3D打印技术在珠三角地区高职院校的应用实践研究

    朱姝

    摘? 要 随着《中国制造2025》的提出，3D打印技术高技能人才的需求日益扩大。作为珠三角地区中下游企业人才培养的主力军，高职院校还未跟上产业转型的需求。通过对珠三角有代表性的高职院校的调查研究，明确珠三角制造业的人才培养新需求，选择适宜高职院校的3D打印技术材料，提出高职院校3D打印专业建设的新思路，对珠三角地区3D打印技术髙技能人才的培养做出一定的探索。

    关键词 3D打印技术;高职教育;高职院校;中国制造2025;智能化教学环境;实训基地

    中图分类号：G712? ? 文献标识码：B

    文章编号：1671-489X（2020）02-0008-04

    Application of 3D Printing Technology in Higher Vocational Colleges of Pearl River Delta//ZHU Shu

    Abstract With the Made in China 2025 plan proposed， the demand of skilled people with 3D printing technology is increasing day by day. As the main force of talent training for enterprises in the Pearl River delta， especially for small and medium enterprises， the higher vocational colleges have not kept up with the needs of industrial transformation. Through the investigation of representative higher vocational colleges， give the suggestions of how to choose the suita-ble 3D printing material for higher vocational colleges in this thesis. And also give new ideas of 3D printing specialty construction to it.

    Key words 3D printing technology; higher vocational education;

    higher vocational colleges; made in China 2025; intelligent teaching environment; training base

    1 前言

    隨着实施制造强国战略《中国制造2025》的提出，我国正式进入制造强国建设的第一个十年，3D打印技术的应用进入高速增长期，开始成为推动制造业转型升级的主力军。3D打印技术作为制造业“具有工业革命意义的制造技术”，不仅带来技术上的变革，更是带来产业政策、产业结构、行业布局、行业标准的变化。珠三角地区作为我国制造业发展的重要阵地，3D打印技术正是推动其产业转型升级的重要推手。因此，3D打印技术的快速发展也为珠三角地区高职院校的发展提出挑战。

    2 3D打印技术对珠三角地区高职教育提出新需求

    3D打印技术对珠三角地区高职教育人才培养信息环境的改变提出新需求? 3D打印技术又被称为增材制造技术，它突破了传统材料学减材制造的思维，可以快速成型，不仅节省了制造的时间，也节省了制造的人力和物力，为其进入教育领域提供了可能。早在2014年，美国的NMC地平线项目就对3D打印技术在高等教育中的现状和未来趋势进行了研究，对3D打印技术在教育领域的发展趋势做出大胆预测。2016年，英国安格利亚鲁斯金大学开始将3D打印技术引入研究生教育中，对其在研究生教育中的应用进行尝试和研究，已经取得初步成果。我国高职教育培养的是基础理论知识适度、技术应用能力强、知识面较宽、素质高的应用性专门人才。将3D打印技术引入高职教育，构建我国高职教育的信息化环境，提升人才培养的质量，适应我国制造业强国发展的战略，是3D打印技术对我国高职教育提出的基本需求。

    3D打印技术对珠三角地区高职教育人才培养的创新提出新需求? 3D打印技术作为产业结构深度调整的重要推手，带来的不仅是信息环境的改变，更是专业教育核心内容的深度调整。3D打印技术应用于高职教育，不仅会带来高职教育的发展，也会带来一些相应的问题。3D打印技术会带来新的发展，包括高职教育的新思维和新特征、高职教育的新内涵和新内容、高职教育的新要求和新标准，这些新生的变革对珠三角地区高职院校的人才培养提出新的需求。同时，3D打印技术会也带来新的不适应性，包括教育方法的不适应性、教育手段的不适应性和人才培养的不适应性，这些新生的问题也一样对珠三角地区高职院校的人才培养提出新的需求。

