3D打印在高職機(jī)電專業(yè)校內(nèi)實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用研究

1、3D打印在高職機(jī)電專業(yè)校內(nèi)實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用研究摘要：緊隨產(chǎn)業(yè)開展的前沿，從機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)實(shí)踐性教學(xué)體系入手，根據(jù)學(xué)院自身定位與現(xiàn)狀，挖掘探索了3D打印技術(shù)在機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)的校內(nèi)實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用，構(gòu)建出符合高職院校特點(diǎn)的機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)校內(nèi)實(shí)訓(xùn)課程體系，打造學(xué)院特色校內(nèi)實(shí)訓(xùn)品牌，引領(lǐng)職教機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)建設(shè)的新方向，讓高職教育的機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)的校內(nèi)實(shí)訓(xùn)與人才培養(yǎng)方向并駕齊驅(qū)，培養(yǎng)產(chǎn)業(yè)緊缺的創(chuàng)新技術(shù)技能人才。關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)校內(nèi)實(shí)訓(xùn)中圖分類號(hào)：G712文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791202109b-0113-043D打印3DPrinting，屬于快速成形技術(shù)

2、的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為根底，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層堆疊累積的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)即“積層造形法。3D打印技術(shù)作為“第三次工業(yè)革命的核心技術(shù)，已逐步走進(jìn)高校創(chuàng)新教育教學(xué)領(lǐng)域中，將3D打印技術(shù)融入到機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)校內(nèi)實(shí)訓(xùn)工程建設(shè)中，能夠充分發(fā)揮其獨(dú)特的優(yōu)勢和深入的啟蒙作用，使學(xué)生在輕松地學(xué)習(xí)到專業(yè)知識(shí)和專業(yè)技能的同時(shí)，還可以激發(fā)出他們的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)設(shè)計(jì)思維，對學(xué)生的智力開展和實(shí)踐應(yīng)用都起到重要的促進(jìn)作用。1機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)實(shí)踐性教學(xué)體系分析機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)旨在培養(yǎng)具有與良好的職業(yè)道德和必備的專業(yè)知識(shí)和技術(shù)，能夠從事機(jī)電一體化產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)以及應(yīng)用企業(yè)等機(jī)電設(shè)備的操作

3、、維護(hù)、裝配與調(diào)試等工作，具備機(jī)電設(shè)備操作運(yùn)行、安裝與調(diào)試、生產(chǎn)技術(shù)實(shí)施、技術(shù)支持等能力的高級技術(shù)技能人才。經(jīng)過對制造類典型企業(yè)和其他工業(yè)企業(yè)調(diào)研分析，說明機(jī)電一體化技術(shù)與其他職業(yè)相比，屬于復(fù)合性的新型職業(yè)，要求具有較寬的理論和專業(yè)知識(shí)根底，具有嫻熟的操作能力和解決問題能力，同時(shí)具有從事多重復(fù)雜性的工作能力。本專業(yè)的實(shí)踐性教學(xué)體系結(jié)構(gòu)如表1所示。2歸納可融入3D打印技術(shù)的機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)校內(nèi)實(shí)訓(xùn)工程目前，3D打印技術(shù)按照打印材料分類主要有激光燒結(jié)成型SLS、熔融沉積成型FDM、分層實(shí)體制造LOM、粉末粘接成型3DP、電子束熔化成型EBM和光固化成型SLA等類型【1】。其中，熔融沉積成型FDM

