职业院校无人机应用专业开设3D打印课程探讨

陆添羽，王天斌

职业院校无人机应用专业开设3D打印课程探讨

陆添羽，王天斌

（江苏省交通技师学院，江苏 镇江 212028）

2018年初，中国出台了《全国技工院校专业目录（2018年修订）》，其中明确提到，设立无人机应用技术专业。然而对于中高职高校而言，该专业还未有统一的专业教学标准。作为国家863计划的一部分，3D打印技术在国内发展正如火如荼，而该项技术的掌握对无人机专业的学习助力颇大，因此建议应在职业院校无人机应用专业开设3D打印课程，并研究了课程建设相关内容。

职业院校；无人机应用专业；3D打印课程；课程建设

无人机这一飞行器主要由无线电遥控设备或自备的程序控制装置等制作，其应用范围较广，尤其是工业、农业、军事等领域较为常见，3D打印技术属于数字模型为主的快速成型技术，使用了几种不同的材料，如固体、液体塑料等，最后利用熔融沉积成型完成实物的建造。

一般情况下，无人机结构件制造应当保证所需材料符合标准的情况下才能加工，在拼装和焊接后制作成品。3D打印技术的应用，节省了使用者的模具和原胚环节，充分发挥设计软件的重要作用，制作相应的产品的3D图形数据模型，简化产品加工流程，节约制造时间，从而为无人机制造或改进提供支持。

1 职业院校无人机专业开设状况

1.1 无人机专业目录设置

2016年前，中国各大高校并未设立无人机专业，而教育部门制作的《普通高等职业教育（专科）专业目录（2015）》中并不包含这一专业，大多数中职学校将这一专业纳入到其他的机械电子专业或是其他的维修类专业范畴，2016年，这一专业被纳入航空装备类[1]。2018年初，中国出台了《全国技工院校专业目录（2018年修订）》，其中明确提到，设立无人机应用技术专业。

1.2 无人机专业建设及教材

无人机是全新的专业，对于中高职高校而言，并未制定相应的专业教学标准，或发布其他教材。无人机技术使用范围较广，涉及其他多个行业领域，各个行业领域均致力于无人机专业教学标准的制定，并在此基础上做出适当的调整，最后作为编写教材的依据。参与者包括机械行指委、航空行指委、民航企业。

1.3 国内无人机培训教育现状

现阶段，市面上兴起许多无人机应用技术培训的专业机构，这些机构最开始是为了吸引用户的注意，根据企业自身实际情况，扩大行业应用范围，不断积累后初具规模，成立了极飞学院等。无人机专业教育在国内获得快速发展，结合高等职业教育专业设置备案数据来看，2013年后，中国设立这一专业的高职院校数量为2所。截至2018年，设立这一专业的高职院校数量超过了146所[2]。结合2013—2018年各大高校专业现状能够发现，在6年的时间里，设立这一专业的高职院校数量呈不断上升的发展趋势，国内这一专业教育的发展速度不断加快。

2 3D打印课程现状

中国采取了多种措施扩大3D打印技术的应用范围，而科技部门将这一技术作为国家863计划的一部分，各大高校也设立了相关的3D打印课程。2013年下旬，同济大学师生在此基础上充分研究了3D打印机，经过长时间的钻研，最后打印出微型飞机，完成了试飞过程。2016年，国内利用这种技术制定了“易尚3D创客教育整体解决方案”[3]，解决了3D打印教育存在的问题；随后，成立了3D打印技术产业联盟等，并签订了德州经济技术开发区的相关协议，最后建立了德州职业技术学院3D打印学院。国内首个3D打印学院将会进行教学活动改革，或提供技术服务等。

3 无人机专业开设3D打印课程的必要性

3.1 经济性

3D打印“加法”并不包括切割、磨削等方式，使原材料得到充分利用，在一定程度上提高了利用率，减少了废料的形成；“一次成型”在很大程度上降低了模具、夹具等成本；“本地化”生产模式在一定程度上减少了成本，尤其是控制了厂房前期投入，使得中间运输储存成本控制在合理范围内。

国外的CrucibleIndustrialDesign公司利用这一技术制作了带扣，满足了空客A380乘客的需求，相比传统的钢制带扣而言，每个带扣质量减少了85 g，结合飞机寿命进行计算，减少1 kg，可实现45 000 L燃油的合理利用，这在一定程度上节约了330万升燃油，运营成本将近2亿欧元左右。

3.2 时效性

无人机领域，3D打印技术较为常见，应用在原型机设计过程中，可提高制作效率，降低制作成本。无人机设计要及时更新，传统加工不断更新，装配工艺的改进等增加了人力物力财力成本。无需开模的3D打印技术在很大程度上加快了更新速度，可进一步加快验证原型机的制造速度，缩短产品使用周期，对企业效率的提升具有重要作用。验证后的原型机需要及时进行展示，在一定程度上推动了产品上市，提高了企业的竞争力。

