浅谈快速成型技术课程在高职教育中的发展前景

    徐小玉

    摘 要：快速成型技术以其独有的快速与高效对制造业产生巨大影响。面对市场需求，从我院计算机辅助设计与制造专业课程体系、师资队伍、实践体系等方面，探讨高职教育中快速成型技术的发展前景。

    关键词：快速成型；职业教育；课程建设；CAD/CAM

    快速成型技术是20世纪90年代才显著发展起来的新型制造技术，颠覆了传统制造观念，能够快速自动的借助三维实体建模软件将设计理念变为实物，突破时间、设备、工具、场地等环境因素的影响，能在最短时间设计与研制出符合设计者与用户需求的新产品，从而快速相应市场需求，促进企业产品创新、提升产品竞争力，占据市场，是当今世界上新产品快速加工与制造的强有力手段，已广泛应用于多个国民生产领域。

    1 快速成型技术原理和特点

    RP技术基本原理是先借助计算建模软件构建三维数据模型，再利用专门的切片软件进行分层切片，然后提取每一层截面的数据轮廓，利用数据技术控制激光器或喷嘴有选择性的制作一层层具有微小厚度的的片状实体，然后采用 粘结烧结等方法堆积成一个整体，从而得到设计实物，其制作过程实质是分层制造，逐层叠加，是一种生长制造，只有当激光技术、数控技术、机电技术、CAD/CAM技术、材料技术发展一定程度才能实现的制造方法，带来了制造技术的变革[1]。

    快速成型的最显著特点在于能够及时迅速的制造出复杂的实体零件，无需专用设备与工具，往往只需传统加工过程的三分之一时间和成本，大大提升企业在残酷的市场上竞争力，此外，以软件模型直接驱动打印设备，实现设计制造一体化，此外软件模型功能强大，任意复杂形状的零件都可以绘制，突破了产品结构的限制，同时软件模型还具备可修改性，能及时根据市场和客户的反馈进行调整，非常适合于企业研发新产品，制作试样或小批量零件，结构复杂、传统加工方法不易加工的零件，也可以应用于加工快速反求（逆向工程）、快速制模、快速铸造等行业。

    2 高职教育开设快速成型课程的必要性

    高职教育一向强调以培养适应生产、建设、管理、服务一线的高等技术应用性专门人才为根本任务，以社会需求为目标、岗位技术要求为主线设计教学体系的培养方案，以就业为导向。因此，在专业课程设置中必须紧贴经济社会发展需求，强化内涵建设与质量提升，完善学科建设，推行双师双证，着力提升学生的高素质、高技能，培养市场急需、企业欢迎、德才兼备的优秀人才。由于快速成型技术将传统去除制造法变革为增长制造法，为制造业带来全新的血液和旺盛的生命力，因此传统制造业的人才培养和专业设置也必须相应发生变革。高职教育的专业课程设置要以人才市场需求变化为导向，不是针对学科而是针对职业岗位或岗位群，基于职业分析，根据职业的变化，以及不同地区经济发展的不同需要灵活设置专业，适时调整专业结构和培养方案[2]。当前国家示范性骨干职业学院天津轻工职业技术学院以"注重内涵建设，立足行业发展，服务滨海新区"为办学指导思想，已经开设数控技术专业（快速成型方向），同时还在计算机辅助设计与制造专业中开设快速成型技术和快速成型与逆向工程实训等课程，因此，结合我院现有师资、课程体系、实验实训条件，对我院现有专业课程设置进行变革也是应运而生。

