浅谈如何在中职学校开设3D打印课程

摘  要：3D打印又称增材制造，是中国制造2025提出智能制造的五项核心技术之一。这项技术的课程在中职学校中开设已经是必然的态势，本文主要就结合学校实际和目前社会发展的需求，如何开设3D打印课程进行探讨，希望能给同行一些有益的借鉴和帮助，从而利于培养3D打印技术人才，为社会进步和发展共同努力。

关键词：3D打印  中职学校  课程开设

随着先进制造业的迅猛发展，3D打印技术已经走进人们的日常生活中，不再只是在实验室做研究。而经过这些年的发展，我国的3D打印技术也发展扩大，从产品设计到模具设计与制造，材料科学、医学研究、文化艺术、土木建筑、军事研发等等都已经使用上3D打印技术，那么就预示着3D打印技术前景广阔。

一、3D打印技术简介

1986年3D打印技术在美国诞生，但直到20世纪90年代才被关注，应用也主要局限在制造业、航空业等领域，那时叫“快速成型”技术。然后一直到2010年11月，世界上第一辆由3D打印机打印而成的汽车Urbee问世，3D打印才引起廣泛关注。

3D打印是快速成型技术的一种，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黏合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印的分类有材料挤出型、光固化、粉末床融合。

针对一些复杂零件，3D打印技术在节省材料、加工方便、缩短周期、降低成本等方面比传统加工技术有优势。正是因为在加工成本和生产周期上都有着巨大的优势，3D打印技术也得到了全世界各国政府部门的重视。甚至有人将3D打印技术看作是第三次工业革命的标志，并认为这项技术将颠覆传统制造业。

二、我国3D打印技术的发展现状。

（一）我国3D打印技术处于初级阶段

如今，我国的3D打印技术虽然发展迅猛，但与发达国家相比，我国的技术水平还是处于初级层面。大部分企业生产的打印机都是以民用为主，桌面级别的材料挤出型（FDM）打印机用得最多，打印出的产品也很局限，有精品、玩具等等低端市场。而工业级别的打印机，以粉末床融合（SLM）打印机应用为主，适用于金属等多种材料，但是制品表面粗糙，对打印环境要求较高，而且成本较高，加之技术水平有所缺乏，导致发展较为缓慢。

（二）国家重视3D打印的职业教育

2019年年初，国务院印发了《国家职业教育改革实施方案》，文中提到了自2019年开始，推动职业院校在10个左右技术技能人才紧缺领域大力开展职业培训。而3D打印也是属于技能人才紧缺领域，3D打印企业和职业院校应该抓住机遇，联合起来，加快对3D打印人才的培训。

三、3D打印课程开设的基础

随着3D打印技术的快速发展，3D打印制造市场的人才需求也越来越紧迫，不少企业尝试与学校联合办学，校企合作，共同培养技术人才。

（一）学校基础

1.学校要开办有相关的专业，如模具制造技术，工业设计等等。

2.学校要有一定的3D打印教学设备。

3.学校要与3D打印相关企业建立良好的合作关系，共同研究开展3D打印的课程教学。

（二）学生基础

3D打印技术对学生的各项能力要求还是挺高的，入门虽然说有一定的难度，但是针对我们中职学生也不是说突破不了。建议以成立兴趣班的形式，进行小班教学;最好在二年级相关专业的班级采用报名，择优录取的形式。

四、3D打印课程的开设

通常3D打印的过程是：首先通过电脑建模软件进行三维建模;然后将建成的模型分层切片，设置打印参数;最后导入打印机逐层打印成型。考虑到3D打印的过程并且经过详尽的分析和充分的调研，课程开设如下：

（一）数据采集

通过三维扫描仪或使用量具（游标卡尺、千分尺等等）对产品尺寸和形状进行数据采集，这是3D打印技术的基础。它主要分为两部分：三维扫描和量具测量。三维扫描又分为三维激光扫描、手持式三维扫描等等。

1.主要的学习内容

（1）三维激光扫描仪、手持式扫描仪等设备的基础认知;

（2）扫描仪对应的扫描软件的安装以及操作方法、步骤;

（3）扫描仪扫描零件的准备工作，扫描方法与技巧;

（4）通过3D逆向工程软件（Geomagic Studio等等）对采集后的点云进行预处理;

（5）通过3D逆向工程软件（Geomagic Studio等等）进行数据修补和点云稀释;

（6）通过3D逆向工程软件（Geomagic Studio等等）对完善的数据转换成不同格式的文件;

（7）使用量具对零件进行各类几何元素的测量;

（8）组成元素，公差制作和测量报告制作。

2.学习时长：60学时。

3.教学目标

（1）能够熟练地使用扫描仪对零件进行数据采集，并且会对数据修补完善。

（2）可以熟练使用各种量具对零件进行准确测量并且制作测量报告。

（二）逆向建模

可以把零件扫描采集的数据和测量的数据通过建模软件还原或者修改，这是3D打印技术的主体。

1.主要的学习内容

（1）3D One Plus建模软件的基础应用;

（2）简单零件的逆向建模;

（3）复杂零件的逆向建模;

（4）综合零件的逆向建模。

2.学习时长：80学时。

3.教学目标

掌握简单零件和复杂零件，乃至综合零件的逆向建模步骤和技巧。

（三）3D打印技术

经过后处理，导入打印机逐层打印成型，这是3D打印技术的最终结果。

1.因为金属成型、陶瓷成型和其他成型仪器是比较昂贵的，所以一般学校建议开设的有以下两种：

（1）FDM熔融层积成型技术

（2）液态树脂光固化3D打印技术

2.主要的学习内容

（1）编辑和处理STL模型文件。

（2）导入切片软件进行切片处理，设置打印参数。

（3）操作打印机对模型进行3D打印。

（4）对打印的工件进行后期完善。

3.学习时长：60学时。

4.教学目标

（1）掌握对STL文件的编辑和处理。

（2）能熟练地进行切片处理，设置打印参数。

（3）可以独立操作打印机进行3D打印。

（4）能够自主打印出合格的工件，并且会进行常规的后期处理。

结语

学生要掌握3D打印这门课程，不是一时半刻能够培养完成的，它需要一个长期的实践探索和不断的沉淀积累。经过多学、多做、多探究，不断提高仪器检测水平和逆向工程等各项专业技术，培养科学细心的工作态度，才能更好地适应新时代新技术的发展潮流，更好地为社会发展贡献一份力。

参考文献

[1]王寒里.3D打印基础训练教程[M].机械工业出版社，2018.

[2]杜志忠，陆军华.逆向工程项目实训[M].浙江大学出版社，2014.

作者简介

易伟灿（1993.10—），男，汉族，籍贯：广东省鹤山市，学历：本科，职称：助理讲师，专业：机械工程，鹤山市职业技术学校，研究方向：机械工程。