    3 3D打印技术在珠三角高职教育中的工艺和材料选择

    热塑性高分子材料和熔融沉积成型工艺? 应用3D打印技术为高职教育营造新型信息化环境，改进教师的教育方法，提升高职院校学生的学习积极性，从而提升教学质量，是3D打印技术为高职教育带来的最基本的变革。营造智能化教学环境，提升珠三角地区高职教育的整体教学环境，对3D打印技术提出的第一个要求是技术难度的可控性。较高的技术难度为作为教育实施主体的教师带来学习的难度和应用的难度，不利于广大的教师学习。

    在调研中发现，在“在教学中应用3D打印技术，你最先考虑以下哪个因素”的回答中，45%的教师选择了3D打印技术的难度，26%的教师选择了3D打印技术的成本。在与高职院校教师面对面的座谈中，发现教师最先考虑技术难度的原因是，大部分教师认为自己没有材料学、艺术学和机械学的基础知识，所以会难以掌握3D打印技术，即使掌握了也难以在课堂上熟练应用。在“你认为你会非常熟练地掌握3D打印技术吗”的回答中，仅有2%的教师选择了会非常熟练地掌握3D打印技术，16%的教师选择了会熟练掌握，72%的教师选择了可能会熟练掌握，可见3D打印的技术难度会极大地抑制教师改进教学环境的积极性。因此，在3D打印技术的普及应用中，挑选技术难度较低，降低技术难度的门槛，便于高职教师熟练掌握并应用，是选择3D打印技术工艺和材料的重要考虑项。

    熔融沉积成型工艺技术难度相对较低，较广泛地应用于低端入门级的3D打印设备，适于基础较为薄弱的教育者使用。其次，性价比上的可控性是高职教育对3D打印技术的第二个要求。调研中发现，“您对3D打印技术的材料要求更关注哪一方面”的回答中，15%的教师选择了价格因素，56%的教师选择了稳定因素，21%的教师选择了安全性因素。对这些调研数据，从表面上看，会造成一种教师较为关注打印效果的错觉，但是在“您是否接受适当地降低打印稳定性，用以减少打印的成本”的回答中，高达62%的教师选择了可以。在后期面对面的座谈中，发现较大一部分教师认为价格的因素应该更多地由学校管理层来进行控制，比如设备处、财务处等，而不是由使用者来考虑，因此，教师更多地考虑了稳定性因素。同时，高职教师也认为如果3D打印的成本可以降低，会更利于学校大规模地采购和引进3D打印技术，为3D打印技术的普及和推广提供了可能性。从中可以看出，在高职教育中选择3D打印技术，不能一味地追求打印效果，而更应该考虑3D打印的性价比问题，这样才有利于建设普遍性的智能化教学环境。

    熔融沉积成型工艺技术采用ABS、PLA等热塑性高分子为耗材，这些材料的价格相对低廉，而且在正常的室温环境下，对常温环境下的湿度、热度、暴晒等都表现出良好的稳定性，可以长期在室温下储存。虽然从产品的精度和强度来看，熔融沉积成型工艺的表面比较粗糙且韧性不足，观赏性和实用性都有所降低，但是从高职教师和学生的需求来看，其性价比较高，可以满足构建普遍性的教育环境的需求。综合技术门槛和性价比考虑，熔融沉积成型工艺和热塑性高分子材料，由于价格低廉、入门难度低、稳定性较好，可以成为珠三角地区高职院校大面积改善教育环境和教育方法，推广智能化教学环境的首选。

    光敏树脂材料和聚合物喷射打印技术? 珠三角地区制造业的转型，不仅要求3D打印技术作为辅助教学工具，而且对高职院校制造业相关专业提出更深层次的要求。在高职院校制造业相关专业中应用3D打印技术，对3D产品的精度、成熟度和质量都提出相对高的要求。珠三角地区的3D打印技术在制造业的应用，主要集中在模具加工制造领域、汽车生产制造领域、珠宝首饰设计领域和文化创意领域。