    3 课程体系

    高职教育必须以社会需求为目标、岗位技术要求为主线来设计教学体系的培养方案。目前虽然快速成型技术在国际上其应用领域已经扩展到制造领域的全部行业，但国内的发展水平还只停留在产品开发。在工业设计领域，虽然现在的三维模型绘图软件功能已经非常强大，但设计者仍旧无法在短时间内，仅凭自己的想象和图形数据，全面考虑尺寸、结构、功能性、形状、实用性、可加工性等问题，得到最终优化结果。因此快速成型技术制作出的样品将能使用户直接评价产品外观和性能，使生产企业能够及时得到市场方面的反馈需求，以便及时调整产品。美国Stratasys公司是世界上快速成型技术创新引领者之一，它的客户中有营运设计、制造和安装实验室家具业务的Servco公司。凭借Stratasys的3D打印机，Servco的客户能够提前看到原型，因此说服和沟通更加简单，同时3D打印机还让企业能够更加灵活地调整设计，以满足客户的不同要求，因此可以快速开发令人振奋的新产品和涉足尚未开发的市场。快速成型技术是真正实现并行设计的强有力手段。这一特征意味着设计行业需要大量掌握快速成型技术的人才，对计算机辅助设计与制造专业的毕业生提出了新的要求。不仅需要完成三维软件模型的建立，还要掌握快速成型制造技术，完成产品实物的制造工作。

    当前，我院计算机辅助设计与制造专业是国家重点专业，其课程体系内开设专业基础课、专业平台课以及专业方向课，主干课程有机械制图、机械制造基础、机械设计基础、电工电子技术、公差配合及测量技术、冷冲模设计、塑料模设计、模制工艺与夹具、SolidWorks、UG，专业课程体系已经完善，根据市场需求，增设快速成型技术课程作为专业方向课，则能够使得本专业毕业生的就业岗位拓展到新产品开发、概念模型可视化，结构设计验证、功能测试等方面，从而充分迎合制造业市场需求。

    一旦计算机辅助设计与制造专业的快速成型技术课程成功开展，可以推广到模具专业，使其向快速制模方向发展，快速制模使模型或模具的制造时间缩短数倍甚至数十倍，将快速成型技术与传统的模具制造技术相结合，可以大大缩短模具制造的开发周期，提高生产率，是解决模具设计与制造薄弱环节的有效途径[3]。此外，借助快速成型技术甚至可以推动材料成型与控制工程从高能耗、高污染的传统铸造方向快速铸造方向发展。快速铸造可以直接成型铸造用蜡模和可消失模、能直接成型砂型铸造用砂型或木模，还能直接成型精密铸造用的耐火型壳和蜡模铸造中的压型模具[4]。快速铸造技术能缩短铸造生产的周期，能提高生产效率，适合复杂零件的单件小批量生产，具有广阔的应用前景。因此快速成型技术中的快速铸造也将会是材料成型与控制工程专业的发展方向之一。

    4 师资队伍

    师资队伍是课程建设的最重要的内容，因为一门课程若没有一支好的师资队伍，讲好课，提高教学质量、完成人才培养都是空中楼阁的。因此建设一支人员精干、素质优良、结构合理、专兼结合、特色鲜明和相对稳定的教师队伍是实现人才培养的关键。

    我院一向重视教师队伍建设规划，层层落实到位，主抓培养专业带头人、学术带头人和骨干教师，重点抓好中青年骨干教师的提高和培养，并且充分发挥老教师传、帮、带作用，不断培养优秀的青年教师充实到教学第一线。经过多年资源积累和沉淀，我院计算机辅助设计与制造专业拥有一支堪称精良的教师队伍，现有教师50余人，其中教授1人，副教授10余人， 同时我院的师资建设还与市场接轨，从社会上聘用既有丰富实践工作经验，又有较高学术水平的高级技术与管理人员为兼职教师，目前已备有国内知名企业就职的高级职称专家近15人。同时我院还注重专职教师的水平提升，通过教学实践、专业实践和业务进修，大力培养一批既有较高学术水平、教学水平又有较强实际工作能力的"双师型"专业教师作为中坚力量。近两年，我院派出多名教师到无锡工业园无锡易维模型设计制造有限公司进修学习逆向设计软件和快速成型技术，同时专程邀请企业技术人员到我院开设快速成型设备操作培训课程，为开设快速成型技术课程和实训奠定师资基础，从而实现我院一贯坚持的以市场为导向，不断优化和调整专业方向，用"创新"、"特色"的理念进行专业建设；坚持依托市场需求办学，把培养"综合素质高，敬业精神好，动手能力强，上岗适应快"的学生作为我院的人才培养目标。