2012年，弗吉尼亚大学经过长时间的研制，终于制作出了第三架3D打印飞机，但以前，仅仅塑料涡轮风扇发动机就要耗费2年的时间，成本达到了25万美元左右。利用这一技术，在4个月的时间内完成了这架飞机的制造，成本耗费将近2000美元左右，可发现生产周期明显缩短。

3.3 制造复杂零件优势明显

就传统制造来看，物体形状与制造成本呈正相关关系，尤其是3D打印机，这种关系更加明显，由于其制造形状相对复杂，其物品成本呈现出逐步上升的发展趋势，制造相对复杂的物品耗费的时间较长，其难度堪比制造复杂的物品，其所需的技能、成本较高。

无人机产业不同于其他产业，其对加工精度提出了更高的要求，且零件相对复杂，还有的零件制作程序比较复杂，甚至是传统加工工艺也难以制作，而3D打印技术解决了这一问题[4]。

4 职业院校无人机应用专业3D打印课程开发设置研究

结合江苏省发布的人才发展研究数据来看，在今后的几年内，江苏省3D打印市场人才需求量呈现出不断上升的发展趋势。客观来看，该地区制造业发展速度不断加快，与此同时，3D打印技术的应用范围不断扩大，在2018年，该地区3D打印人才需求量不断上升，总共达到了40 000人左右。 然而镇江市的各大高校均没有设立3D打印专业，人才培养不够系统，由此可见，开设3D打印课程是适应时代发展的需要。

4.1 课程体系建设

以市场调研的方式，结合无人机应用技术，制定“一带一路”发展战略，各大高校按照学生自身的岗位目标，对其提出不同的要求，提高学生的岗位胜任力，建立想要的课程体系。

4.1.1 课程定位

作为无人机应用专业比较重要的课程，将其纳入到理实一体化课程范畴内，在第6个学期开设。作为无人机产品设计岗位必备的技能，先导课程有两个部分，即“机械制图与计算机绘图”和“机械设计基础”，而后续课程的核心课程是“计算机设计制造”。

4.1.2 课程设计思路

以项目案例教学法为主，制定了3D打印的目标，并采用数字化的设计完成无人机结构件的制作，围绕学生活动，制定具体的学习任务，让学生根据教师的指示进行操作，确定学习任务，分析任务，并做出相应的评价，最后，了解相应的专业理论知识，或专门的操作技能。

4.1.3 课程目标

了解FDM3D打印机的操作方法或相应的使用特点，同时，对三维扫描仪的专业技能做好维护，并进行调整。掌握大量的3D打印方面的专业知识，或逆向工程等技能，做好三维扫描仪相关的维护工作，了解点云数据具体的操作方式。提高学生解决问题的能力，让学生进行主动探索或思考，注重学生团队合作意识的提升，以及自我展示能力、创新力的提升。

4.1.4 课程内容设计

课程内容设计的关键点在于突破了传统教学方法的限制，不再采用独立课程体系，而是在“无人机构件的数字化设计”基础上，实现数字化测量技术或其他的数据处理、创新设计等技术相融合的新职业课程。教学项目的设计应当了解学生需求，或以逐步推进的方式，使学生在实施项目的环节，了解与课程相关的知识或所需的技能。

4.2 实训场所建设

课题组做好调研工作，根据学校目前的现状，课题组利用3D打印技术进一步推动实训室建设项目的发展，培养了大量的3D打印人才，本实训室主要针对电子机械等类型学生，主要组成部分为3D建模软件、3D扫描仪、3D打印机等仪器设备，建成后可完成以下几项实训项目：3D建模、3D打印原理、切片软件应用、其他的逆向扫描等。

4.3 师资力量建设

学校或以引进的方式，招聘优秀教师，保证充足的教师资源，以适应专业教学发展，与此同时，不断提高教师文化层次，或实现教师的职位晋升等，不断完善教师队伍结构，提高教师的文化层次。进一步扩大产学研合作基地的影响力，并保证所有的专业课教师获得AOPA无人机执业资格，取得资格证，掌握大量的专业知识，并产生更好的专业课程教学效果。

4.4 技能竞赛环节设计

3D打印技术有利于实现学生创意到作品的转换，丰富产品功能，展现产品的个性化特征。可开展多种形式的3D打印设计大赛，让学生积极参与，使各个领域学生积极参赛，并掌握大量的专业知识，结合3D打印技术快速制作作品，体现作品的个性化特点，这种技术在很大程度上挖掘了学生的潜力，提高了学生的创新力。

［1］柴源.中职学校开设无人机应用专业探讨［J］.机电技术，2018（8）：117-120.

［2］李小丽，马剑雄，李萍，等.3D打印技术及应用趋势［J］.自动化仪表，2014（1）：1-5.

［3］白祥.关于高职无人机专业建设的调研与探索［J］.中外企业家，2016（35）：200，202.

［4］张洪.“无人机+”背景下民用无人机产业人才教育培训思考［J］.民航管理，2018（3）：49-52.

G633

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.24.068

2095－6835（2019）24－0152－02

陆添羽（1988—），男，江苏盐城人，工程硕士，讲师，研究方向为电子技术应用。

〔编辑：严丽琴〕