3D打印在高职机电专业校内实训中的应用研究

战丽娜

摘 要：紧随产业发展的前沿，从机电一体化技术专业实践性教学体系入手，根据学院自身定位与现状，挖掘探索了3D打印技术在机电一体化技术专业的校内实训中的应用，构建出符合高职院校特点的机电一体化技术专业校内实训课程体系，打造学院特色校内实训品牌，引领职教机电一体化技术专业建设的新方向，让高职教育的机电一体化技术专业的校内实训与人才培养方向并驾齐驱，培养产业紧缺的创新技术技能人才。

关键词：3D打印技术 机电一体化技术专业 校内实训

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）09（b）-0113-04

3D打印（3D Printing），属于快速成形技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层堆叠累积的方式来构造物体的技术（即“积层造形法”）。3D打印技术作为“第三次工业革命”的核心技术，已逐步走进高校创新教育教学领域中，将3D打印技术融入到机电一体化技术专业校内实训项目建设中，能够充分发挥其独特的优势和深入的启蒙作用，使学生在轻松地学习到专业知识和专业技能的同时，还可以激发出他们的创新创业设计思维，对学生的智力发展和实践应用都起到重要的促进作用。

1 机电一体化技术专业实践性教学体系分析

机电一体化技术专业旨在培养具有与良好的职业道德和必备的专业知识和技术，能够从事机电一体化产品生产企业以及应用企业等机电设备的操作、维护、装配与调试等工作，具备机电设备操作运行、安装与调试、生产技术实施、技术支持等能力的高级技术技能人才。经过对制造类典型企业和其他工业企业调研分析，表明机电一体化技术与其他职业相比，属于复合性的新型职业，要求具有较宽的理论和专业知识基础，具有娴熟的操作能力和解决问题能力，同时具有从事多重复杂性的工作能力。本专业的实践性教学体系结构如表1所示。

2 归纳可融入3D打印技术的机电一体化技术专业校内实训项目

目前，3D打印技术按照打印材料分类主要有激光烧结成型（SLS）、熔融沉积成型（FDM）、分层实体制造（LOM）、粉末粘接成型（3DP）、电子束熔化成型（EBM）和光固化成型（SLA）等类型[1]。其中，熔融沉积成型（FDM）技术工艺简单，操作方便，材料具有强度高、韧性好、耐冲击等优点，正常变形温度超过90℃，可进行机械加工（钻孔、攻螺纹）、喷漆及电镀等机加工艺，不仅能够满足机械零件本身的精度，并且无毒性，更环保，可选材料种类多，材料成本低，材料利用率高，应用最为广泛。

我院机电一体化技术专业的实训设备数量极为有限，且更新慢，又加上经费不足和招投标程序繁琐复杂等原因，使机电一体化技术专业的多个校内实训的实训设备无法及时到位，即使有些实训项目购买到部分设备，也无法满足所有学生同时实训的要求，促使老师在讲解知识时有“巧妇难为无米之炊”的尴尬，也使学生产生一种失落感，严重挫败了学生的学习积极性，教学效果达不到预定目标。让3D打印技术融入到课堂，融入到机电一体化技术专业的校内实训项目建设中，可解决上述困境。

根据机电一体化技术的专业人才培养方案，并结合高职院校机电一体化技术专业技能抽查标准，归纳出可融入3D打印技术中的熔融沉积成型（FDM）技术的机电一体化技术专业校内实训项目，如表2所示。

3 3D打印技术在机电一体化技术专业的校内实训的应用

3D打印技术应用于机电一体化技术专业的校内实训项目中会产生极大的积极作用和深入的启蒙作用，现将归纳出的8个可融入3D打印技术的校内实训项目，从中选取5～6个加以说明。

3.1 3D打印技术在《Pro/E实训》中的应用

在《Pro/E实训》中应用3D打印技术，不仅可以提高学生学习软件的兴趣，还可以激发学生的创新设计思维。例如：《Pro/E实训》中有一个设计花瓶的实训，只要求设计一个手柄（两个也可），其它未做要求，学生可以自由发挥。有些同学不喜欢动脑，按部就班，设计出的是传统的花瓶，没有任何特色，但有些同学喜欢加入一些创新的元素，使花瓶看上去就爱不释手。将这种具有创新元素的花瓶通过3D打印技术打印出实物来，如图1所示，摆放在陈列柜里供各届学生欣赏，大大增强了学生的成就感。

3.2 3D打印技术在《机械零件测绘实习》中的应用

在《机械零件测绘实习》中应用3D打印技术，不仅可以丰富测绘零件的种类和数量，更有效的益处是可以大大缩短测绘零件的采购周期。例如：齿轮是《机械零件测绘实习》中比较常见的测绘零件，齿数和模数不一样，可组合出的齿轮有千百种，但是学院经费有限，不可能将所有的齿轮都购买回来，只会购买一些固定模數和固定齿数的齿轮。为了提高学生的测绘能力，让学生真正领会通过测量，齿轮的模数是怎么计算出来的，就需要有大量的不同模数和不同齿数的齿轮来进行练习和考核。传统的采购测绘零件的做法是：提交购买申请—各级领导签字—提交后勤总务处—招标—投标—购买—入库—出库，这样一套程序下来至少也是半年才能供实习使用，如果出现漏买错买的现象，再按程序走一遍又是半年，这样采购周期特别长，不能解决实习过程中出现的突发状况。有了3D打印技术就不一样了，只需三维建模—模型转换—3D打印这三个流程，半天就可打印出一个齿轮实物，如图2所示，而且想要什么参数的就可打印什么参数的，想要什么形状的就可打印什么形状的，这种做法既灵活又可解燃眉之急，节省下来的时间显而易见。

