浅谈快速成型技术对职业教育的影响

李青

摘 要：近几年，随着全球经济的飞速发展，制造业竞争日趋激烈，产品更新速度不断加快，缩短新产品的研发周期并降低成本以及产品制造技术的柔性尤为重要。目前，多数职业院校在认真调研人才需求的变化，及时调整人才培养计划。本文重点从快速成型技术的优势及其在职业院校专业发展中的意义等方面进行阐述。

关键词：快速成型技术 职业院校 专业发展

20世纪90年代后，快速成型技术异军突起，并作为一项先进制造技术迅速发展起来。快速成型技术作为制造业的一项关键技术，在提供新产品的设计及开发服务方面起着重要作用。西方发达国家普遍重视快速成型技术的发展，在将其应用于本国制造业的同时，还将其视为一个重要的技术领域，为其发展提供有力的保障。据调查，全国多所职业院校引进了快速成型的相关设备及技术，将这一新技术引入教学以适应社会对技能人才的需求变化。快速成型技术专业将成为职业院校中一个新兴而又有巨大发展潜力的专业。

一、快速成型技术的意义及优势

快速成型技术作为成组技术，以CAD模型为基础，可以迅速生产所需零件或样件，其在制造业的地位可与数控技术（CNC）相比肩。作为先进制造技术不可分割的重要组成部分，它是在CAD技术、数控技术、激光技术和材料技术等先进科技成果综合应用的基础上发展而来的。相比于传统制造方法，快速成型技术首要程序是建立零件的CAD几何模型，并在此模型和软件分层离散、数控成型系统的基础上，用激光束或其他方法将材料堆积而形成实体零件。由于采用二维制造取代了繁复的三维制造，故而可以在没有模具或工具的前提下生产零部件，并且可以不考虑其形体的任意复杂性。这对于生产效率和制造柔性来讲具有极为重要的意义。

目前西方发达国家已经在汽车、电子制造技术、航天器制造、造船业、医疗卫生等领域广泛使用快速成型技术。我国也在快速成型制造方面展开了大量的研究工作。激光快速成型技术作为重点科技攻关项目，在国家“九五”“十五”项目中均占有一席之地。

快速成型技术之所以能够较快的发展并得到制造领域的广泛认可，是因为该技术有无可比拟的优越性。

第一，为了达到使设计概念可视化的目标，一般采用快速原型的方法。选用计算机作为零件模型设计的重要辅助工具，可以大大缩短模型制造时间，进而明显缩短了评估验证设计结果所需的时间。

第二，它可以用简洁的二维截面来替代繁复的三维形体，故而可以在没有工装模具的条件下，制造出高精度零件而无须顾虑其形体的任意复杂性。

第三，在先进制造技术中，快速原型具有重要地位。在材料合适的条件下，在后续生产中可以使用该原型并产生需要的产品。

第四，在模具制造和精密铸造行业，快速原型技术以其高效、经济的特点被广泛应用。与传统制造方法相比，使用快速原型技术可以几乎不必考虑零件复杂性带来的制造难度，可以真正实现自由制造。

二、快速成型技术在职业院校教学中的发展

1.快速成型技术的应用有利于带动传统专业的发展

快速成型技术作为一项新兴的技术有其独特的优势。以模型制作为例，传统的手工模型制作精度较低，设计及制作的耗时较长，其外形与要求的逼真程度较低。运用快速成型技术制作则可以克服上述弱点。虽然快速成型技术比传统手工制作的成本要高，但在新产品的快速开发要求较高的市场环境下，快速成型制作已经成为必然趋势。

在职业院校专业设置中，快速成型技术必须与传统的学科做好衔接。虽然快速成型技术是一个新兴的领域，但它也不是孤立存在的。例如，在课程安排设置时，应做好基础铺垫工作，工程材料、绘图设计及处理等都必须牢固掌握。快速成型技术可以通俗地理解为逐层离散地制造零件。为了便于理解，我们可以这样想象：长城是由一层砖一层砖累积起来的，而快速成型有很多工艺方法，比如光固化成型、熔丝沉积成型等，无论采取何种方法，其根本的工艺原理都是逐层离散制造零件，但由于每层的方法和材料存在差异，又呈现出制造的多样性。

