孫倫業(yè)++張新

摘 要： 為了培養(yǎng)本科生的創(chuàng)新思維和工程實踐能力，基于3D打印制造技術開展了工程實踐訓練項目，學生通過創(chuàng)意設計、零件建模、打印制造等環(huán)節(jié)的培訓，開闊了視野，提高了動手能力，為構(gòu)建新型機械工程實踐教學體系奠定了良好的基礎。

關鍵詞： 3D打印 工程實踐 創(chuàng)新思維

培養(yǎng)應用型創(chuàng)新人才是高等院校機械工程專業(yè)的教學宗旨。隨著世界范圍內(nèi)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的加快重塑，如何培養(yǎng)出一批具有創(chuàng)新思想、開闊視野、扎實理論基礎、較強工程實踐能力的高素質(zhì)應用創(chuàng)新型人才，已經(jīng)成為我國機械專業(yè)高等教育面臨的重要課題。工程訓練作為高校實踐教學的重要組成部分，以工程環(huán)境為背景，以實際操作為訓練手段，對大學生的創(chuàng)新思維、協(xié)作精神和實踐能力的培養(yǎng)具有不可替代的作用。目前，國內(nèi)各高校已開設了形式多樣的工程訓練項目，但為了與當前工業(yè)技術發(fā)展的主流趨勢密切銜接，工程訓練還需要設置先進制造技術實訓模塊。

3D打印技術是上世紀90年代中期發(fā)展起來一種先進制造技術，它與傳統(tǒng)的材料加工方法截然相反，通過增加材料逐層制造的方式，直接、快速、精確地打印出三維實體零件，為零件原型制作、新產(chǎn)品設計等方面提供了一種高效低成本的制造手段。作為一項前沿性的先進制造技術，3D打印技術已經(jīng)廣泛應用在航空航天、國防軍工、工業(yè)設計、建筑工程、文化創(chuàng)意、生物醫(yī)療等領域，并與機器人、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等技術深度融合發(fā)展，成為工業(yè)領域的研究熱點和未來發(fā)展的方向。因此，在工程實踐教學活動中開設3D打印訓練項目，讓學生初步了解和掌握這門先進制造技術，有助于培養(yǎng)高素質(zhì)的機械工程人才，符合工程教育改革的要求，符合經(jīng)濟社會發(fā)展的需要。為順應新形勢的發(fā)展，我校機械工程實驗中心引進了多種3D打印相關設備，開展了一系列工程訓練項目，取得了良好的效果。

1.實訓平臺建設

3D打印技術有別于傳統(tǒng)的零件制造方法，它以CAD模型文件為基礎，通過高溫熔化固結(jié)粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，分層打印出三維零件原型，其典型的代表工藝有：光敏樹脂液相固化成形技術（SLA）、選擇性激光粉末燒結(jié)成形技術（SLS）、薄片分層疊加成形技術（LOM）、熔絲堆積成形技術（FDM）四種，其中FDM熔絲堆積成形技術因其具有的操作方便、維護簡單、成本較低、能制造任意復雜程度的零件等諸多優(yōu)點，得到了迅速發(fā)展，在高校工程訓練領域得到了廣泛應用。

FDM熔絲堆積成形的工藝過程是：熱熔噴頭受計算機的控制，做X-Y方向的平面運動，絲材送至熱熔噴頭中加熱、熔化，從噴頭擠出粘接到工作臺面上，快速冷卻凝固，每一層截面加工完成后，工作臺下降一層的高度，繼續(xù)下一層的涂覆，如此重復，直到打印出整個實體的造型。

建設3D打印實訓平臺，可以使學生直觀地了解前沿先進制造技術，掌握從概念設計到原型制造的一般工藝流程，有利于培養(yǎng)和提高學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。實驗中心購買的是深圳極光爾沃公司生產(chǎn)的桌面級3D打印機，使用的打印材料是PLA塑料絲材，可以確保打印出的零件模型尺寸穩(wěn)定，堅固耐用。

2.實訓項目開展

3D打印工程訓練面對全校本科生，在前期培訓過程中根據(jù)學生專業(yè)和層次，充分利用多媒體課件和視頻，并結(jié)合打印零件實物對學生進行知識講授和技術指導，采用多種教學方法著重介紹3D打印技術的加工過程、工藝原理和應用特點，使學生深入了解3D打印技術，掌握從概念設計到零件制造的一般工藝流程。

明確實訓任務和要求后，在指導教師的協(xié)助下，學生進入實訓階段，主要過程分為三個步驟：

（1）學習并運用UG、ProENGINEER、SlidWorks等三維建模軟件，提交創(chuàng)意設計方案，自主設計出具有一定創(chuàng)新性、實用性的作品；

（2）學習將作品模型轉(zhuǎn)換成3D打印的STL格式，并在Cura3D打印軟件中對STL文件進行正確的切層處理及對各項工藝參數(shù)進行設置；

（3）熟練掌握3D打印機的裝絲料、設備維護、上機打印等操作步驟，“真刀真槍”地打印出零件實物模型。

3D打印實訓項目開展得到了積極響應，共有機械專業(yè)123名學生參加，同時吸引了其他專業(yè)的學生實地觀摩實踐活動。通過上述實訓環(huán)節(jié)的實施，學生參與創(chuàng)新實踐的主動性得到了充分發(fā)揮，自行完成了設計、建模和零件制作等環(huán)節(jié)，將理論與實際、知識與能力相融合，延伸了課堂教學內(nèi)容，達到了學以致用的教學目的，為進一步開展創(chuàng)新發(fā)明活動奠定了思維、素質(zhì)和實踐基礎。

圖3 3D打印零件實物

3.結(jié)語

3D打印技術是近年來迅速發(fā)展的快速成型制造技術，其應用領域越來越廣泛，通過在機械工程專業(yè)開展3D打印實訓項目，不僅使學生接觸到學科前沿的技術，開闊了學生的視野，激發(fā)了學生的創(chuàng)新思維，而且豐富了創(chuàng)新實踐教學內(nèi)容，拓展了人才培養(yǎng)形式，對完善高校創(chuàng)新實踐教學的模式起到了有益的參考和借鑒作用。

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基金項目：安徽省教育廳教學研究項目（項目號：2014jyxm136）