    模具制造和珠宝首饰设计是珠三角地区传统制造业的主力军，也是高职院校较快做出反应的专业。针对模具制造和设计专业的高职院校教师进行调研，发现在“您对3D打印产品的精度是否有要求”的回答中，81%的高职院校教师选择了对精度有一定的要求，11%的高职院校教师选择了有较高的要求。在与设计专业的高职院校教师进行深度访谈时发现，由于创意设计与视觉效果联系紧密，而且产品的结构相对较为复杂，在对打印产品的尺寸精度、表面光滑度和产品的硬度、韧性都有一定要求的控制下，才能够满足专业的教学需求，粗糙简易的打印产品不仅无法满足教学，反而会对教育过程产生消极负面的影响。因此，精度是选择制造业相关专业3D打印技术的首要考虑因素。使用光敏树脂材料为打印耗材，不仅可以精确支撑较为复杂的模型结构，易于成型，而且容易去除打印产品表面的多余支撑材料，提升产品表面的光滑度。因此，光敏树脂材料是制造业相关专业比较好的选择。

    在和工业设计专业高职院校教师的座谈中，他们也表示希望能够降低使用3D打印机的技术难度，认为模具和设计领域更多地需要创意，而不是将时间耗费到技术的学习上。

    光敏树脂材料的打印工艺有两种：一种是立体平版印刷，一种是聚合物喷射。两者相比较，在商业应用中立体平版印刷更为成熟，产品的精度、质量更为精良;但是制备工艺较为复杂，而且强度、耐热性和光照度较差，在教学中使用具有一定的局限性。而聚合物喷射工艺不仅精度高、质量好，操作難度与立体平版印刷相比有一定的降低。因此，对于制造业相关专业来说，立体平版印刷打印工艺更有利于在教育过程中的推广和普及应用。

    4 3D打印技术在珠三角地区高职院校的应用思路

    按照制造业的技术领域和职业岗位的实际需求调整人才培养方案? 《教育部关于加强高职高专教育人才培养工作的意见》中明确指出，高职院校要力争形成能主动适应经济社会发展需要、特色鲜明、高水平的高职高专教育人才培养模式。随着《中国制造2025》的出台，珠三角体量庞大、基础扎实、门类齐全的传统制造业开始寻找新的出路。中国3D打印技术产业联盟创始人兼执行理事长罗军曾多次指出促进3D打印技术和传统制造业的深度融合，积极开拓市场，将助力传统制造业的升级。因此，运用3D打印技术重新定义珠三角地区的传统制造业是时代的呼唤和需求，也为珠三角地区高职院校3D打印人才的培养提出具体的要求。

    就目前情况来看，我国对3D打印人才的需求主要集中在三个层次，分别是上游企业所需要的研发人才，中游企业所需要的工艺人才，下游企业所需要的提供销售、售后、打印服务的技术应用人才。而我国高职院校人才培养的根本任务是培养具有高等技术的应用性专门人才，由此可见，珠三角地区中下游制造业企业的技术人才需求和高职院校的人才培养方向相吻合。所以，把握制造业中下游企业所需的3D打印技术特征，培养高素质的应用技术人才，是珠三角高职院校的当务之急。

    依据3D打印技术在制造业的实际应用需求改革课程和教学内容体系? 教学内容的调整和课程的实施是人才培养的落脚点，课程和教学内容体系的调整是珠三角高职教育和制造业对接的重点和难点。《教育部关于加强高职高专教育人才培养工作的意见》中也明确提出，高职教育要在突出应用性、实践性的原则上，重组课程结构，更新教学内容。那么，广东省高职教育应如何突破这一重点和难点，顺利实现和3D打印技术的对接呢？依据广东省3D打印产业的行业标准来调整教学内容，是必须要克服的重点。

    2017年4月，在“广东省3D打印产业技术路线图发布会暨3D打印高峰论坛”上，广东省正式发布增材制造（3D打印）产业技术路线图。该路线图对广东省3D打印产业的技术水平、市场需求、研发需求和共性技术需求进行了分析，对广东省3D打印产业的理性发展提出了可依据的路线和标准。2017年9月，广东省在国家的牵头下，联合业界著名的打印耗材公司，共同筹建广东省3D打印标准化技术委员会。该委员会初步制定了3D打印设备标准、3D打印耗材标准、3D打印产品标准等，广东省3D打印的行业标准即将诞生。这些行业标准和指导性文件的出现，为3D打印技术在制造业的应用界定了清晰的范围、指明了清晰的路径。

