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摘 要： 为了培养本科生的创新思维和工程实践能力，基于3D打印制造技术开展了工程实践训练项目，学生通过创意设计、零件建模、打印制造等环节的培训，开阔了视野，提高了动手能力，为构建新型机械工程实践教学体系奠定了良好的基础。
关键词： 3D打印 工程实践 创新思维
培养应用型创新人才是高等院校机械工程专业的教学宗旨。随着世界范围内新一轮科技革命和产业变革的加快重塑，如何培养出一批具有创新思想、开阔视野、扎实理论基础、较强工程实践能力的高素质应用创新型人才，已经成为我国机械专业高等教育面临的重要课题。工程训练作为高校实践教学的重要组成部分，以工程环境为背景，以实际操作为训练手段，对大学生的创新思维、协作精神和实践能力的培养具有不可替代的作用。目前，国内各高校已开设了形式多样的工程训练项目，但为了与当前工业技术发展的主流趋势密切衔接，工程训练还需要设置先进制造技术实训模块。
3D打印技术是上世纪90年代中期发展起来一种先进制造技术，它与传统的材料加工方法截然相反，通过增加材料逐层制造的方式，直接、快速、精确地打印出三维实体零件，为零件原型制作、新产品设计等方面提供了一种高效低成本的制造手段。作为一项前沿性的先进制造技术，3D打印技术已经广泛应用在航空航天、国防军工、工业设计、建筑工程、文化创意、生物医疗等领域，并与机器人、物联网、大数据、云计算等技术深度融合发展，成为工业领域的研究热点和未来发展的方向。因此，在工程实践教学活动中开设3D打印训练项目，让学生初步了解和掌握这门先进制造技术，有助于培养高素质的机械工程人才，符合工程教育改革的要求，符合经济社会发展的需要。为顺应新形势的发展，我校机械工程实验中心引进了多种3D打印相关设备，开展了一系列工程训练项目，取得了良好的效果。
1.实训平台建设
3D打印技术有别于传统的零件制造方法，它以CAD模型文件为基础，通过高温熔化固结粉末状金属或塑料等可黏合材料，分层打印出三维零件原型，其典型的代表工艺有：光敏树脂液相固化成形技术（SLA）、选择性激光粉末烧结成形技术（SLS）、薄片分层叠加成形技术（LOM）、熔丝堆积成形技术（FDM）四种，其中FDM熔丝堆积成形技术因其具有的操作方便、维护简单、成本较低、能制造任意复杂程度的零件等诸多优点，得到了迅速发展，在高校工程训练领域得到了广泛应用。
FDM熔丝堆积成形的工艺过程是：热熔喷头受计算机的控制，做X-Y方向的平面运动，丝材送至热熔喷头中加热、熔化，从喷头挤出粘接到工作台面上，快速冷却凝固，每一层截面加工完成后，工作台下降一层的高度，继续下一层的涂覆，如此重复，直到打印出整个实体的造型。
建设3D打印实训平台，可以使学生直观地了解前沿先进制造技术，掌握从概念设计到原型制造的一般工艺流程，有利于培养和提高学生的创新意识和创新能力。实验中心购买的是深圳极光尔沃公司生产的桌面级3D打印机，使用的打印材料是PLA塑料丝材，可以确保打印出的零件模型尺寸稳定，坚固耐用。
2.实训项目开展
3D打印工程训练面对全校本科生，在前期培训过程中根据学生专业和层次，充分利用多媒体课件和视频，并结合打印零件实物对学生进行知识讲授和技术指导，采用多种教学方法着重介绍3D打印技术的加工过程、工艺原理和应用特点，使学生深入了解3D打印技术，掌握从概念设计到零件制造的一般工艺流程。
明确实训任务和要求后，在指导教师的协助下，学生进入实训阶段，主要过程分为三个步骤：
（1）学习并运用UG、ProENGINEER、SlidWorks等三维建模软件，提交创意设计方案，自主设计出具有一定創新性、实用性的作品；
（2）学习将作品模型转换成3D打印的STL格式，并在Cura3D打印软件中对STL文件进行正确的切层处理及对各项工艺参数进行设置；
（3）熟练掌握3D打印机的装丝料、设备维护、上机打印等操作步骤，“真刀真枪”地打印出零件实物模型。
3D打印实训项目开展得到了积极响应，共有机械专业123名学生参加，同时吸引了其他专业的学生实地观摩实践活动。通过上述实训环节的实施，学生参与创新实践的主动性得到了充分发挥，自行完成了设计、建模和零件制作等环节，将理论与实际、知识与能力相融合，延伸了课堂教学内容，达到了学以致用的教学目的，为进一步开展创新发明活动奠定了思维、素质和实践基础。
图3 3D打印零件实物
3.结语
3D打印技术是近年来迅速发展的快速成型制造技术，其应用领域越来越广泛，通过在机械工程专业开展3D打印实训项目，不仅使学生接触到学科前沿的技术，开阔了学生的视野，激发了学生的创新思维，而且丰富了创新实践教学内容，拓展了人才培养形式，对完善高校创新实践教学的模式起到了有益的参考和借鉴作用。
参考文献：
[1]白基成，刘晋春，郭永丰.特种加工[M].机械工业出版社，2013，5.
[2]王克欣，张红哲，梁延德，等.工程训练中设置“3D打印技术”实训课程的研究[J].实验室科学，2015，4（18）：138-140.
[3]杨洋，周亮，李晓春.3D打印训练项目建设的探索与实践[J].山东工业技术，2014，14：110.
