3D打印实验室建设方案探析

周淑芳等

摘要：随着3D打印技术的迅速发展，掌握3D打印技术的人才必然紧缺，那么学校开设相关专业、加强实验室的建设就显得尤为重要与迫切。本文结合职业院校人才培养特点，从实验室建设的必要性、建设原则与思路、实验室功能定位、具体建设方案等方面进行了深入探讨。

关键词：职业院校；3D打印实验室；建设方案

中图分类号：G647 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2015）19-0133-03

3D打印技术是制造业领域迅速发展起来的一项工业技术，其原理是快速成型技术，采用粉末状可粘合材料，利用叠加原理，逐层打印的方式来构造实体。随着美国第一支3D打印手枪的诞生，该技术在世界范围内引起哄动，许多企业、科研机构、高校纷纷抢抓先机，加大生产、研究力度。随着国家及地方政府政策的扶持，与3D打印技术相关的产业必将蓬勃发展，而掌握快速成型技术、逆反工程及加工工艺设计的人才也将成为市场紧缺人才。面对这一现状，高校开设3D打印专业，加强实验室建设就显得尤为重要与迫切。

实验室建设的必要性

高等职业院校旨在为社会培养理论知识扎实、实践技能过硬的应用型高级专门人才。培养的人才进入社会，无论是从事生产还是做研究，都应服务于社会的需求。所以，学校在培养过程中，应以社会实际需求为准则，使学生有更多的机会接触实际生产过程，了解加工工艺，熟悉多种设备的应用与维护。因此，学校要培养社会需求的高级技能性人才，必须加强实验室建设。

1.提高学生快速成型制造实践能力的需要

随着3D打印技术的迅速发展，社会急需掌握相关技能的高级人才。3D打印被称作是“实现数字化制造的关键技术”，该技术涵盖材料成型、逆向工程、三维数据采集技术、计算机三维设计与工艺设计、设备操作与维护等专业知识。要实现人才培养目标，实践教学比例至少要达到50%以上，因此学校要培养3D打印应用型人才，实验室的建设十分重要。

2.相近学科实验功能扩建的需要

实验室建成后可服务于学校相近学科的实践教学。3D打印技术广泛应用于模具制造、工业设计等领域，因此，如果学校开设模具设计与制造、工业设计、数控技术、艺术设计等专业，3D打印技术实验室可完全服务于这些学科的实践教学，既能保证实践教学有序开展，又能保障实验室的利用率。

3.教学研训一体化建设的需要

实验室功能既要满足实践教学需要，又要满足科研及对外加工服务需要，集教学、科研、实训于一体，坚持走产、学、研结合的建设方针。承担地方政府或企业的设计、制造任务，使教师学生共同参与，提高教师科研能力，保证学生有大量的实际工程经验。

实验室建设原则与思路

基于人才培养目标定位及学校专业体系设置，实验室的建设思路是以建立一个“专业、特色、创新、实践性”实验室为总体指导思想，既能满足学校3D打印专业方向、模具设计与制造、工业设计、艺术设计等专业的实验教学需要及科研需要，又能满足对企业人员进行技术培训的需要。实验室的建立旨在培养一批有知识，有技术，贴近实际需要的，面向快速制造行业、产品设计与制作等领域的创新性应用型人才。

1.建设原则

第一，构建既能满足教学，又能满足科研需要，实现校企合作，为企业提供培训条件的综合性、开放性实验室。

第二，以实验室的建设，促进学校相关专业及学科实践教学体系的改革，提高实验的开出率。既能实现基础性与验证性实验，又能开展综合性与创新性实验。学生能更全面、更深入地了解专业核心知识和技术，从而更贴近社会与企业的实际需求，实现专业人才培养与企业需求的无缝连接。

第三，带动专业类科研项目发展。实验室的建立，能为教师的科研和学生的科技创新活动提供良好的平台，带动专业创新实验项目发展，加强学生专业实践技能的培养，提高就业率。

2.建设思路

第一，实验室功能集数据获得（三维测绘）、数据处理（三维设计）及数据输出（3D打印）于一体，可结合学校已有的数控机床，形成一整套设计、加工制造产业链。它能提供学生从认知性学习到综合性学习的所有教学条件，让学生系统性地进行新产品的快速设计、快速测绘和3D打印整个产品研发验证环节的学习，获得解决实际问题的能力，启迪探索创新精神，发挥综合潜在能力，最大化地提升在3D打印产业及应用行业的就业竞争力。

