3D打印在高職機(jī)電專(zhuān)業(yè)校內(nèi)實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用研究

戰(zhàn)麗娜

摘 要：緊隨產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前沿，從機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐性教學(xué)體系入手，根據(jù)學(xué)院自身定位與現(xiàn)狀，挖掘探索了3D打印技術(shù)在機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)的校內(nèi)實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用，構(gòu)建出符合高職院校特點(diǎn)的機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)校內(nèi)實(shí)訓(xùn)課程體系，打造學(xué)院特色校內(nèi)實(shí)訓(xùn)品牌，引領(lǐng)職教機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)建設(shè)的新方向，讓高職教育的機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)的校內(nèi)實(shí)訓(xùn)與人才培養(yǎng)方向并駕齊驅(qū)，培養(yǎng)產(chǎn)業(yè)緊缺的創(chuàng)新技術(shù)技能人才。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù) 機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè) 校內(nèi)實(shí)訓(xùn)

中圖分類(lèi)號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）09（b）-0113-04

3D打?。?D Printing），屬于快速成形技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層堆疊累積的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)（即“積層造形法”）。3D打印技術(shù)作為“第三次工業(yè)革命”的核心技術(shù)，已逐步走進(jìn)高校創(chuàng)新教育教學(xué)領(lǐng)域中，將3D打印技術(shù)融入到機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)校內(nèi)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目建設(shè)中，能夠充分發(fā)揮其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和深入的啟蒙作用，使學(xué)生在輕松地學(xué)習(xí)到專(zhuān)業(yè)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)技能的同時(shí)，還可以激發(fā)出他們的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)設(shè)計(jì)思維，對(duì)學(xué)生的智力發(fā)展和實(shí)踐應(yīng)用都起到重要的促進(jìn)作用。

1 機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐性教學(xué)體系分析

機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)旨在培養(yǎng)具有與良好的職業(yè)道德和必備的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技術(shù)，能夠從事機(jī)電一體化產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)以及應(yīng)用企業(yè)等機(jī)電設(shè)備的操作、維護(hù)、裝配與調(diào)試等工作，具備機(jī)電設(shè)備操作運(yùn)行、安裝與調(diào)試、生產(chǎn)技術(shù)實(shí)施、技術(shù)支持等能力的高級(jí)技術(shù)技能人才。經(jīng)過(guò)對(duì)制造類(lèi)典型企業(yè)和其他工業(yè)企業(yè)調(diào)研分析，表明機(jī)電一體化技術(shù)與其他職業(yè)相比，屬于復(fù)合性的新型職業(yè)，要求具有較寬的理論和專(zhuān)業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)，具有嫻熟的操作能力和解決問(wèn)題能力，同時(shí)具有從事多重復(fù)雜性的工作能力。本專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐性教學(xué)體系結(jié)構(gòu)如表1所示。

2 歸納可融入3D打印技術(shù)的機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)校內(nèi)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目

目前，3D打印技術(shù)按照打印材料分類(lèi)主要有激光燒結(jié)成型（SLS）、熔融沉積成型（FDM）、分層實(shí)體制造（LOM）、粉末粘接成型（3DP）、電子束熔化成型（EBM）和光固化成型（SLA）等類(lèi)型[1]。其中，熔融沉積成型（FDM）技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，操作方便，材料具有強(qiáng)度高、韌性好、耐沖擊等優(yōu)點(diǎn)，正常變形溫度超過(guò)90℃，可進(jìn)行機(jī)械加工（鉆孔、攻螺紋）、噴漆及電鍍等機(jī)加工藝，不僅能夠滿(mǎn)足機(jī)械零件本身的精度，并且無(wú)毒性，更環(huán)保，可選材料種類(lèi)多，材料成本低，材料利用率高，應(yīng)用最為廣泛。