[4]赵青.基于提高学生工程实践能力的3D打印训练项目建设[J].考试周刊，2015，17：163-164.
基金项目：安徽省教育厅教学研究项目（项目号：2014jyxm136）
关键词： 3D打印 工程实践 创新思维
培养应用型创新人才是高等院校机械工程专业的教学宗旨。随着世界范围内新一轮科技革命和产业变革的加快重塑，如何培养出一批具有创新思想、开阔视野、扎实理论基础、较强工程实践能力的高素质应用创新型人才，已经成为我国机械专业高等教育面临的重要课题。工程训练作为高校实践教学的重要组成部分，以工程环境为背景，以实际操作为训练手段，对大学生的创新思维、协作精神和实践能力的培养具有不可替代的作用。目前，国内各高校已开设了形式多样的工程训练项目，但为了与当前工业技术发展的主流趋势密切衔接，工程训练还需要设置先进制造技术实训模块。
3D打印技术是上世纪90年代中期发展起来一种先进制造技术，它与传统的材料加工方法截然相反，通过增加材料逐层制造的方式，直接、快速、精确地打印出三维实体零件，为零件原型制作、新产品设计等方面提供了一种高效低成本的制造手段。作为一项前沿性的先进制造技术，3D打印技术已经广泛应用在航空航天、国防军工、工业设计、建筑工程、文化创意、生物医疗等领域，并与机器人、物联网、大数据、云计算等技术深度融合发展，成为工业领域的研究热点和未来发展的方向。因此，在工程实践教学活动中开设3D打印训练项目，让学生初步了解和掌握这门先进制造技术，有助于培养高素质的机械工程人才，符合工程教育改革的要求，符合经济社会发展的需要。为顺应新形势的发展，我校机械工程实验中心引进了多种3D打印相关设备，开展了一系列工程训练项目，取得了良好的效果。
1.实训平台建设
3D打印技术有别于传统的零件制造方法，它以CAD模型文件为基础，通过高温熔化固结粉末状金属或塑料等可黏合材料，分层打印出三维零件原型，其典型的代表工艺有：光敏树脂液相固化成形技术（SLA）、选择性激光粉末烧结成形技术（SLS）、薄片分层叠加成形技术（LOM）、熔丝堆积成形技术（FDM）四种，其中FDM熔丝堆积成形技术因其具有的操作方便、维护简单、成本较低、能制造任意复杂程度的零件等诸多优点，得到了迅速发展，在高校工程训练领域得到了广泛应用。
FDM熔丝堆积成形的工艺过程是：热熔喷头受计算机的控制，做X-Y方向的平面运动，丝材送至热熔喷头中加热、熔化，从喷头挤出粘接到工作台面上，快速冷却凝固，每一层截面加工完成后，工作台下降一层的高度，继续下一层的涂覆，如此重复，直到打印出整个实体的造型。
建设3D打印实训平台，可以使学生直观地了解前沿先进制造技术，掌握从概念设计到原型制造的一般工艺流程，有利于培养和提高学生的创新意识和创新能力。实验中心购买的是深圳极光尔沃公司生产的桌面级3D打印机，使用的打印材料是PLA塑料丝材，可以确保打印出的零件模型尺寸稳定，坚固耐用。
2.实训项目开展
3D打印工程训练面对全校本科生，在前期培训过程中根据学生专业和层次，充分利用多媒体课件和视频，并结合打印零件实物对学生进行知识讲授和技术指导，采用多种教学方法着重介绍3D打印技术的加工过程、工艺原理和应用特点，使学生深入了解3D打印技术，掌握从概念设计到零件制造的一般工艺流程。
明确实训任务和要求后，在指导教师的协助下，学生进入实训阶段，主要过程分为三个步骤：
（1）学习并运用UG、ProENGINEER、SlidWorks等三维建模软件，提交创意设计方案，自主设计出具有一定創新性、实用性的作品；
（2）学习将作品模型转换成3D打印的STL格式，并在Cura3D打印软件中对STL文件进行正确的切层处理及对各项工艺参数进行设置；
（3）熟练掌握3D打印机的装丝料、设备维护、上机打印等操作步骤，“真刀真枪”地打印出零件实物模型。
3D打印实训项目开展得到了积极响应，共有机械专业123名学生参加，同时吸引了其他专业的学生实地观摩实践活动。通过上述实训环节的实施，学生参与创新实践的主动性得到了充分发挥，自行完成了设计、建模和零件制作等环节，将理论与实际、知识与能力相融合，延伸了课堂教学内容，达到了学以致用的教学目的，为进一步开展创新发明活动奠定了思维、素质和实践基础。
图3 3D打印零件实物
3.结语
3D打印技术是近年来迅速发展的快速成型制造技术，其应用领域越来越广泛，通过在机械工程专业开展3D打印实训项目，不仅使学生接触到学科前沿的技术，开阔了学生的视野，激发了学生的创新思维，而且丰富了创新实践教学内容，拓展了人才培养形式，对完善高校创新实践教学的模式起到了有益的参考和借鉴作用。
参考文献：
[1]白基成，刘晋春，郭永丰.特种加工[M].机械工业出版社，2013，5.
[2]王克欣，张红哲，梁延德，等.工程训练中设置“3D打印技术”实训课程的研究[J].实验室科学，2015，4（18）：138-140.
[3]杨洋，周亮，李晓春.3D打印训练项目建设的探索与实践[J].山东工业技术，2014，14：110.
[4]赵青.基于提高学生工程实践能力的3D打印训练项目建设[J].考试周刊，2015，17：163-164.
基金项目：安徽省教育厅教学研究项目（项目号：2014jyxm136）