对智能制造-3D打印专业的教学探讨

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  摘 要:近年来,随着3D打印的火热发展,国内外资本纷纷入局3D打印企业,从而推动了企业对3D打印人才的急切需求。在这样的背景下,全国各大院校纷纷开设了3D打印专业课,甚至有的学校还专门设置了3D打印专业。新的专业的设置不仅要能够满足企业的人才培养需求,还要契合学校的教学模式,做到双赢。要做到以上两点,并不是一件容易的事情,需要我们教育工作者不断地探索与总结。
  关键词:3D打印;培养需求;教学模式;探索
  引言
  随着《中国制造2025》战略的发布,中国正努力從制造大国向制造强国的转变。在这过程中,智能制造发挥着越来越重要的作用,3D打印技术是其中的一个排头兵,目前在高速的发展中,且技术日益成熟。在课堂上,我们的学生现在也能接触和了解到这项技术。如何才能让我们的学生真正学到3D打印技术呢?
  一.让学生了解3D打印的发展
  3D打印并非是新鲜的技术,这个思想起源于19世纪末的美国照相雕塑技术和地貌成型技术,并在20世纪80年代得以发展和推广。1984年,查尔斯.赫尔研发了3D打印技术。1986年,第一台商用3D打印机诞生。1996年,世界上生产出第一台快速成型机,即“3D打印机”。2008年,有史以来第一个能够同时使用几种不同材料的3D打印机也诞生了。
  进入21世纪,3D打印技术得到飞快的发展。根据打印原理的不同,现在市场上流行的3D打印机有FDM(熔融层积成型法)、SLS(非粉末激光烧结法)、SLM(金属粉末激光烧结法)、SLA(紫外线光固化成型法)、DLP(投影仪光固化成型法)、3DP(紫三维印刷法)、LOM(分层切割成型法)等。
  二.让学生了解3D打印的概念
  3D打印技术有很多个称呼,学术上称之为快速成型技术。它是一种以3D设计模型文件为基础,运用不同的打印技术、方式使特定的材料,通过逐层堆叠、叠加的方式来制造物体的技术。
  3D打印产业目前在高速的发展中,技术日益成熟,特别是在消费级3D打印领域,已经逐渐用于一些产品的直接制造。
  3D打印技术正给全球的制造业领域带来极大的颠覆。而生活智能化、科技化的发展趋势也将带动制造业数字化的发展,3D打印科技在推动制造业数字化的发展中起到了至关重要的作用。
  三.让学生知道3D打印技术的前景
  随着我国3D打印应用市场逐渐拓展,市场需求不断释放,越来越多的企业愿意投入更多的资金和人力从事3D打印的相关研发工作。与3D打印产业发展相比,3D打印专业人才的培养尚处于萌芽状态,整个行业人才缺口巨大,无法提供强有力的人才支撑,相比于传统行业目前在市场上的占比,3D打印是个朝阳产业,发展前景被业内人士一致看好。
  自2011年以来,我国3D产业进入了高速发展期。据世界3D打印技术产业协会最新的调研报告,2014年~2018年我国3D打印产业的市场规模年均复合增长率高达43.4%,到2018年市场规模突破200亿元,我国已取代美国成为全球最大的3D打印市场。
  3D打印专业就业前景广阔,涉及机械装备制造业、汽车制造业、工程机械制造业、电子信息行业、航空制造、医学、农业、轻工行业从事3D建模、3D测量、3D打印制造、模具设计、产品设计、工业设计、产品质量检验、售后服务、经营管理等。
  机械行业指导委员会提供了最新制造业人才供需指数报告,从事3D打印专业的职位供需两旺,但整体人才供给明显不足,特别是有工作经验的中高级人才匮乏。对于选择3D打印专业的学生而言,这是一个难得的机遇。
  四.让学生知道3D打印到底学什么
  1.学习三维设计
  要获得合格的产品,首先要通过计算机辅助设计软件或计算机动画建模软件建模,再将建成的三维模型“分割”成逐层的截面,从而通过打印机逐层打印。设计软件和打印机之间协作的标准文件格式为STL文件格式。
  2.作品打印过程
  打印机通过读取文件中的横截面信息,用液体状,粉状或片状的材料将这些截面逐层的打印出来,再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体。这种技术的特点在于其集合可以造出任何形状的物品。
  传统的制造技术如注塑法可以以较低的成本大量制造聚合物产品,而3D打印技术则可以以更快、更有弹性以及更低成本的办法生产数量相对较少的产品。一个桌面尺寸的3D打印机就可以满足设计者制造模型的需要。
  3.3D打印后的后处理
  打印好的模型表面质量往往有一些缺陷,后期的后处理是必不可少。常见的后处理方法有:打磨、表面喷砂、化学处理、震动抛光、粘合、上色等。
  五.如何让学生对3D打印的学习课堂感兴趣
  1.改变教学模式,把课堂交给学生
  要从改变旧有的教学思想入手,改变传统的填鸭式的教学模式,改变学生在教学活动中的被动地位,使其成为教学活动的主体,切实采取启发式的教学方法。充分调动学生积极性,让学生生动、活泼、主动地学习知识,发展能力。充分调动学生的求知欲望和思考问题的积极性,引导其浓厚的学习兴趣。
  2.教学模块贴近学生生活,能让学生产生共鸣
  教学活动设计要有充分的弹性。必须考虑学生有接受消化的可能,又必须有一定的难度。可以尽可能多的设计一些我们身边的物件,特别是当下学生们普遍感兴趣的课题。这样,学生们在学习时就不会感动枯燥无味,从而提高学习的效率。
  3.充分发挥学生的创造性思维
  众所周知,爱因斯坦是一个很具创造力的人,他认为“想象力比知识更重要”。在课堂上我们也要相信我们的学生,他们有独特的思维,丰富的想象。教师不要干涉太多,要培养学生独立思考的能力与习惯。学生在学习中产生一种迫切探求新知识的欲望,他们的创造能力才能得以发挥。创造兴趣对学生创造性思维的形式和发展有启动、导向功能,因此,教师应利用一切可能的条件,不失时机地激发学生的创造兴趣,不要代替学生去思考。
  六.结束语
  目前,3D打印技术虽然在我国得到蓬勃发展,但不可否认也存在一些不足。尽管在研究的道路上遇到种种困难,但我们相信在中国广大科研工作者、教育工作一线老师们的共同努力下,我国的3D打印技术一定会屹立于世界先进智能制造的舞台上,为中国及世界的发展贡献一份力量。
  参考文献
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