我院機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)的實(shí)訓(xùn)設(shè)備數(shù)量極為有限，且更新慢，又加上經(jīng)費(fèi)不足和招投標(biāo)程序繁瑣復(fù)雜等原因，使機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)的多個(gè)校內(nèi)實(shí)訓(xùn)的實(shí)訓(xùn)設(shè)備無(wú)法及時(shí)到位，即使有些實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目購(gòu)買(mǎi)到部分設(shè)備，也無(wú)法滿(mǎn)足所有學(xué)生同時(shí)實(shí)訓(xùn)的要求，促使老師在講解知識(shí)時(shí)有“巧婦難為無(wú)米之炊”的尷尬，也使學(xué)生產(chǎn)生一種失落感，嚴(yán)重挫敗了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，教學(xué)效果達(dá)不到預(yù)定目標(biāo)。讓3D打印技術(shù)融入到課堂，融入到機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)的校內(nèi)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目建設(shè)中，可解決上述困境。

根據(jù)機(jī)電一體化技術(shù)的專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案，并結(jié)合高職院校機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)技能抽查標(biāo)準(zhǔn)，歸納出可融入3D打印技術(shù)中的熔融沉積成型（FDM）技術(shù)的機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)校內(nèi)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，如表2所示。

3 3D打印技術(shù)在機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)的校內(nèi)實(shí)訓(xùn)的應(yīng)用

3D打印技術(shù)應(yīng)用于機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)的校內(nèi)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目中會(huì)產(chǎn)生極大的積極作用和深入的啟蒙作用，現(xiàn)將歸納出的8個(gè)可融入3D打印技術(shù)的校內(nèi)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，從中選取5～6個(gè)加以說(shuō)明。

3.1 3D打印技術(shù)在《Pro/E實(shí)訓(xùn)》中的應(yīng)用

在《Pro/E實(shí)訓(xùn)》中應(yīng)用3D打印技術(shù)，不僅可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)軟件的興趣，還可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維。例如：《Pro/E實(shí)訓(xùn)》中有一個(gè)設(shè)計(jì)花瓶的實(shí)訓(xùn)，只要求設(shè)計(jì)一個(gè)手柄（兩個(gè)也可），其它未做要求，學(xué)生可以自由發(fā)揮。有些同學(xué)不喜歡動(dòng)腦，按部就班，設(shè)計(jì)出的是傳統(tǒng)的花瓶，沒(méi)有任何特色，但有些同學(xué)喜歡加入一些創(chuàng)新的元素，使花瓶看上去就愛(ài)不釋手。將這種具有創(chuàng)新元素的花瓶通過(guò)3D打印技術(shù)打印出實(shí)物來(lái)，如圖1所示，擺放在陳列柜里供各屆學(xué)生欣賞，大大增強(qiáng)了學(xué)生的成就感。