掌握了快速成型这一技术可以更好地带动传统学科的发展，可以与传统的机械制图课程相结合，使传统的课程焕发新的生机。引导学生在学习过程中将相关的制图模型“打印”出来，原来依靠空间想象的知识可以清晰地呈现在眼前。对于复杂的机械设备的设计与更新，若仅仅依靠设计的数据模拟，也难以完美地展开设计。快速成型技术此时可以发挥出独特的优势。学生做好相关设计后可在几个小时或几天内，利用快速成型系统，实现图样或CAD模型到实物模型的转换。在这个过程中，学生可以在原型设计的基础上，对相关设计进行评定和功能测试，及时得到有效反馈。对于学生来讲，此过程可以加深他们对产品的深入了解，优化加工生产方式和工艺流程。快速成型方法不但能够增加速度、改善精度，并且可以在必要时候利用相关软件进行完善和再验证，降低不合格率，尽快发现、解决问题，使设计逐步达到尽善尽美。这些都是传统教学模式无法比拟的。

快速成型技术在模具制造中也突显出了强大的优势。在快速成型技术的基础上，综合精密铸造、粉末烧结或电极研磨等相关技术生产的实体模作模芯和模套，不但将生产周期缩短为传统制造工艺的十分之一到五分之一，而且成本仅为其五分之一到三分之一。模具的几何复杂程度越高这种效益越显著。

目前医学专业也是快速成型技术施展特长的广阔领域。职业院校医学专业越来越需要做好与快速成型技术的结合。例如，利用CT扫描和核磁共振图像可以得到相关器官数据，并以此为依据制作模型，在头部面部和齿科手术中具有重要的参考意义。在医学领域，快速成型技术也可以为骨骼移植制作模板，为临床医学中长期困扰人们的“度身定做”的问题提供了较为有效的方法和制作手段。

2.快速成型技术在职业院校发展中存在的问题及应对措施

快速成型技术目前虽然受到了各大职业院校甚至是中小学的广泛关注和发展，但是在推广和普及过程中仍然存在诸多问题。当前，大多数快速成型设备及配套设施的价格还相对昂贵，虽然已经有一些项目积极地推进该技术在职业教育中的应用，但在整体上，快速成型技术在学校的普及还需要一个过程。同时，我国在这个新兴领域的技术培训与推广方面，与其他国家相比还有差距，需要进一步推动新技术的学习，这需要教育行政部门、企业和学校共同努力。

第一，教育管理部门应加大政策引导和扶持，密切关注快速成型技术在我国各个行业中的发展及对人才需求方面的调研，为各职业院校发展该技术提供必要的支持和引导。

第二，职业院校也应积极与企业做好衔接，及时调整专业发展方向，培养社会需要的高技能人才，不断加大对新领域的关注和支持，做好专业教师的培养工作。教师在整个发展过程中的作用不可忽视，一方面，教师是快速成型技术的使用者，可以将传统教学中的要素转化为个性化的教学模型；另一方面，教师要负责该专业的教学安排，引导学生掌握相关的知识，开展教学活动。这对教师提出了较高的要求，教师需要从技术和教学设计等层面进行学习和提高，做好领路人的角色。

纵观快速成型技术的产生、发展的过程不难看出，该技术将继续在职业教育领域大展身手。随着该技术在职业院校中的应用，学生获得的主体体验更加真实、直观。他们切实地参与到教学的各个环节，既是问题的提出者，也是问题的解决者。这种教学方式更有利于学生对传统知识和新兴知识的结合应用。而老师更像是他们的合作者，跟学生在探究的过程中一起成长。随着社会的不断发展，快速成型技术将逐渐渗透到各个领域。

（作者单位：淄博市技师学院）