3D打印相关专业的人才培养方案设计与课程开发

李玲芳+杨莹

摘 要：3D打印技术被称为第三次工业革命的引擎，在制造业的各个领域，3D打印技术的开展亟待大量人才。而国内对3D运用人才的培育还仅仅在萌发状况，研发型的高级人才更是缺乏。针对这种现状，该文对3D打印的人才培养需求进行了分析，并从3D打印相关专业的课程开发与设置、“双师型”教师队伍的培养方法以及3D打印人才的就业前景几个方面出发，论证了在高等院校中系统开设3D打印相关专业的必要性，有助于推动在智能制造技术的支持下，高等院校教育教学手段与水平的发展。

关键词：3D打印 人才培养方案 课程开发 双师型

中图分类号：G71 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）05（b）-0129-02

3D打印属于快速成型技术，又称为增材制造技术。基于设计对象的3D数字模型，通过连续的物理层叠加可粘合的材料（如塑料、金属、生物材料等），逐层生成三维实体。随着计算机技术以及打印材料的发展，3D打印在科研、教育、医疗及艺术设计等各领域均得到了快速发展。近年来桌面型3D打印机和打印耗材的成本有所下降，因此3D打印开始渐渐进入中小学教育、中职教育以及高等教育的课堂。学习与掌握3D打印技术和CAD设计软件，可以有效培养学生的设计能力和创新思维，进一步拓展其就业范围。

1 3D打印专业人才培养需求分析

1.1 3D打印专业的需求背景

1.1.1 第三次工业革命——中国制造业的新机遇

3D打印技术被称为第三次工业革命的引擎[1]，全球制造业的竞争格局正悄然发生转变，航空航天、地理信息、军工、医疗、艺术设计和消费电子产品等多个领域，3D打印技术均在逐步改变其设计与生产的模式。中国近年来开始重视快速成型技术的发展，并从政策层面着力于推动其产业化。国家在《“十三五”国家科技创新规划》第五章第三条《发展智能绿色服务制造技术》中明确提出[2]：开展高性能金属结构件激光增材制造控形控性等基础理论研究，攻克高效、高精度激光增材制造熔覆喷头等核心部件，研发金属、非金属及生物打印典型工艺装备，构建相对完善的增材制造技术创新与研发体系。

1.1.2 产品多样化、个性化阶段的来临

产品个性化不仅仅包括式样、功能、外观、品质、包装、设计，而且要延伸到产品个性化销售和产品个性化服务理念。它是一种建立在完全满足顾客个性化要求基础上的产品，体现的是每位客户的个性而不是企业的个性[3]。

1.1.3 分布式、网络化、数字化、智能化生产是未来工厂的發展趋势

传统制造业基本上为劳动密集型产业，在人力成本不断提高的今天，传统制造业存在巨大的成本压力。随着计算机技术的发展，数字控制的生产模式将会逐步取代大部分的人工操作，而分布式、网络化、数字化、智能化生产的智能工厂将成为未来工厂的发展方向。

1.2 3D打印的中国市场发展现状

美国、日本、德国占据了3D打印市场的主导，尤其是美国占据了全球近38%的比重，如3D Systems、Stratasys等3D企业。而中国3D打印技术的发展时间较短，与国际水平相比还存在差距。目前，设备、材料、软件等领域都能够不同程度实现自给，但是激光器、软件、材料等核心技术还依赖进口。而且与市场衔接度低，目前没有产生较大的经济效益。而中国的3D打印研发团队主要集中于西安交大、华中科大和清华大学等高校，且企业规模普遍较小。此外，技术创新体系不够健全，资源相对分散，缺乏大型公共服务平台，也尚未建立成熟的产学研结合。

1.3 对3D打印专业人才的需求

3D打印技术的开展亟待大量人才，而国内对3D运用人才的培育还仅仅在萌发状况，而研发型的高级人才更是缺乏。根据国家制作业信息化培训中心的统计数据，当前中国对3D打印人才需求量很大，缺口约为800万人，但是高校有关3D打印课程大部分较为粗浅，与前沿3D技术有差距，与市场运用需求也有距离。因此，从学校培养的3D打印技术人才还很难完全满足企业的需要。

3D打印行业对人才的需求是分层次的。如打印应用服务需要具备工业设计、计算机软件编程等能力的应用型技术人才；打印设备的研发生产则需要人员具备机械加工制造领域的丰富知识；技术研究和材料开发需要技术实验团队和高校培养的高学历高层次专业技术人才。经过调研分析[4]，预计企业未来3D打印方面人才中：电子工程师约占5%，机电工程师约占10%，软件工程师约占30%，应用工程师约占28%，售后工程师约占27%。