3.2 3D打印技術(shù)在《機(jī)械零件測(cè)繪實(shí)習(xí)》中的應(yīng)用

在《機(jī)械零件測(cè)繪實(shí)習(xí)》中應(yīng)用3D打印技術(shù)，不僅可以豐富測(cè)繪零件的種類(lèi)和數(shù)量，更有效的益處是可以大大縮短測(cè)繪零件的采購(gòu)周期。例如：齒輪是《機(jī)械零件測(cè)繪實(shí)習(xí)》中比較常見(jiàn)的測(cè)繪零件，齒數(shù)和模數(shù)不一樣，可組合出的齒輪有千百種，但是學(xué)院經(jīng)費(fèi)有限，不可能將所有的齒輪都購(gòu)買(mǎi)回來(lái)，只會(huì)購(gòu)買(mǎi)一些固定模數(shù)和固定齒數(shù)的齒輪。為了提高學(xué)生的測(cè)繪能力，讓學(xué)生真正領(lǐng)會(huì)通過(guò)測(cè)量，齒輪的模數(shù)是怎么計(jì)算出來(lái)的，就需要有大量的不同模數(shù)和不同齒數(shù)的齒輪來(lái)進(jìn)行練習(xí)和考核。傳統(tǒng)的采購(gòu)測(cè)繪零件的做法是：提交購(gòu)買(mǎi)申請(qǐng)—各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)簽字—提交后勤總務(wù)處—招標(biāo)—投標(biāo)—購(gòu)買(mǎi)—入庫(kù)—出庫(kù)，這樣一套程序下來(lái)至少也是半年才能供實(shí)習(xí)使用，如果出現(xiàn)漏買(mǎi)錯(cuò)買(mǎi)的現(xiàn)象，再按程序走一遍又是半年，這樣采購(gòu)周期特別長(zhǎng)，不能解決實(shí)習(xí)過(guò)程中出現(xiàn)的突發(fā)狀況。有了3D打印技術(shù)就不一樣了，只需三維建?！Ｐ娃D(zhuǎn)換—3D打印這三個(gè)流程，半天就可打印出一個(gè)齒輪實(shí)物，如圖2所示，而且想要什么參數(shù)的就可打印什么參數(shù)的，想要什么形狀的就可打印什么形狀的，這種做法既靈活又可解燃眉之急，節(jié)省下來(lái)的時(shí)間顯而易見(jiàn)。

3.3 3D打印技術(shù)在《機(jī)械CAD/CAM實(shí)訓(xùn)》和《拆裝實(shí)習(xí)》中的應(yīng)用

在《機(jī)械CAD/CAM實(shí)訓(xùn)》和《拆裝實(shí)習(xí)》中應(yīng)用3D打印技術(shù)，不僅可以促進(jìn)學(xué)生軟件理論與工程實(shí)踐相結(jié)合，還可以增強(qiáng)學(xué)生之間的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。例如：減速器是《拆裝實(shí)習(xí)》中常見(jiàn)的一種機(jī)械，蝸輪蝸桿減速器是減速器其中的一個(gè)種類(lèi)，老師可以讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)并3D打印出一臺(tái)蝸輪蝸桿減速器來(lái)進(jìn)行拆裝練習(xí)。在《機(jī)械CAD/CAM實(shí)訓(xùn)》中就開(kāi)始著手將蝸輪蝸桿減速器的各個(gè)組成零部件的三維模型全部設(shè)計(jì)出來(lái)，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮各零部件之間的裝配關(guān)系，利用3D打印技術(shù)將蝸輪蝸桿減速器中的各個(gè)零部件打印出來(lái)，供《拆裝實(shí)習(xí)》中進(jìn)行拆裝，圖3為學(xué)生設(shè)計(jì)的一款簡(jiǎn)易蝸輪蝸桿減速器。為了打印出更好的3D結(jié)構(gòu)作品，更能體現(xiàn)機(jī)械零部件之間的裝配、支撐和連接關(guān)系，學(xué)生們會(huì)分工合作、相互溝通、相互協(xié)調(diào)，這樣既滿(mǎn)足了工程實(shí)踐訓(xùn)練的特點(diǎn)，又充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，更有效地提高了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力、溝通協(xié)調(diào)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

3.4 3D打印技術(shù)在《數(shù)控加工仿真實(shí)習(xí)》中的應(yīng)用

在《數(shù)控加工仿真實(shí)習(xí)》中應(yīng)用3D打印技術(shù)，不僅可以增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，還能使該實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目不再受經(jīng)費(fèi)緊張、設(shè)備投資大、實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地大、數(shù)控系統(tǒng)不能及時(shí)更新等實(shí)訓(xùn)條件的限制，在校內(nèi)就可完成。例如：數(shù)控車(chē)削錐軸零件時(shí)，很多同學(xué)因?yàn)榭臻g想象力不足而讀不懂零件圖，他們想象不出要加工的零件到底是什么樣子。而學(xué)院因經(jīng)費(fèi)緊張沒(méi)有購(gòu)買(mǎi)數(shù)控機(jī)床，也沒(méi)有已加工好的真實(shí)錐軸零件實(shí)物供學(xué)生參考，此時(shí)利用3D打印技術(shù)將錐軸零件打印出來(lái)（如圖4所示）。讓錐軸零件看得見(jiàn)摸得著，不僅增強(qiáng)了學(xué)生的感官認(rèn)識(shí)，更有利于學(xué)生制定錐軸零件加工方案，編寫(xiě)錐軸零件的數(shù)控加工程序，讓學(xué)生能夠在校內(nèi)就可完成數(shù)控車(chē)削錐軸零件的仿真加工操作，如圖5所示，且范更少的錯(cuò)誤。