    5 实践训练体系

    运行良好、管理规范的实践训练体系是培养高等技术应用性人才的必备条件。我院计算机辅助设计与制造专业实训基地建设强调与生产、建设、管理、服务第一线相一致，形成真实或仿真的职业环境，注意资源的优化配置和共享。目前现有万余平方的实训场所，有现代工业中心模具实训基地、现代工业中心数控技术基地、现代工业中心机械加工技术实训基地三个共享型基地；一个模具制造实训中心；模具设计实训中心。实训设备初具规模，现有加工中心、三坐标测量机、注塑机、逆向激光扫描仪，快速成型机等250多台机床设备及CAD/CAM软件，设备总价值6000多万元；实训基地内还设有国家职业技能鉴定站、建有全国CAD技术应用培训网络南京中心常州培训基地、美国UGS公司授权UG-NX培训中心，常年举办UG、AutoCAD、钳工、车工等方面的技能培训和技能鉴定。

    此外，为了实现学生就业与市场无缝接轨，我院重视院外实习基地建设。按照互惠互利原则，尽可能争取与专业有关的企事业单位合作。我院与常州华威亚克模具有限公司、江苏常发集团、戚墅堰机车车辆工艺研究所、梅特勒托利多电子衡器有限公司等多家大型企业单位建立了稳固的校企合作关系，这些校外实训基地提高了学生的职业能力，为学生的就业提供了保障，拓宽了毕业生就业渠道，赢得了良好的社会声誉。

    实施双证融通的教育政策使得我院学生本专业学生在国家、省市级CAD大赛中多次获奖，深受用人单位的青睐。完成我院计算机辅助设计与制造专业学习的毕业生除了获得专科毕业证书外，还可获得以下资格证书：1）数字设计、数字制造软件中级证书（必取）；2）快速成型与逆向工程操作中级证书（选取）；3）数控设备操作中级证书（必取）；4）钳工操作中级或高级（选取），其就业方向也从单一的从事新产品开发、数控程序编制、产品批量生产、机械设计等技术人员拓展到制造中的其他工作岗位中，就业渠道更为广泛。通过开设快速成型技术课程，必将为我院毕业生就业锦上添花，提供更强的市场竞争力，满足市场经济的需求。

    因此，从课程体系、师资队伍、实践体系等方面来看，我院计算机辅助设计与制造专业开设快速成型技术课程条件已经成熟，可以将传统模具设计方向转型或开设新产品开发应用方向，甚至推广到快速制模和快速铸造方向，这将为我院模具系人才培养创造新的天地。快速成型技术作为九十年代以来世界先进制造技术和新产品研发手段，在制造工业中高达67%的应用，已经引起工业领域的极大重视[5]。由于快速成型技术的巨大吸引力，不仅工业界对其十分重视，而且许多其他行业都纷纷致力于它的应用和推广，促使向更高精度与更优的材质性能方向发展，形成高效率、高质量、高精度的复制工艺体系。快速成型技术课程也将会在高职教育中大放异彩！

    参考文献：

    [1]冯娥.快速成型技术在现代制造业中的应用[J].机电工程技术，2010（39）：129-131.

    [2]王英博.快速成型技术及其应用的高职课程开发[J].中国教育技术装备，2011（6）：72-73.

    [3]郭永生，周丰松，张轶斌.快速成型和快速模具在发动机进气管开发试制中的应用[J].新技术新工艺，2010（4）：43-45.

    [4]张锡联.快速成型技术在熔模精密铸造中的应用[J].岳阳职业技术学院学报，2010（25）：75-76.

    [5]李玉蓉.快速成型技术的应用[J].机械与电子，2011（13）：95-96.

    项目支持：江苏省高等学校大学生创新创业训练计划2013年立项项目，项目编号（201313101009Y）