淺談如何在中職學(xué)校開設(shè)3D打印課程

摘 ?要：3D打印又稱增材制造，是中國制造2025提出智能制造的五項(xiàng)核心技術(shù)之一。這項(xiàng)技術(shù)的課程在中職學(xué)校中開設(shè)已經(jīng)是必然的態(tài)勢(shì)，本文主要就結(jié)合學(xué)校實(shí)際和目前社會(huì)發(fā)展的需求，如何開設(shè)3D打印課程進(jìn)行探討，希望能給同行一些有益的借鑒和幫助，從而利于培養(yǎng)3D打印技術(shù)人才，為社會(huì)進(jìn)步和發(fā)展共同努力。

關(guān)鍵詞：3D打印 ?中職學(xué)校 ?課程開設(shè)

隨著先進(jìn)制造業(yè)的迅猛發(fā)展，3D打印技術(shù)已經(jīng)走進(jìn)人們的日常生活中，不再只是在實(shí)驗(yàn)室做研究。而經(jīng)過這些年的發(fā)展，我國的3D打印技術(shù)也發(fā)展擴(kuò)大，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到模具設(shè)計(jì)與制造，材料科學(xué)、醫(yī)學(xué)研究、文化藝術(shù)、土木建筑、軍事研發(fā)等等都已經(jīng)使用上3D打印技術(shù)，那么就預(yù)示著3D打印技術(shù)前景廣闊。

一、3D打印技術(shù)簡介

1986年3D打印技術(shù)在美國誕生，但直到20世紀(jì)90年代才被關(guān)注，應(yīng)用也主要局限在制造業(yè)、航空業(yè)等領(lǐng)域，那時(shí)叫“快速成型”技術(shù)。然后一直到2010年11月，世界上第一輛由3D打印機(jī)打印而成的汽車Urbee問世，3D打印才引起廣泛關(guān)注。

3D打印是快速成型技術(shù)的一種，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黏合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印的分類有材料擠出型、光固化、粉末床融合。

針對(duì)一些復(fù)雜零件，3D打印技術(shù)在節(jié)省材料、加工方便、縮短周期、降低成本等方面比傳統(tǒng)加工技術(shù)有優(yōu)勢(shì)。正是因?yàn)樵诩庸こ杀竞蜕a(chǎn)周期上都有著巨大的優(yōu)勢(shì)，3D打印技術(shù)也得到了全世界各國政府部門的重視。甚至有人將3D打印技術(shù)看作是第三次工業(yè)革命的標(biāo)志，并認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)將顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)。

二、我國3D打印技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。

（一）我國3D打印技術(shù)處于初級(jí)階段

如今，我國的3D打印技術(shù)雖然發(fā)展迅猛，但與發(fā)達(dá)國家相比，我國的技術(shù)水平還是處于初級(jí)層面。大部分企業(yè)生產(chǎn)的打印機(jī)都是以民用為主，桌面級(jí)別的材料擠出型（FDM）打印機(jī)用得最多，打印出的產(chǎn)品也很局限，有精品、玩具等等低端市場。而工業(yè)級(jí)別的打印機(jī)，以粉末床融合（SLM）打印機(jī)應(yīng)用為主，適用于金屬等多種材料，但是制品表面粗糙，對(duì)打印環(huán)境要求較高，而且成本較高，加之技術(shù)水平有所缺乏，導(dǎo)致發(fā)展較為緩慢。

（二）國家重視3D打印的職業(yè)教育

2019年年初，國務(wù)院印發(fā)了《國家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》，文中提到了自2019年開始，推動(dòng)職業(yè)院校在10個(gè)左右技術(shù)技能人才緊缺領(lǐng)域大力開展職業(yè)培訓(xùn)。而3D打印也是屬于技能人才緊缺領(lǐng)域，3D打印企業(yè)和職業(yè)院校應(yīng)該抓住機(jī)遇，聯(lián)合起來，加快對(duì)3D打印人才的培訓(xùn)。

三、3D打印課程開設(shè)的基礎(chǔ)

隨著3D打印技術(shù)的快速發(fā)展，3D打印制造市場的人才需求也越來越緊迫，不少企業(yè)嘗試與學(xué)校聯(lián)合辦學(xué)，校企合作，共同培養(yǎng)技術(shù)人才。

（一）學(xué)校基礎(chǔ)

1.學(xué)校要開辦有相關(guān)的專業(yè)，如模具制造技術(shù)，工業(yè)設(shè)計(jì)等等。

2.學(xué)校要有一定的3D打印教學(xué)設(shè)備。

3.學(xué)校要與3D打印相關(guān)企業(yè)建立良好的合作關(guān)系，共同研究開展3D打印的課程教學(xué)。

（二）學(xué)生基礎(chǔ)

3D打印技術(shù)對(duì)學(xué)生的各項(xiàng)能力要求還是挺高的，入門雖然說有一定的難度，但是針對(duì)我們中職學(xué)生也不是說突破不了。建議以成立興趣班的形式，進(jìn)行小班教學(xué);最好在二年級(jí)相關(guān)專業(yè)的班級(jí)采用報(bào)名，擇優(yōu)錄取的形式。