3.5 3D打印技術(shù)在《畢業(yè)設(shè)計(jì)》中的應(yīng)用

在《畢業(yè)設(shè)計(jì)》中應(yīng)用3D打印技術(shù)，不僅可以使學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)作品產(chǎn)品化，更有利于高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才的培養(yǎng)。例如：某一屆學(xué)生設(shè)計(jì)了一款卡通叮當(dāng)貓全自動(dòng)擠牙膏器，除了可以實(shí)現(xiàn)擠牙膏的功能外，不僅在造型上采用了卡通叮當(dāng)貓的創(chuàng)意，內(nèi)部結(jié)構(gòu)還充分體現(xiàn)了機(jī)械結(jié)構(gòu)的裝配關(guān)系和加固支撐，如圖6所示。這個(gè)產(chǎn)品3D打印出來(lái)，如圖7所示，拿到市場(chǎng)上就可以直接銷(xiāo)售，這正響應(yīng)了政府“大眾創(chuàng)業(yè)，萬(wàn)眾創(chuàng)新”的號(hào)召，讓學(xué)生在走向社會(huì)真正創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)之前做好了充分的知識(shí)和技能儲(chǔ)備。

4 構(gòu)建融合3D打印技術(shù)的機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)的校內(nèi)實(shí)訓(xùn)課程體系

將融合3D打印技術(shù)的機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)的校內(nèi)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目與對(duì)應(yīng)的理論課程進(jìn)行對(duì)接，構(gòu)建出融合3D打印技術(shù)的機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)的校內(nèi)實(shí)訓(xùn)課程體系，制定出機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)的框架教學(xué)計(jì)劃?？蚣芙虒W(xué)計(jì)劃中要涵蓋每門(mén)課程第幾學(xué)期開(kāi)課，學(xué)時(shí)多少，比如：校內(nèi)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目“數(shù)控加工仿真實(shí)習(xí)”第二學(xué)年第四學(xué)期開(kāi)課，共2周，對(duì)應(yīng)的理論課程《數(shù)控設(shè)備的操作與應(yīng)用》也是第二學(xué)年第四學(xué)期開(kāi)課，共56學(xué)時(shí)。對(duì)每個(gè)校內(nèi)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目和對(duì)應(yīng)理論課程都要從學(xué)習(xí)目標(biāo)、內(nèi)容、方法、媒體、學(xué)生需要掌握的知識(shí)和技能、老師需要具備的知識(shí)和技能以及該領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)能力、方法能力和社會(huì)能力等方面進(jìn)行詳細(xì)的描述（見(jiàn)表3）。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，將人性化、生活化、智能化的3D打印技術(shù)融入到機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)的校內(nèi)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目中，發(fā)揮了巨大的作用。3D打印技術(shù)的材料無(wú)毒性，更環(huán)保；3D打印技術(shù)使校內(nèi)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目不再受投資大、場(chǎng)地大和采購(gòu)周期時(shí)間長(zhǎng)等實(shí)訓(xùn)條件的限制；3D打印技術(shù)創(chuàng)新了教學(xué)理念，創(chuàng)新了教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生更直觀(guān)、更具體地感受到自身的學(xué)習(xí)主體作用，提高了學(xué)生過(guò)程性學(xué)習(xí)的興趣，更容易培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)能力，更好地實(shí)現(xiàn)了高等職業(yè)教育創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

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