2 3D打印相关专业的人才培养管理

2.1 课程开发与设置

根据最新修订的《普通高等学校高等高等教育（专科）专业目录（2015年）》，部分专业设有“3D打印”“增材制造技术”方向，如机械制造与自动化专业（增材制造技术方向）、航空材料精密成型技术专业（航空产品3D打印）等。随着3D打印行业的快速发展，在高等院校开设相关课程与专业已经势在必行。

目前国内已有部分中职和高职院校开设了3D打印专业。如武汉职业技术学院在模具设计与制造专业开设了3D打印技术方向，湖南信息职业技术学院在激光加工技术专业开设了激光快速成型方向，广州白云工商技师学院开设了3D设计及打印技术专业，为产品制造企业、3D打印服务公司、设计公司等提供技术人才。而在本科院校，在清华大学、西安交通大学、北京航空航天大学、华中科技大学等高校开设了相关专业并具备较强的研发团队，而在普通的高等院校相关专业与课程的设置明显不足。

课程是教育教学质量与特色的基石和保证，是学校教育、教学活动的核心。3D打印专业的课程设置应充分体现3D打印产业发展的特点，确保培养出来的学生能适应3D打印企业的相关要求。

高等院校的3D打印专业可以开设专业核心课和专业实践课两大类课程。其中，专业核心课程主要以突出培养专业核心能力为目标，兼顾综合能力的延伸与扩展，包括机械制图、机械CAD/CAM技术、机械设计基础、机械制造工艺学、电子电工技术、公差配合与测量技术、电子电工技术、电机与电气控制、传感器与检测技术、3D打印技术导论、3D打印材料等；专业实践课程包括数控机床操作实训、UG、ProE、Geomagic Studio、3D扫描技术及应用、3D打印设备的原理与维护、3D打印材料的功能使用、3D打印设计综合实训等课程。

2.2 “双师型”教师培养

“双师型”教师培养是高等教育中师资队伍建设的重要组成部分，能否拥有一批高素质、高水平的“双师型”教师队伍，关系着我国高等教育的发展水平。高等院校需要大力培养既具备扎实的专业理论知识，同时又有较强的专业实践能力，能够胜任“理实一体化”教学任务的“双师型”教师已经成为共识。

目前，相关院校3D打印专业的师资一般存在两种来源：一是来自传统机械制造或者相关专业领域的教师，但大部分没有受过3D打印技术的资深培训。二是来自于行业企业的教师，他们的实践经验相对丰富，动手能力强，但是专业理论知识却又往往不够全面。因此，建议高等院校可采用如下方案：（1）制订并实施青年教师行业管理部门或企业实践计划，鼓励青年教师下车间，增强实践能力；（2）引进具有国际或国内工程背景、擅长3D打印研发、生产、服务的高水平的专业人才；（3）强化校企共建师资队伍，最大限度地运用当地人力资源优势，丰富高等教育师资类型，促进高等教育教师的可持续发展；（4）以学校师资为主，以企业培训师资和社会外聘师资为辅，打造专兼结合的师资体系。

2.3 就业前景

系统学习了3D打印设备与技术的毕业生，掌握了3D建模与打印的知识与技能，具备打印技术应用能力，毕业后可在产品制造企业、打印服务公司、设计公司和其他3D领域企业担任设计、技术操作、咨询服务和管理等工作，也可以从事3D产品设计、三维扫描造型、打印设备维护与管理等。如更进一步深造，亦可从事打印材料的设计与研发、打印设备的改进与研发，或是3D打印在医疗、国防等行业的应用开发，诸如此类更高层次的工作。

总之，3D打印技术可广泛应用于工程机械、汽车制造、装备制造、轻工、电子信息、航空制造、医学、农业等行业，3D打印专业的学生可在3D打印制造、工業产品设计、模具设计、装备设计、产品质量检验、经营管理、售后服务等各领域施展所长，就业前景良好。

3 结语

通过对3D打印行业国内发展现状以及人才需求背景进行了分析，说明了目前3D打印相关方向的人才的需求及今后的发展趋势，也更加清晰地认识了企业和社会对3D打印专业人才在岗位、技能和素质等方面的要求。因此，在高等学校的相关院系开设3D打印专业势在必行。构建基于职业竞争力导向的工作过程系统化的课程体系，打造专兼结合的教育理念新、工程能力强、教学水平高的双师型教学团队，建设集教学、生产、培训和职业技能鉴定于一体的实训基地，提高学生的职业竞争力，为国家提出的《 “十三五”科技创新规划》的实现输送既具备扎实的专业理论知识，同时又有较强的专业实践能力的3D打印人才。

参考文献

[1] 冯飞.第三次工业革命：中国产业的历史性机遇[M].中国发展出版社，2014.

[2] 国务院.“十三五”国家科技创新规划[R].2016.

[3] 胡子燕.产品个性化竞争的对策探讨[J].粤港澳市场与价格，2008（6）：22-24.

[4] 张捷，顾海，孙健华，等.应用型本科人才培养新方向：3D打印技术[J].课程教育研究，2016（10）：37-39.