四、3D打印課程的開設(shè)

通常3D打印的過程是：首先通過電腦建模軟件進(jìn)行三維建模;然后將建成的模型分層切片，設(shè)置打印參數(shù);最后導(dǎo)入打印機(jī)逐層打印成型。考慮到3D打印的過程并且經(jīng)過詳盡的分析和充分的調(diào)研，課程開設(shè)如下：

（一）數(shù)據(jù)采集

通過三維掃描儀或使用量具（游標(biāo)卡尺、千分尺等等）對(duì)產(chǎn)品尺寸和形狀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，這是3D打印技術(shù)的基礎(chǔ)。它主要分為兩部分：三維掃描和量具測量。三維掃描又分為三維激光掃描、手持式三維掃描等等。

1.主要的學(xué)習(xí)內(nèi)容

（1）三維激光掃描儀、手持式掃描儀等設(shè)備的基礎(chǔ)認(rèn)知;

（2）掃描儀對(duì)應(yīng)的掃描軟件的安裝以及操作方法、步驟;

（3）掃描儀掃描零件的準(zhǔn)備工作，掃描方法與技巧;

（4）通過3D逆向工程軟件（Geomagic Studio等等）對(duì)采集后的點(diǎn)云進(jìn)行預(yù)處理;

（5）通過3D逆向工程軟件（Geomagic Studio等等）進(jìn)行數(shù)據(jù)修補(bǔ)和點(diǎn)云稀釋;

（6）通過3D逆向工程軟件（Geomagic Studio等等）對(duì)完善的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成不同格式的文件;

（7）使用量具對(duì)零件進(jìn)行各類幾何元素的測量;

（8）組成元素，公差制作和測量報(bào)告制作。

2.學(xué)習(xí)時(shí)長：60學(xué)時(shí)。

3.教學(xué)目標(biāo)

（1）能夠熟練地使用掃描儀對(duì)零件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并且會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)修補(bǔ)完善。

（2）可以熟練使用各種量具對(duì)零件進(jìn)行準(zhǔn)確測量并且制作測量報(bào)告。

（二）逆向建模

可以把零件掃描采集的數(shù)據(jù)和測量的數(shù)據(jù)通過建模軟件還原或者修改，這是3D打印技術(shù)的主體。

1.主要的學(xué)習(xí)內(nèi)容

（1）3D One Plus建模軟件的基礎(chǔ)應(yīng)用;

（2）簡單零件的逆向建模;

（3）復(fù)雜零件的逆向建模;

（4）綜合零件的逆向建模。

2.學(xué)習(xí)時(shí)長：80學(xué)時(shí)。

3.教學(xué)目標(biāo)

掌握簡單零件和復(fù)雜零件，乃至綜合零件的逆向建模步驟和技巧。

（三）3D打印技術(shù)

經(jīng)過后處理，導(dǎo)入打印機(jī)逐層打印成型，這是3D打印技術(shù)的最終結(jié)果。

1.因?yàn)榻饘俪尚汀⑻沾沙尚秃推渌尚蛢x器是比較昂貴的，所以一般學(xué)校建議開設(shè)的有以下兩種：

（1）FDM熔融層積成型技術(shù)

（2）液態(tài)樹脂光固化3D打印技術(shù)

2.主要的學(xué)習(xí)內(nèi)容

（1）編輯和處理STL模型文件。

（2）導(dǎo)入切片軟件進(jìn)行切片處理，設(shè)置打印參數(shù)。

（3）操作打印機(jī)對(duì)模型進(jìn)行3D打印。

（4）對(duì)打印的工件進(jìn)行后期完善。

3.學(xué)習(xí)時(shí)長：60學(xué)時(shí)。

4.教學(xué)目標(biāo)

（1）掌握對(duì)STL文件的編輯和處理。

（2）能熟練地進(jìn)行切片處理，設(shè)置打印參數(shù)。

（3）可以獨(dú)立操作打印機(jī)進(jìn)行3D打印。

（4）能夠自主打印出合格的工件，并且會(huì)進(jìn)行常規(guī)的后期處理。

結(jié)語

學(xué)生要掌握3D打印這門課程，不是一時(shí)半刻能夠培養(yǎng)完成的，它需要一個(gè)長期的實(shí)踐探索和不斷的沉淀積累。經(jīng)過多學(xué)、多做、多探究，不斷提高儀器檢測水平和逆向工程等各項(xiàng)專業(yè)技術(shù)，培養(yǎng)科學(xué)細(xì)心的工作態(tài)度，才能更好地適應(yīng)新時(shí)代新技術(shù)的發(fā)展潮流，更好地為社會(huì)發(fā)展貢獻(xiàn)一份力。

參考文獻(xiàn)

[1]王寒里.3D打印基礎(chǔ)訓(xùn)練教程[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2018.

[2]杜志忠，陸軍華.逆向工程項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)[M].浙江大學(xué)出版社，2014.

作者簡介

易偉燦（1993.10—），男，漢族，籍貫：廣東省鶴山市，學(xué)歷：本科，職稱：助理講師，專業(yè)：機(jī)械工程，鶴山市職業(yè)技術(shù)學(xué)校，研究方向：機(jī)械工程。