3D打印技術在機械類專業應用創新型人才培養中的應用研究

張金錚　袁明新　金琦淳　陶麗佳　卞翔

摘要：本研究提出了基于3D打印技術的應用創新型人才培養新方法，并針對3D打印技術在機械制造專業應用創新型人才培養過程中的具體應用以及存在的問題進行了探討，通過教學實踐證明了應用創新雙結合的人才培養模式的可行性。

關鍵詞：3D打印技術；機械專業；應用創新型人才；培養方法

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）51-0004-02

近年來，《國家增材制造產業發展推進計劃》和《中國制造2025》相繼出臺[1，2]，我國在提出促進制造產業轉型升級和提質增效的同時，強調了利用以3D打印技術為代表的先進制造技術給傳統制造業注入新活力的重要性，以期快速推進和強化以先進制造技術為核心的產品制造行業的綜合競爭力。其中，高校應用創新型人才的培養對于提高我國產品制造行業的競爭力起到至關重要的作用。在新工科建設背景下，各高校對于應用創新型人才的培養都給予了充分的重視，開展了廣泛深入的應用創新型人才培養的教學實踐[3-5]。本文主要針對3D打印技術在機械類專業應用創新型人才培養過程中的具體應用以及存在的問題進行了探討。結合江蘇科技大學機電與動力工程學院目前的人才培養現狀，在教學實踐過程中探索并形成了專業知識、軟件操作技能和3D打印設備應用技能三位一體的應用創新型人才培養新方法，并通過教學實踐證明了應用創新型雙結合的人才培養模式的實施效果。

一、基于3D打印技術的應用創新教育目標

人才培養目標：（1）給當地面臨熟練技術工人嚴重不足等問題的中小企業和研發機構輸送技術人才。（2）給當地面臨技術壁壘的醫療器械生產企業和研發機構輸送技術人才，以期能夠在仿人體骨骼結構設計和仿人體骨骼材料研發上實現技術突破。（3）培養3D打印技術研發人才和3D打印設備研發人才。

二、基于3D打印技術的應用創新型人才培養的教學實踐

2015年，江蘇科技大學數字化設計與制造實驗室建立，主要為對增材制造技術和機械創新設計有濃厚興趣的學生提供創新創業實踐活動平臺。具體實施過程中，實驗室教師討論形成了基于3D打印技術的應用創新型人才培養方案（圖1），并按照既定培養方案實施人才培養計劃。

實驗室的運行模式采用學生為主體、指導老師引導的方式。學生進入實驗室后由教師有計劃地開展創新教育實踐活動，在完成人才培養計劃中重要專業課程的基礎上，繼續進行機械創新設計和工業設計等課程的學習，使學生在頭腦中構建起機械創新設計思維模型。與此同時，加強學生利用工程軟件進行工程制圖、基于三維的機械設計、虛擬樣機構建及有限元分析、計算機輔助制造等方面綜合能力。在此基礎上，根據前期布置的項目課題和具體的項目分工，針對機器人行走裝置設計、移動平臺開發和農業采摘類機器人等相關課題開展具體的設計工作，并利用實驗室配備的3D打印設備完成自主設計產品關鍵零部件的制造和試驗樣機的搭建。

例如，學生自主完成的“四足機器人行走機構設計與動態仿真”課題項目，項目的靈感來源于指導教師橫向科研課題中的子課題。課題進展過程中，學生在前期調研基礎上提出四足機器人行走機構的總體設計方案，利用Solidworks完成建模，在ADAMS環境下構建虛擬樣機并完成了運動仿真分析。試驗樣機的制作主要是基于實驗室現有的3D打印設備完成，如圖2。實驗室學生通過完成畢業設計、參加各種創新創業實踐活動以及各級別大學生機械設計制造競賽，實踐能力得到了很好地鍛煉，同時也檢驗了基于3D打印技術的應用創新型人才培養方法的實際效果。

三、結論

在新工科建設背景下，本研究在教學實踐過程中探索并形成了基于3D打印技術的應用創新型人才培養新方法，把3D打印技術融入到機械專業創新型人才培養的過程中，并通過實踐證明了應用型和創新型雙結合的人才培養方法的可行性。雖然創新人才的培養取得了初步成效，此方法在實施過程中也應不斷迎合增材制造技術發展的趨勢，以培養更適合現代制造業發展需要的技術人才。

參考文獻：

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[3]冷崇杰，項輝宇.構建“做中學”培養應用創新型人才的新教學模式[J].實驗技術與管理，2013，30（09）：153-155+165.

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[5]吳麗波.基于CDIO模式的應用型本科創新型人才培養模式研究[J].時代農機，2017，44（12）：176-177.