3D打印在高職機電專業校內實訓中的應用研究

戰麗娜

摘 要：緊隨產業發展的前沿，從機電一體化技術專業實踐性教學體系入手，根據學院自身定位與現狀，挖掘探索了3D打印技術在機電一體化技術專業的校內實訓中的應用，構建出符合高職院校特點的機電一體化技術專業校內實訓課程體系，打造學院特色校內實訓品牌，引領職教機電一體化技術專業建設的新方向，讓高職教育的機電一體化技術專業的校內實訓與人才培養方向并駕齊驅，培養產業緊缺的創新技術技能人才。

關鍵詞：3D打印技術 機電一體化技術專業 校內實訓

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）09（b）-0113-04

3D打印（3D Printing），屬于快速成形技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層堆疊累積的方式來構造物體的技術（即“積層造形法”）。3D打印技術作為“第三次工業革命”的核心技術，已逐步走進高校創新教育教學領域中，將3D打印技術融入到機電一體化技術專業校內實訓項目建設中，能夠充分發揮其獨特的優勢和深入的啟蒙作用，使學生在輕松地學習到專業知識和專業技能的同時，還可以激發出他們的創新創業設計思維，對學生的智力發展和實踐應用都起到重要的促進作用。

1 機電一體化技術專業實踐性教學體系分析

機電一體化技術專業旨在培養具有與良好的職業道德和必備的專業知識和技術，能夠從事機電一體化產品生產企業以及應用企業等機電設備的操作、維護、裝配與調試等工作，具備機電設備操作運行、安裝與調試、生產技術實施、技術支持等能力的高級技術技能人才。經過對制造類典型企業和其他工業企業調研分析，表明機電一體化技術與其他職業相比，屬于復合性的新型職業，要求具有較寬的理論和專業知識基礎，具有嫻熟的操作能力和解決問題能力，同時具有從事多重復雜性的工作能力。本專業的實踐性教學體系結構如表1所示。

2 歸納可融入3D打印技術的機電一體化技術專業校內實訓項目

目前，3D打印技術按照打印材料分類主要有激光燒結成型（SLS）、熔融沉積成型（FDM）、分層實體制造（LOM）、粉末粘接成型（3DP）、電子束熔化成型（EBM）和光固化成型（SLA）等類型[1]。其中，熔融沉積成型（FDM）技術工藝簡單，操作方便，材料具有強度高、韌性好、耐沖擊等優點，正常變形溫度超過90℃，可進行機械加工（鉆孔、攻螺紋）、噴漆及電鍍等機加工藝，不僅能夠滿足機械零件本身的精度，并且無毒性，更環保，可選材料種類多，材料成本低，材料利用率高，應用最為廣泛。

我院機電一體化技術專業的實訓設備數量極為有限，且更新慢，又加上經費不足和招投標程序繁瑣復雜等原因，使機電一體化技術專業的多個校內實訓的實訓設備無法及時到位，即使有些實訓項目購買到部分設備，也無法滿足所有學生同時實訓的要求，促使老師在講解知識時有“巧婦難為無米之炊”的尷尬，也使學生產生一種失落感，嚴重挫敗了學生的學習積極性，教學效果達不到預定目標。讓3D打印技術融入到課堂，融入到機電一體化技術專業的校內實訓項目建設中，可解決上述困境。

根據機電一體化技術的專業人才培養方案，并結合高職院校機電一體化技術專業技能抽查標準，歸納出可融入3D打印技術中的熔融沉積成型（FDM）技術的機電一體化技術專業校內實訓項目，如表2所示。

3 3D打印技術在機電一體化技術專業的校內實訓的應用

3D打印技術應用于機電一體化技術專業的校內實訓項目中會產生極大的積極作用和深入的啟蒙作用，現將歸納出的8個可融入3D打印技術的校內實訓項目，從中選取5～6個加以說明。

3.1 3D打印技術在《Pro/E實訓》中的應用

在《Pro/E實訓》中應用3D打印技術，不僅可以提高學生學習軟件的興趣，還可以激發學生的創新設計思維。例如：《Pro/E實訓》中有一個設計花瓶的實訓，只要求設計一個手柄（兩個也可），其它未做要求，學生可以自由發揮。有些同學不喜歡動腦，按部就班，設計出的是傳統的花瓶，沒有任何特色，但有些同學喜歡加入一些創新的元素，使花瓶看上去就愛不釋手。將這種具有創新元素的花瓶通過3D打印技術打印出實物來，如圖1所示，擺放在陳列柜里供各屆學生欣賞，大大增強了學生的成就感。

