3D打印技术在机械类专业应用创新型人才培养中的应用研究

张金铮　袁明新　金琦淳　陶丽佳　卞翔

摘要：本研究提出了基于3D打印技术的应用创新型人才培养新方法，并针对3D打印技术在机械制造专业应用创新型人才培养过程中的具体应用以及存在的问题进行了探讨，通过教学实践证明了应用创新双结合的人才培养模式的可行性。

关键词：3D打印技术；机械专业；应用创新型人才；培养方法

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）51-0004-02

近年来，《国家增材制造产业发展推进计划》和《中国制造2025》相继出台[1，2]，我国在提出促进制造产业转型升级和提质增效的同时，强调了利用以3D打印技术为代表的先进制造技术给传统制造业注入新活力的重要性，以期快速推进和强化以先进制造技术为核心的产品制造行业的综合竞争力。其中，高校应用创新型人才的培养对于提高我国产品制造行业的竞争力起到至关重要的作用。在新工科建设背景下，各高校对于应用创新型人才的培养都给予了充分的重视，开展了广泛深入的应用创新型人才培养的教学实践[3-5]。本文主要针对3D打印技术在机械类专业应用创新型人才培养过程中的具体应用以及存在的问题进行了探讨。结合江苏科技大学机电与动力工程学院目前的人才培养现状，在教学实践过程中探索并形成了专业知识、软件操作技能和3D打印设备应用技能三位一体的应用创新型人才培养新方法，并通过教学实践证明了应用创新型双结合的人才培养模式的实施效果。

一、基于3D打印技术的应用创新教育目标

人才培养目标：（1）给当地面临熟练技术工人严重不足等问题的中小企业和研发机构输送技术人才。（2）给当地面临技术壁垒的医疗器械生产企业和研发机构输送技术人才，以期能够在仿人体骨骼结构设计和仿人体骨骼材料研发上实现技术突破。（3）培养3D打印技术研发人才和3D打印设备研发人才。

二、基于3D打印技术的应用创新型人才培养的教学实践

2015年，江苏科技大学数字化设计与制造实验室建立，主要为对增材制造技术和机械创新设计有浓厚兴趣的学生提供创新创业实践活动平台。具体实施过程中，实验室教师讨论形成了基于3D打印技术的应用创新型人才培养方案（图1），并按照既定培养方案实施人才培养计划。

实验室的运行模式采用学生为主体、指导老师引导的方式。学生进入实验室后由教师有计划地开展创新教育实践活动，在完成人才培养计划中重要专业课程的基础上，继续进行机械创新设计和工业设计等课程的学习，使学生在头脑中构建起机械创新设计思维模型。与此同时，加强学生利用工程软件进行工程制图、基于三维的机械设计、虚拟样机构建及有限元分析、计算机辅助制造等方面综合能力。在此基础上，根据前期布置的项目课题和具体的项目分工，针对机器人行走裝置设计、移动平台开发和农业采摘类机器人等相关课题开展具体的设计工作，并利用实验室配备的3D打印设备完成自主设计产品关键零部件的制造和试验样机的搭建。

例如，学生自主完成的“四足机器人行走机构设计与动态仿真”课题项目，项目的灵感来源于指导教师横向科研课题中的子课题。课题进展过程中，学生在前期调研基础上提出四足机器人行走机构的总体设计方案，利用Solidworks完成建模，在ADAMS环境下构建虚拟样机并完成了运动仿真分析。试验样机的制作主要是基于实验室现有的3D打印设备完成，如图2。实验室学生通过完成毕业设计、参加各种创新创业实践活动以及各级别大学生机械设计制造竞赛，实践能力得到了很好地锻炼，同时也检验了基于3D打印技术的应用创新型人才培养方法的实际效果。

三、结论

在新工科建设背景下，本研究在教学实践过程中探索并形成了基于3D打印技术的应用创新型人才培养新方法，把3D打印技术融入到机械专业创新型人才培养的过程中，并通过实践证明了应用型和创新型双结合的人才培养方法的可行性。虽然创新人才的培养取得了初步成效，此方法在实施过程中也应不断迎合增材制造技术发展的趋势，以培养更适合现代制造业发展需要的技术人才。

参考文献：

[1]黄卫东.建设增材制造（3D打印）技术的科技、教育与产业发展的系统工程[J].改革与开放，2014，（15）：7-10.

[2]李拓宇，李飞，陆国栋.面向中国制造2025的工程科技人才培养质量提升路径探析[J].高等工程教育研究，2015，（06）：17-23.

[3]冷崇杰，项辉宇.构建“做中学”培养应用创新型人才的新教学模式[J].实验技术与管理，2013，30（09）：153-155+165.

[4]刘玉荣，韩涛，张进，等.基于协同育人理念培养材料类应用创新型人才的探索与实践[J].教育现代化，2018，5（10）：5-6+12.

[5]吴丽波.基于CDIO模式的应用型本科创新型人才培养模式研究[J].时代农机，2017，44（12）：176-177.