3.3 3D打印技术在《机械CAD/CAM实训》和《拆装实习》中的应用

在《机械CAD/CAM实训》和《拆装实习》中应用3D打印技术，不仅可以促进学生软件理论与工程实践相结合，还可以增强学生之间的团队协作能力。例如：减速器是《拆装实习》中常见的一种机械，蜗轮蜗杆减速器是减速器其中的一个种类，老师可以让学生自己设计并3D打印出一台蜗轮蜗杆减速器来进行拆装练习。在《机械CAD/CAM实训》中就开始着手将蜗轮蜗杆减速器的各个组成零部件的三维模型全部设计出来，设计时要考虑各零部件之间的装配关系，利用3D打印技术将蜗轮蜗杆减速器中的各个零部件打印出来，供《拆装实习》中进行拆装，图3为学生设计的一款简易蜗轮蜗杆减速器。为了打印出更好的3D结构作品，更能体现机械零部件之间的装配、支撑和连接关系，学生们会分工合作、相互沟通、相互协调，这样既满足了工程实践训练的特点，又充分调动了学生学习的积极性和主动性，更有效地提高了学生的动手实践能力、沟通协调能力和团队协作能力。

3.4 3D打印技术在《数控加工仿真实习》中的应用

在《数控加工仿真实习》中应用3D打印技术，不仅可以增强学生的感性认识，还能使该实训项目不再受经费紧张、设备投资大、实训场地大、数控系统不能及时更新等实训条件的限制，在校内就可完成。例如：數控车削锥轴零件时，很多同学因为空间想象力不足而读不懂零件图，他们想象不出要加工的零件到底是什么样子。而学院因经费紧张没有购买数控机床，也没有已加工好的真实锥轴零件实物供学生参考，此时利用3D打印技术将锥轴零件打印出来（如图4所示）。让锥轴零件看得见摸得着，不仅增强了学生的感官认识，更有利于学生制定锥轴零件加工方案，编写锥轴零件的数控加工程序，让学生能够在校内就可完成数控车削锥轴零件的仿真加工操作，如图5所示，且范更少的错误。

3.5 3D打印技术在《毕业设计》中的应用

在《毕业设计》中应用3D打印技术，不仅可以使学生的毕业设计作品产品化，更有利于高校创新创业型人才的培养。例如：某一届学生设计了一款卡通叮当猫全自动挤牙膏器，除了可以实现挤牙膏的功能外，不仅在造型上采用了卡通叮当猫的创意，内部结构还充分体现了机械结构的装配关系和加固支撑，如图6所示。这个产品3D打印出来，如图7所示，拿到市场上就可以直接销售，这正响应了政府“大众创业，万众创新”的号召，让学生在走向社会真正创新创业之前做好了充分的知识和技能储备。

4 构建融合3D打印技术的机电一体化技术专业的校内实训课程体系

将融合3D打印技术的机电一体化技术专业的校内实训项目与对应的理论课程进行对接，构建出融合3D打印技术的机电一体化技术专业的校内实训课程体系，制定出机电一体化技术专业的框架教学计划。框架教学计划中要涵盖每门课程第几学期开课，学时多少，比如：校内实训项目“数控加工仿真实习”第二学年第四学期开课，共2周，对应的理论课程《数控设备的操作与应用》也是第二学年第四学期开课，共56学时。对每个校内实训项目和对应理论课程都要从学习目标、内容、方法、媒体、学生需要掌握的知识和技能、老师需要具备的知识和技能以及该领域的专业能力、方法能力和社会能力等方面进行详细的描述（见表3）。

5 结语

综上所述，将人性化、生活化、智能化的3D打印技术融入到机电一体化技术专业的校内实训项目中，发挥了巨大的作用。3D打印技术的材料无毒性，更环保；3D打印技术使校内实训项目不再受投资大、场地大和采购周期时间长等实训条件的限制；3D打印技术创新了教学理念，创新了教学内容，使学生更直观、更具体地感受到自身的学习主体作用，提高了学生过程性学习的兴趣，更容易培养学生的职业能力，更好地实现了高等职业教育创新创业型人才的培养目标。

参考文献

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[2] 曾舟，傅骏，吴代健，等.增材制造技术在高职铸造教学中的应用探索与实践[J].亚太教育，2016（17）：280-281.

[3] 李春玲，唐艳玲，谭洪.3D打印技术与ProENGINEER 软件结合的工程训练研究[J].电子技术与软件工程，2013（23）：115-116.

[4] 肖苏华，龚雄文，陈建环，等.3D打印在Pro/E软件教学中的应用研究[J].广州城市职业学院学报，2015，9（2）：90-92.

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