    高职教育课程和教学内容的调整需跟上产业发展的步伐。如广州市白云工商技师学院在2014年时就成立了“白云文搏3D打印技术学院”，是广东省也是我国首家成立3D打印制造业相关专业的高职学院，主要的课程包括美术基础、平面设计、立体造型设计、色彩构成、机械制图、CAD辅助设计、Geomagic Studio、3ds MAX、UG、产品设计表现技法、人机工程学、3D扫描技术及应用、3D打印设备的原理与维护、3D打印材料的功能使用、电子商务应用、3D打印设计综合实训。从课程设置和布局来看，课程类似平面设计、三维立体设计和3D打印技术学习的简单叠加，与3D打印技术特有的行业标准和应用的深度融合似乎有些欠缺，人才培养的针对性和时效性也不太突出。3D打印技术在制造业的应用在珠三角地区仍处于起步阶段，课程的设置和教学内容体系的改革也处于探索阶段，完善的方案的出台还需要一定时间的摸索。

    依据3D打印技术在制造业的实际应用需求探索建立相对独立的实践教学体系? 3D打印产业发展迅速，人才的需求也日益扩大，但我国人才培养无法跟上产业的需求，究其原因，在于高技能和熟练技工专业人才队伍欠缺。

    1）人才培养不均衡，导致实践教学环境缺乏。2018年6月16日，全球首个3D打印批量化定制在珠三角佛山大沥镇正式对外开放。该协同创新平台主要为中小制造业企业提供从设计端到应用端的配套服务，产业布局的主要任务在于培养掌握核心技术的上游企业所需人才，吸引顶尖团队，打造东方的硅谷。虽然平台团队也希望从教育入手，在职业院校开展3D打印专业，培养3D打印卓越工程师、技术大能手，但中下游企业所需的人才培养环境和政策，从落实到实践还需要一定时间的探索。

    2）珠三角地区高职院校实践教学内容和形式相对落后，无法满足产业对人才的需求。针对珠三角地区高职院校的调研中，在对“现有的实践教学，您主要开展哪一类型的实践教学”的回答中，36%的教师选择开展演示性实践教学，32%的教师选择开展验证性实验，13%的教师选择开展综合性实践教学，仅有19%的教师选择开展工艺性和设计性实践教学。在后期的座谈调研中发现，教师普遍反映，教学实训设备偏少是开展演示性、验证性实验较多的主要原因。他们同时认为，如果要普及开展工艺性、设计性实训教学，需要和产业发展的新趋势和新产品结合起来，现在教学和企业接轨的面较窄，也是工艺性、设计性实训教学较难开展的原因。

    3）实训基地功能单一，无法承载人才培养的任务。因此，根据高职教育的特色和3D打印企业的新发展，建立教学、科研和生产多功能相结合的实训基地，是产业转型下高职教育必須完成的任务。如白云工商技师学院的3D打印技术学院，已经率先和广州市文搏实业有限公司共建学生实训基地，互派一名教师和工程师协助实训教学的开展，这是一个良好的实训教学内容和方式调整的有益探索。2017年，佛山职业技术学院也在广东省教育厅的支持下，建立3D打印技术研究与应用公共实训中心，探索意味不言而喻。但是，这些尝试远远不够满足珠三角地区3D打印技术人才的需求，实训基地的建设还需要更多的投入和大规模的建设。所以，珠三角地区制造业的转型不仅对高职院校实训体系建设提出新的要求，也为高职院校建立相对独立的实践教学体系提供了机遇。

    5 结语

    随着珠三角地区产业转型的深入发展，3D打印产业的人才需求会逐步释放。3D打印技术的特点决定了市场对人才需求的特殊性，珠三角地区高端企业的人才培养已经在华南理工大学的牵头下有条不紊地展开，效果也逐步凸显。但是，作为珠三角地区中下游企业的人才培养主力军，珠三角地区的职业教育虽然已经开始了尝试和有益探索，但是还需要和产业转型的需求结合起来，迈出更大的步伐，为珠三角地区培养出卓越的技术能手。

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