4、技術(shù)工藝簡單，操作方便，材料具有強(qiáng)度高、韌性好、耐沖擊等優(yōu)點(diǎn)，正常變形溫度超過90，可進(jìn)行機(jī)械加工鉆孔、攻螺紋、噴漆及電鍍等機(jī)加工藝，不僅能夠滿足機(jī)械零件本身的精度，并且無毒性，更環(huán)保，可選材料種類多，材料本錢低，材料利用率高，應(yīng)用最為廣泛。我院機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)的實(shí)訓(xùn)設(shè)備數(shù)量極為有限，且更新慢，又加上經(jīng)費(fèi)缺乏和招投標(biāo)程序繁瑣復(fù)雜等原因，使機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)的多個(gè)校內(nèi)實(shí)訓(xùn)的實(shí)訓(xùn)設(shè)備無法及時(shí)到位，即使有些實(shí)訓(xùn)工程購置到局部設(shè)備，也無法滿足所有學(xué)生同時(shí)實(shí)訓(xùn)的要求，促使老師在講解知識(shí)時(shí)有“巧婦難為無米之炊的為難，也使學(xué)生產(chǎn)生一種失落感，嚴(yán)重挫敗了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，教學(xué)效果達(dá)不到預(yù)定目標(biāo)。讓3D打印技

5、術(shù)融入到課堂，融入到機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)的校內(nèi)實(shí)訓(xùn)工程建設(shè)中，可解決上述困境。根據(jù)機(jī)電一體化技術(shù)的專業(yè)人才培養(yǎng)方案，并結(jié)合高職院校機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)技能抽查標(biāo)準(zhǔn)，歸納出可融入3D打印技術(shù)中的熔融沉積成型FDM技術(shù)的機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)校內(nèi)實(shí)訓(xùn)工程，如表2所示。33D打印技術(shù)在機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)的校內(nèi)實(shí)訓(xùn)的應(yīng)用3D打印技術(shù)應(yīng)用于機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)的校內(nèi)實(shí)訓(xùn)工程中會(huì)產(chǎn)生極大的積極作用和深入的啟蒙作用，現(xiàn)將歸納出的8個(gè)可融入3D打印技術(shù)的校內(nèi)實(shí)訓(xùn)工程，從中選取56個(gè)加以說明。3.13D打印技術(shù)在?Pro/E實(shí)訓(xùn)?中的應(yīng)用在?Pro/E實(shí)訓(xùn)?中應(yīng)用3D打印技術(shù)，不僅可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)軟件的興趣，還可以激發(fā)學(xué)

6、生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維。例如：?Pro/E實(shí)訓(xùn)?中有一個(gè)設(shè)計(jì)花瓶的實(shí)訓(xùn)，只要求設(shè)計(jì)一個(gè)手柄兩個(gè)也可，其它未做要求，學(xué)生可以自由發(fā)揮。有些同學(xué)不喜歡動(dòng)腦，按部就班，設(shè)計(jì)出的是傳統(tǒng)的花瓶，沒有任何特色，但有些同學(xué)喜歡參加一些創(chuàng)新的元素，使花瓶看上去就愛不釋手。將這種具有創(chuàng)新元素的花瓶通過3D打印技術(shù)打印出實(shí)物來，如圖1所示，擺放在陳列柜里供各屆學(xué)生欣賞，大大增強(qiáng)了學(xué)生的成就感。3.23D打印技術(shù)在?機(jī)械零件測繪實(shí)習(xí)?中的應(yīng)用在?機(jī)械零件測繪實(shí)習(xí)?中應(yīng)用3D打印技術(shù)，不僅可以豐富測繪零件的種類和數(shù)量，更有效的益處是可以大大縮短測繪零件的采購周期。例如：齒輪是?機(jī)械零件測繪實(shí)習(xí)?中比較常見的測繪零件，齒數(shù)和

