無形之中促使教育方式自主進行變革，而這樣將會更有利于開發學生們的發散思維能力，從而最終提高他們在動手設計與制造方面的能力。當學生們能隨時將在腦海中抽象的想法用3D打印機去實現時，這將不僅僅會提高了學生們的學習興趣，而且還能夠有效地培養他們在高科技領域的創新思維和創造力。

5 3D打印技術在未來職業教育教學領域中的展望

盡管3D打印技術在職業院校的應用中還面臨著投資大耗材貴，投資回報率低，精度質量不穩定，材料的種類和性能還不成熟，機械設計能力還有所限制，產品后期處理有難度，專業技術人員還相對缺失，產品打印效率和尺寸規格不夠理想，本地產業鏈的完整度不夠，3D產品市場認可低，3D產品質量監管缺失以及三維建模培訓難等方面的問題。另外，要如何選擇安全無毒且合適的材料進行3D打印，如何選擇加工精度高、加工效率高且價格低廉的打印機，以及如何能讓每一個專業的任課教師快速掌握三維建模軟件相關操作的專業技能等方面的問題，都是3D打印技術方面需要克服的困難和挑戰。但是隨著3D打印機向著精密化、智能化、通用化模塊化和資源共享化的方向發展，3D打印技術在職業教育教學資源的研發創新成本、創新研發周期將會極大的降低。3D打印技術由于簡化或省略了工藝準備、試驗等環節，它在職業教育教學資源中的所需要的數字化設計方案，制造與分析水平已經達到了高度的一體化，因此，職業教育教學資源將可以實現“今日需要資源，明天得到成品”。

6 3D打印技術在未來就業領域中的規劃與展望

在高等職業教育中，3D打印技術主要是以研發為主，尤其是金屬材料應用領域，由于3D打印機所需的材料比較特殊，特別是金屬材料需要以液體的形成儲存在打印機，經過打印機的打印，將材料通過黏合生產出固態的物體（如圖一）。使用此種材料的效果如何，成本如何都要仔細考慮，因此3D打印技術適合什么樣的材料是本專業學生要學習和研究的問題，這也是該類專業畢業生在將來的就業領域中需要側重研究探討的問題。在中等職業教育中，尤其是對于機械加工專業的學生來說，從學生所掌握的專業知識情況和各學校自身的經濟因素等方面的綜合考慮，選用的3D打印技術一般是采用熔融層積技術（簡稱FDM）進行生產的設備（如圖二），該類設備的3D打印耗材一般都是采用低成本的PLA或ABS塑膠材料，因此如何提高產品的加工精度，穩定性以及打印效率都將是該類專業的學生需要努力學習的地方，同時如何提高學生自身在3D打印技術專業方面的實際操作職業技能，也是該類畢業生在今后的就業領域中所要長遠思考的問題。

參考文獻：

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