3.2 3D打印技術在《機械零件測繪實習》中的應用

在《機械零件測繪實習》中應用3D打印技術，不僅可以豐富測繪零件的種類和數量，更有效的益處是可以大大縮短測繪零件的采購周期。例如：齒輪是《機械零件測繪實習》中比較常見的測繪零件，齒數和模數不一樣，可組合出的齒輪有千百種，但是學院經費有限，不可能將所有的齒輪都購買回來，只會購買一些固定模數和固定齒數的齒輪。為了提高學生的測繪能力，讓學生真正領會通過測量，齒輪的模數是怎么計算出來的，就需要有大量的不同模數和不同齒數的齒輪來進行練習和考核。傳統的采購測繪零件的做法是：提交購買申請—各級領導簽字—提交后勤總務處—招標—投標—購買—入庫—出庫，這樣一套程序下來至少也是半年才能供實習使用，如果出現漏買錯買的現象，再按程序走一遍又是半年，這樣采購周期特別長，不能解決實習過程中出現的突發狀況。有了3D打印技術就不一樣了，只需三維建模—模型轉換—3D打印這三個流程，半天就可打印出一個齒輪實物，如圖2所示，而且想要什么參數的就可打印什么參數的，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，節省下來的時間顯而易見。

3.3 3D打印技術在《機械CAD/CAM實訓》和《拆裝實習》中的應用

在《機械CAD/CAM實訓》和《拆裝實習》中應用3D打印技術，不僅可以促進學生軟件理論與工程實踐相結合，還可以增強學生之間的團隊協作能力。例如：減速器是《拆裝實習》中常見的一種機械，蝸輪蝸桿減速器是減速器其中的一個種類，老師可以讓學生自己設計并3D打印出一臺蝸輪蝸桿減速器來進行拆裝練習。在《機械CAD/CAM實訓》中就開始著手將蝸輪蝸桿減速器的各個組成零部件的三維模型全部設計出來，設計時要考慮各零部件之間的裝配關系，利用3D打印技術將蝸輪蝸桿減速器中的各個零部件打印出來，供《拆裝實習》中進行拆裝，圖3為學生設計的一款簡易蝸輪蝸桿減速器。為了打印出更好的3D結構作品，更能體現機械零部件之間的裝配、支撐和連接關系，學生們會分工合作、相互溝通、相互協調，這樣既滿足了工程實踐訓練的特點，又充分調動了學生學習的積極性和主動性，更有效地提高了學生的動手實踐能力、溝通協調能力和團隊協作能力。

3.4 3D打印技術在《數控加工仿真實習》中的應用

在《數控加工仿真實習》中應用3D打印技術，不僅可以增強學生的感性認識，還能使該實訓項目不再受經費緊張、設備投資大、實訓場地大、數控系統不能及時更新等實訓條件的限制，在校內就可完成。例如：數控車削錐軸零件時，很多同學因為空間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。而學院因經費緊張沒有購買數控機床，也沒有已加工好的真實錐軸零件實物供學生參考，此時利用3D打印技術將錐軸零件打印出來（如圖4所示）。讓錐軸零件看得見摸得著，不僅增強了學生的感官認識，更有利于學生制定錐軸零件加工方案，編寫錐軸零件的數控加工程序，讓學生能夠在校內就可完成數控車削錐軸零件的仿真加工操作，如圖5所示，且范更少的錯誤。

3.5 3D打印技術在《畢業設計》中的應用

在《畢業設計》中應用3D打印技術，不僅可以使學生的畢業設計作品產品化，更有利于高校創新創業型人才的培養。例如：某一屆學生設計了一款卡通叮當貓全自動擠牙膏器，除了可以實現擠牙膏的功能外，不僅在造型上采用了卡通叮當貓的創意，內部結構還充分體現了機械結構的裝配關系和加固支撐，如圖6所示。這個產品3D打印出來，如圖7所示，拿到市場上就可以直接銷售，這正響應了政府“大眾創業，萬眾創新”的號召，讓學生在走向社會真正創新創業之前做好了充分的知識和技能儲備。

4 構建融合3D打印技術的機電一體化技術專業的校內實訓課程體系

將融合3D打印技術的機電一體化技術專業的校內實訓項目與對應的理論課程進行對接，構建出融合3D打印技術的機電一體化技術專業的校內實訓課程體系，制定出機電一體化技術專業的框架教學計劃。框架教學計劃中要涵蓋每門課程第幾學期開課，學時多少，比如：校內實訓項目“數控加工仿真實習”第二學年第四學期開課，共2周，對應的理論課程《數控設備的操作與應用》也是第二學年第四學期開課，共56學時。對每個校內實訓項目和對應理論課程都要從學習目標、內容、方法、媒體、學生需要掌握的知識和技能、老師需要具備的知識和技能以及該領域的專業能力、方法能力和社會能力等方面進行詳細的描述（見表3）。

5 結語

綜上所述，將人性化、生活化、智能化的3D打印技術融入到機電一體化技術專業的校內實訓項目中，發揮了巨大的作用。3D打印技術的材料無毒性，更環保；3D打印技術使校內實訓項目不再受投資大、場地大和采購周期時間長等實訓條件的限制；3D打印技術創新了教學理念，創新了教學內容，使學生更直觀、更具體地感受到自身的學習主體作用，提高了學生過程性學習的興趣，更容易培養學生的職業能力，更好地實現了高等職業教育創新創業型人才的培養目標。

參考文獻

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