7、模數(shù)不一樣，可組合出的齒輪有千百種，但是學(xué)院經(jīng)費(fèi)有限，不可能將所有的齒輪都購置回來，只會(huì)購置一些固定模數(shù)和固定齒數(shù)的齒輪。為了提高學(xué)生的測繪能力，讓學(xué)生真正領(lǐng)會(huì)通過測量，齒輪的模數(shù)是怎么計(jì)算出來的，就需要有大量的不同模數(shù)和不同齒數(shù)的齒輪來進(jìn)行練習(xí)和考核。傳統(tǒng)的采購測繪零件的做法是：提交購置申請各級領(lǐng)導(dǎo)簽字提交后勤總務(wù)處招標(biāo)投標(biāo)購置入庫出庫，這樣一套程序下來至少也是半年才能供實(shí)習(xí)使用，如果出現(xiàn)漏買錯(cuò)買的現(xiàn)象，再按程序走一遍又是半年，這樣采購周期特別長，不能解決實(shí)習(xí)過程中出現(xiàn)的突發(fā)狀況。有了3D打印技術(shù)就不一樣了，只需三維建模模型轉(zhuǎn)換3D打印這三個(gè)流程，半天就可打印出一個(gè)齒輪實(shí)物，如圖2所示，而且

8、想要什么參數(shù)的就可打印什么參數(shù)的，想要什么形狀的就可打印什么形狀的，這種做法既靈活又可解燃眉之急，節(jié)省下來的時(shí)間顯而易見。3.33D打印技術(shù)在?機(jī)械CAD/CAM實(shí)訓(xùn)?和?拆裝實(shí)習(xí)?中的應(yīng)用在?機(jī)械CAD/CAM實(shí)訓(xùn)?和?拆裝實(shí)習(xí)?中應(yīng)用3D打印技術(shù)，不僅可以促進(jìn)學(xué)生軟件理論與工程實(shí)踐相結(jié)合，還可以增強(qiáng)學(xué)生之間的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。例如：減速器是?拆裝實(shí)習(xí)?中常見的一種機(jī)械，蝸輪蝸桿減速器是減速器其中的一個(gè)種類，老師可以讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)并3D打印出一臺(tái)蝸輪蝸桿減速器來進(jìn)行拆裝練習(xí)。在?機(jī)械CAD/CAM實(shí)訓(xùn)?中就開始著手將蝸輪蝸桿減速器的各個(gè)組成零部件的三維模型全部設(shè)計(jì)出來，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮各零部件之間的

9、裝配關(guān)系，利用3D打印技術(shù)將蝸輪蝸桿減速器中的各個(gè)零部件打印出來，供?拆裝實(shí)習(xí)?中進(jìn)行拆裝，圖3為學(xué)生設(shè)計(jì)的一款簡易蝸輪蝸桿減速器。為了打印出更好的3D結(jié)構(gòu)作品，更能表達(dá)機(jī)械零部件之間的裝配、支撐和連接關(guān)系，學(xué)生們會(huì)分工合作、相互溝通、相互協(xié)調(diào)，這樣既滿足了工程實(shí)踐訓(xùn)練的特點(diǎn)，又充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，更有效地提高了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力、溝通協(xié)調(diào)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。3.43D打印技術(shù)在?數(shù)控加工仿真實(shí)習(xí)?中的應(yīng)用在?數(shù)控加工仿真實(shí)習(xí)?中應(yīng)用3D打印技術(shù)，不僅可以增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，還能使該實(shí)訓(xùn)工程不再受經(jīng)費(fèi)緊張、設(shè)備投資大、實(shí)訓(xùn)場地大、數(shù)控系統(tǒng)不能及時(shí)更新等實(shí)訓(xùn)條件的限制，在校內(nèi)就可

10、完成。例如：數(shù)控車削錐軸零件時(shí)，很多同學(xué)因?yàn)榭臻g想象力缺乏而讀不懂零件圖，他們想象不出要加工的零件到底是什么樣子。而學(xué)院因經(jīng)費(fèi)緊張沒有購置數(shù)控機(jī)床，也沒有已加工好的真實(shí)錐軸零件實(shí)物供學(xué)生參考，此時(shí)利用3D打印技術(shù)將錐軸零件打印出來如圖4所示。讓錐軸零件看得見摸得著，不僅增強(qiáng)了學(xué)生的感官認(rèn)識(shí)，更有利于學(xué)生制定錐軸零件加工方案，編寫錐軸零件的數(shù)控加工程序，讓學(xué)生能夠在校內(nèi)就可完成數(shù)控車削錐軸零件的仿真加工操作，如圖5所示，且范更少的錯(cuò)誤。3.53D打印技術(shù)在?畢業(yè)設(shè)計(jì)?中的應(yīng)用在?畢業(yè)設(shè)計(jì)?中應(yīng)用3D打印技術(shù)，不僅可以使學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)作品產(chǎn)品化，更有利于高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才的培養(yǎng)。例如：某一屆學(xué)生設(shè)

