| 标题 | 打印技术融入车辆工程专业本科教育新探索 |
| 范文 | 行鲁豫 郭昌龙 葛涛 摘要：3D打印是目前制造领域发展迅速的一项新兴技术，如何将3D打印技术与现代工科高校应用型人才培养进行有机融合，成为高等教学研究的热门课题。车辆工程作为典型的工科类专业具有应用性强、就业形势好的优点，相比其他机械类专业，其专业性强、实践能力要求高等特点又对其本科教育提出了特殊的要求。 关键词：3D打印;车辆工程;本科教育;翻转课堂 3D打印技术凭借独特的成型方式，不需要传统的刀具、夹具及多道加工工序，直接将工件的三维模型输入3D打印机，由程序控制实现任意复杂形状零件的快速与精确制造，实现了真正意义上的数字化设计与制造。近年来，3D打印技术逐渐应用于科学研究、生物医疗、航空航天、汽车制造、食品加工、设计创作等诸多领域，走进大众生活的同时，也在改变人类的生产与生活方式，对高校的教学内容与方式也带来了很大的影响。3D打印技术集CAD设计、机械设计、控制技术、编程技术等学科于一身，是现代技术特别是信息技术的综合体现，是工科类专业课程教学与知识传播的良好载体。 一、教学内容设计 1.3D打印的成型原理 3D打印之所以能在比较短的时间内在多个领域得到广泛的应用，是因为其独特的增材成型方式解决了传统加工方法的诸多弊端。尽管同时也带来了新的问题，但这并不妨碍3D打印在很多领域成为传统加工的替代工艺。在汽车制造领域，零部件制造方法多以金属的切屑、冲压、锻造以及焊接等传统工艺为主，经过多年的发展与完善，这些传统工艺已经可以满足较高的机械性能与安全性能，并且还在不断进步。然而，受限于材料特性与成型原理，这些传统工艺在汽车整车及其零部件的轻量化设计制造方面始终难以获得较大的突破。尽管在面向轻量化设计的拓扑优化方面的研究已经开展了几十年，但受限于成型工艺始终无法得到实际的应用。3D打印技术完全颠覆了传统的减材或等材成型方式，可以加工任意复杂形状的零部件，为汽车领域的轻量化设计提供了强大的技术手段。因此，通过讲解3D打印技术的成型原理会让学生对技术本身有基本的认知，同时对该课程的学习目的更为明确。 2.3D打印使用的成型装备 3D打印机本质上是一台机器，同样也包含了机械框架、控制模块、电机驱动模块以及诸多电子元器件。掌握各个模块的工作原理以及模块之间的协调机制有助于加深学生对机械设计与制造的基础理论，电工电子技术、计算机应用技术和信息处理技术等相关学科理论知识实际应用的理解。因此，在面向车辆工程专业的本科生讲授3D打印技术课程之前，学生需要掌握机床理论、数控原理、机器人技术等知识内容，让学生对机器的模块化设计概念有更为清晰的认识，这对学生将来从事整车研究开发工作或进一步研究深造都会有很大的帮助。 3.3D打印的过程规划 过程规划是几何模型到机器代码的桥梁，在3D打印机加工之前，需要将数字化模型进行一系列的处理，完成“离散”过程。具体讲，就是对几何模型沿着Z方向进行切片操作，3D打印机根据得到的切片文件进行逐层堆积，获得最终的实体。3D打印的过程规划包括了CAD（Computer aided design）与CAM（Computer aided manufacturing）两个机械类专业学生需要掌握的重要知识点。通过这部分内容的学习，可以加深对先进数字化技术的认识，提高学生的工程实践能力，培养学生的创新设计意识。 二、教学方案实施 车辆工程专业强调培养学生的实践运用能力，在教学过程中要基于本专业的特殊性要求，将教学方法与培养目标紧密结合，通过3D打印技术激发学生对车辆专业知识学习的参与性与主动性。教师必须根据不同教学内容进行正确的引导，培养学生的专业素养。基于以上要求，作者提出采用翻转课堂这种新型教学方式开展教学。 随着课堂教学的不断改革，教学方法正在尝试从以教师为中心转向以学生为中心，一种被称为翻转课堂的新型教学方式颠覆了传统的课堂教学模式。学生在课外时间阅览教师制作的以介绍新概念为主的资料，从而腾出时间在课堂上与教师更多的互动。这种教学方式有利于促进成员间交流，提升学生个人的责任感和积极性。3D打印技术涉及的新知识具有范围宽泛和容易理解的特点，特别适合由教师进行整理概括，学生在課外利用灵活的时间进行学习，而课堂上则由学生将学习过程中遇到的问题或者创造性思想与教师进行沟通。这种教学模式能为师生沟通建立保障，并为学生的实践动手能力提供有效途径，通过实际参与提升学生的理论实践能力，并加深对与3D打印技术相关的新知识的理解程度。 三、实践教学新模式 作为新兴的、有应用前景的教学内容，不仅要将3D打印技术本身掌握透彻，更要与所学专业相结合，利用这项新技术为车辆制造业的发展做出新的贡献。为了更好更快的让学生接触并了解这项高新制造技术，需要尝试一些新的实践教学模式，让实践教学变成现实体验，这将有助于培养3D打印方向的车辆工程专业人才。 1. 创建3D打印实验室。 实践教学的基础就是让学生有接触硬件、操作机器的机会。虽然3D打印机的种类繁多，价格区间很大，但可以购买一批入门级别的FDM设备让学生拥有亲手操作机器的经历。也可以购买待组装的套件由学生自主完成装配，不仅锻炼学生的动手能力，还能加深学生对打印设备的熟悉程度。此外，可以购买少量工业级的高精度设备供学生观摩学习。 2. 校企合作，参观相关企业。 通过参观企业能实时掌握市场对该领域人才的需求，也能了解该领域的发展方向。通过加强与地方企业的合作，可以推动3D打印技术与车辆制造领域的发展，为培养行业、企业所需的3D打印技术应用型技术人才，更好地服务地方经济发展打下坚实的基础。 四、结语 当前，汽车行业正面临着技术与产业变革的关键阶段，朝着前所未有的智能化趋势发展。为满足与之相符的科技需求，高等学校应在专业课程开设与讲授内容上与时俱进，提出相应改革措施。针对车辆工程专业中制造科学与技术的特殊性，本文围绕如何将3D打印技术有机融入车辆工程应用型人才培养，从讲授内容、授课方式和实践教学新模式三个方面提出一些改革思路和建设规划，对培养高质量有车辆工程专业特色的3D打印技术研发和管理类人才，对进一步完善车辆工程专业课程体系有一定推动作用。 参考文献 [1]卢秉恒，李涤尘.增材制造（3D打印）技术发展[J].机械制造与自动化，2013（04）：1-4. [2]陈思.基于3D打印技术的工业设计专业教学研究与实践[J].工业设计，2019（02）：42-43. [3]芦欣，卫丽华.3D打印技术融入应用型本科教育的新探究[J].科教导刊，2018（6）：62-64. |
| 随便看 |
|
科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。