第二，实验室建设分阶段、有计划地进行。第一阶段主要完成手持式三维扫描仪、计算机及桌面式打印机的采购配置工作；第二阶段主要以建设工业级扫描仪及工业3D打印机、测量仪器为主。分期逐步配置一整套的三维数字设计制造软、硬件设施。

第三，以师资队伍的建设为核心，加强人才建设力度，采取引进、进修培养、兼职等措施提高实验教学队伍的水平，建设一支教学思想先进、知识和年龄结构合理的实验教学队伍。

实验室功能定位

1.教学

首先，服务于工业设计、数控技术、模具设计与制造等相关专业的实验教学需要；其次，满足相关课程设计及毕业设计的需要；再次，满足学生参加科技创新类活动的需要。

2.科研

首先，通过实验室建设，搭建高水平的科研技术平台，充分发挥学校特色及教师综合业务水平；其次，利用尖端的各种设备，辅助师生在快速成型技术、工艺设计及材料等方面完成相关科研工作，提高学校在3D打印技术领域的科技创新能力。

3.对外服务

①为企业解决技术难题、提供产品设计开发的相关服务；②承担对外加工任务，主要面向传统加工方法难以制造的复杂类零件加工；③企业员工技术培训服务。

实验室建设方案

1.实验室配置原则

以产品零件（装配体）测绘、设计、模具、检测、制造流程为主线，实验室按照数据采集、逆向设计、三维检测、3D打印、快速模具、后处理等项目，注重设备对创意设计、工业设计、模具开发的覆盖。整体培养学生综合的三维数字化设计制造实操能力。

2.建设过程

结合学校3D打印技术实验室建设的实际情况，对如何进行实验室建设总结如下几点。

（1）做好资金预算

关于3D打印机的价格：桌面级的价格在8000～20000元不等，工业级的按国产和进口划分价格在几十万到上百万不等。

（2）加强企业调研

根据建设需要，要走访相关3D打印设备生产制造企业，了解生产一线资料，综合多家产品进行综合对比，选出适合的产品型号。

（3）规划实验室布局

首先，预算实验室面积，选好合适的位置；其次，设计布局图，实验室布局分为工艺设计区、加工及检测区、讨论区三个区域，如下图所示。设计区：主要摆放计算机并安装工艺设计软件，实现逆向设计、加工工艺设计等功能；加工及检测区：完成加工任务并进行精度测量，主要加工设备有桌面式3D打印机、光固化快速成型机、三坐标测量机及其他相关附件，主要测量设备有三坐标测量机、工业投影仪；讨论区：为学生提供知识交流的平台，可完成实验数据的整理、实验报告的填写及疑难问题的讨论等。

（4）设备及软件配备（见下表）

（5）建设进度和实验室功能定位

结合企业需求及学校实际情况，实验室采取分期建设。其中一期以国产设备为主，主要以增强学生认知水平和对3D打印技术的了解为目的，功能定位以演示、教学为主；二期可以考虑投入工业级设备，为学生技能训练和服务企业提供保障，功能定位以教学、科研、技术服务为主。通过一期建设，实验室能基本满足教学、演示功能，可以用ABS塑料进行小型创意产品和零件的制作，进行一定的功能验证。

结语

目前，我国3D打印技术正迅速发展，处于技术发展的关键时期，势必会造成相关专业人才紧缺的现状。学校开设3D打印专业，加强实验室建设，将在最大限度内发挥高校培养3D打印技术人才的作用，为社会培养应用型、创新型、技能型的优秀人才，这必将对我国的3D打印产业起到巨大的推动作用。

参考文献：

[1]潘志芳，元泽怀.地方高校SMT实验室建设方案研究[J].实验科学与技术，2007.

[2]刘联辉，易伟义.本科院校物流实验室建设方案探析[J].湖南工程学院学报，2008.

[3]陈远鸿，郭红志.3D技术在高校国防教育中的应用探析[J].课程教育研究，2012.

[4]李萍，胡文胜.高校实验室建设方案研究[J].新疆教育学院学报，2007.

[5]王斌.高职教育教学质量标准问题研究[J].教育评论，2008.

[6]齐振彪.高职院校课程教学质量评价：问题及对策[J].长江大学学报（社会科学版），2009.