11、計(jì)了一款卡通叮當(dāng)貓全自動(dòng)擠牙膏器，除了可以實(shí)現(xiàn)擠牙膏的功能外，不僅在造型上采用了卡通叮當(dāng)貓的創(chuàng)意，內(nèi)部結(jié)構(gòu)還充分表達(dá)了機(jī)械結(jié)構(gòu)的裝配關(guān)系和加固支撐，如圖6所示。這個(gè)產(chǎn)品3D打印出來，如圖7所示，拿到市場上就可以直接銷售，這正響應(yīng)了政府“群眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新的號(hào)召，讓學(xué)生在走向社會(huì)真正創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)之前做好了充分的知識(shí)和技能儲(chǔ)藏。4構(gòu)建融合3D打印技術(shù)的機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)的校內(nèi)實(shí)訓(xùn)課程體系將融合3D打印技術(shù)的機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)的校內(nèi)實(shí)訓(xùn)工程與對應(yīng)的理論課程進(jìn)行對接，構(gòu)建出融合3D打印技術(shù)的機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)的校內(nèi)實(shí)訓(xùn)課程體系，制定出機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)的框架教學(xué)方案?？蚣芙虒W(xué)方案中要涵蓋每門課程第幾學(xué)期開

12、課，學(xué)時(shí)多少，比方：校內(nèi)實(shí)訓(xùn)工程“數(shù)控加工仿真實(shí)習(xí)第二學(xué)年第四學(xué)期開課，共2周，對應(yīng)的理論課程?數(shù)控設(shè)備的操作與應(yīng)用?也是第二學(xué)年第四學(xué)期開課，共56學(xué)時(shí)。對每個(gè)校內(nèi)實(shí)訓(xùn)工程和對應(yīng)理論課程都要從學(xué)習(xí)目標(biāo)、內(nèi)容、方法、媒體、學(xué)生需要掌握的知識(shí)和技能、老師需要具備的知識(shí)和技能以及該領(lǐng)域的專業(yè)能力、方法能力和社會(huì)能力等方面進(jìn)行詳細(xì)的描述見表3。5結(jié)語綜上所述，將人性化、生活化、智能化的3D打印技術(shù)融入到機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)的校內(nèi)實(shí)訓(xùn)工程中，發(fā)揮了巨大的作用。3D打印技術(shù)的材料無毒性，更環(huán)保；3D打印技術(shù)使校內(nèi)實(shí)訓(xùn)工程不再受投資大、場地大和采購周期時(shí)間長等實(shí)訓(xùn)條件的限制；3D打印技術(shù)創(chuàng)新了教學(xué)理念，創(chuàng)新了教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生更直觀、更具體地感受到自身的學(xué)習(xí)主體作用，提高了學(xué)生過程性學(xué)習(xí)的興趣，更容易培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)能力，更好地實(shí)現(xiàn)了高等職業(yè)教育創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。參考文獻(xiàn)【1】高帆.3D打印技術(shù)概論M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2021.【2】曾舟，傅駿，吳代健，等.增材制造技術(shù)在高職鑄造教學(xué)中的應(yīng)用探索與實(shí)踐J.亞太教育，202117：280-281.【3】李春玲，唐艷玲，譚洪.3D打印技術(shù)與ProENGINEER軟件結(jié)合的工程訓(xùn)練研究J.電