中职模具专业开设3D打印技术课程研究

随着装备制造业的不断发展，新技术的应用越来越广泛，通过对本地区企业的调查发现，当前制造企业由于技术、成本等各方面的要求，对于模具的生产制造已经逐步向低成本高效率迈进。模具技术人才是掌握模具材料成型工艺与模具设计、CAD/CAE/CAM技术、先进制造技术等多门类技术的复合型人才。现阶段模具设计与制造专门人才采取的都是基于CAD/CAM/CAE技术，通过数字化制图，模具的数字化设计，模具的数字化分析仿真，产品成形过程模拟，然后通过机床的数控加工，完成模具的生产。随着3D技术的面世，作为先进的加工和制造技术，众多企业为了节约成本，提高工作效率，引进了3D打印设备，对这方面的人才需求的缺口越来越大。中等职业学校主要培养的是以市场为导向，以能力为本位，培养面向企业需求的技能型人才。企业的需求为培养目标是我们的宗旨。只有适应企业的需求，根据企业的需要不断修改人才培养的目标，以适应企业的需求，职业学校才能不断发展。

一、什么是3D打印技术

3D打印技术是一种快速成型技术，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，通过逐层打印，从而制作出三维立体的产品。与传统加工相比，3D打印不再需要传统的机床（如车床、数控机床等）和相应配套的刀具、夹具、模具等，只需根据零件或物体的三维模型数据，通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型的技术。3D打印技术以CAD/CAE为基础，通过设CAD软件生成的或通过实体扫描设备扫描实物所获得的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，通过逐层打印材料，创建物体，主要用于原型设计及组件或产品地制造。运用该技术进行生产的主要流程是应用计算机三维软件（如UG、catia、Pro/E等）设计出立体的加工样式（CAD），用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算及结构性能的优化设计（CAE），然后保存成相应的格式（stl、.obj、.thing等），最后通过MakerWare软件将绘制好的模型转换为3D打印机可以识别的代码，通过数据线直接传递给3D打印机。在制造过程中3D打印技术实现了“设计即生产”的创想。3D打印技术具有快速成型的特点，不但能够实现从零件设计到整体设计的跨越，而且生产的产品与传统方法生产的产品相比具有更精密的结构和更强的稳固性。近年来在机械制造、艺术创造、建筑设计、生物医药等多个领域受到越来越多的关注。

二、3D打印技术的特点及优势

3D打印对于企业来说，可大幅度降低生产成本，提高工作效率，且提高原材料和能源的使用率，减少对环境的影响，还使消费者根据自己的需求量身定制产品。3D打印机既不需要用纸，又不需要用墨，而是通过计算机制图、远程数据传输、激光扫描、材料融化等一系列技术，使特定金属粉或材料熔化，并按照计算机模型图的指示一层层重新叠加起来，最终把电子模型图变成实物，突破传统的零件加工模式（从毛坯到机床加工在到装配）。传统的切削加工方法相比具有以下优点。

（1）减少成品，提高效率。可制造出具有自由曲面和更为复杂形态的零件（如内部复杂结构等传统机械无法加工的情形）。3D打印技术在生产过程中能实现生产材料“零”浪费：3D打印技术的生产过程是根据零件的三维设计进行逐层打印，与传统的“减材”加工相比，实现生产材料的“零”浪费。

（2）无振动、噪声和切削废料，加工效率高。可为企业节省宝贵的试制原料，简化生产。传统的制造中由于多是机械制造，噪音较大，且加工时边角料多，造成资源的浪费，大大缩短生产的周期、节约生产成本。

（3）生产柔性高。在生产过程中不需要切削加工所必需的刀具和夹具，更无刀具磨损和切削力的影响。

（4）提高加工效率。3D打印技术可以加快产品的研发进度：通过计算机进行三维产品造型，逆向分析，成型一体化在进行将模型保存为打印系统所需的文件格式，通过数据线将文件自动传输，无需人的过多干预，真正实现自动化。

三、中职模具开设3d打印技术课程的实施

1.课程的制定

当前模具专业在中职是属于机械类大专业，作为机械专业的衍生专业，其开设的课程包含机电专业的相关课程。主要内容包括：机械制图、机械设计与基础、冷冲模设计与制造、注塑模设计与制造、数控技术与编程、模具加工机械、电工与电子技术、液压与气动传动、金属切削原理、机械CAD/CAE/CAM等。在此基础上增设专业核心课程：3D打印技术概论、快速成型技术与应用、3D测量与逆向工程技术、3D打印综合技能实训等。

2.培养目标的修改

当前《江苏省中等职业学校模具专业课标准》中规定模具专业培养的目标：具有本专业必需的自然科学、社会科学和管理科学知识；掌握计算机基础知识、必要的网络知识、常用软件知识；具有基本的机械基础知识；具有本专业必需的机械设计理论基础知识、模具材料及成形工艺、模具设计与制造专业知识；掌握模具CAD/CAE/CAM基础知识；具有必要的模具维修基础知识。具有模具工艺设计、工艺实施、技术管理能力；具有模具数控加工编程能力；具有注塑模具、冲压模具设计与制造能力；具有一定的钳工操作能力、模具修配能力；具有良好的计算机基础应用能力和利用计算机进行辅助设计制造及管理能力；在此基础上增设：掌握3D打印的知识与技能，具备3D打印技术应用能力，能从事3D产品设计、3D测量与逆向造型、3D打印设备操作、维护及管理等工作，具有良好的职业素质的应用型技能人才。

3.设备的选择及实训基地的建立

当前适合学校使用3D打印技术具有融沉积法（FDM）和固化成型法（SLA）两种，其中FDM目前市场上广泛采用，因其价格便宜，操作安全、入门简单，且使用的材料及后期技术维护成本等相对SLA讲具有较大的优势，就目前情况下可以说FDM在适用性上优于SLA。

课程体系的实施离不开校内外实训基地。校内实训基地可充分发挥实训内容与教学大纲高度统一，实训项目与技能训练高度衔接的优势。为此根据3D打印技术方向人才培养的要求，应建在原有实训中心基础上增加“3D打印实训中心”，加大设备的投入力度，满足专业核心课程教学需要的功能完备的实训中心。

加强校企合作，通过建立校外实训基地，为学生提供真实的工作环境，为学生掌握岗位技能、提高实践能力、了解岗位的社会属性、全面提高综合素质，提供实践性的学习与训练平台，真正实现高职学生与职业技术岗位“零距离”。

4.师资的培养

建设一支结构合理、专兼结合的“双师型”专业教学团队，通过送出去（年轻的专业骨干教师进企业、高校）、请进来（聘请企业相关技术人才）等形式。因相关专业教师都具有相应的技术基础，进过短期的培训即能够熟练掌握相关设备，短时间内培养一批适合专业课程教学的合格师资。开展多层次培养及聘请名师等措施，打造一支由专业带头人、骨干教师、“双师型”专业教师、兼职教师组成的教学团队。

5.校本教材的开发

通过与相关企业合作，学校具有本专业经验丰富的教师与企业的工程师、技师等联合组建教材编写小组。以企业的产品作为学校实训的项目，根据项目的生产过程设计教学过程，教材的编写要符合学生的认知规律，项目任务的设计要具有情境性、操作性，让学生在“做”中发展能力，形成职业素质。

技术不断地发展，我们的改革还在继续，相信在模具专业开设3D打印技术课程是当前中等职业学校改革最小、成本最低、效率最高也是最容易实现的。鉴于当前在中等职业学校为全关第一家提出，没有值得借鉴的经验和做法，在今后我们将不断探索，不断改革，真正做到为企业服务，为社会服务。