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［摘要］隨著增材制造技術(shù)的快速發(fā)展，推動了機械專業(yè)教學(xué)工作的改革，增材制造技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用不僅可以增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且提高了教學(xué)質(zhì)量。本文結(jié)合應(yīng)用型本科院校機械專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)，將增材制造技術(shù)融入機械專業(yè)的教學(xué)和研究工作中，分別從增材制造技術(shù)為機械專業(yè)課程提供教學(xué)支持，對學(xué)生實踐教學(xué)改革和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)設(shè)計能力的培養(yǎng)，對專業(yè)課程體系建設(shè)的影響和對高校教師教學(xué)科研工作的促進等四個方面，闡述了增材制造技術(shù)在應(yīng)用型本科院校機械專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用，為下一步該技術(shù)對機械專業(yè)教學(xué)改革探索奠定基礎(chǔ)。

［關(guān)鍵詞］增材制造技術(shù);機械專業(yè);應(yīng)用型本科

一、引言

增材制造技術(shù)又稱為“3D打印”，是通過將三維模型分層后，逐層堆積成形的原理進行加工，可實現(xiàn)任意復(fù)雜形狀零件的快速精密制造。與減材和成形工藝不同，其零件加工過程中不需要使用任何刀具、夾具或模具，一次成形省去很多輔助工藝過程，且增材制造零件成形過程中沒有廢料或其他輔助耗材的產(chǎn)生，整個生產(chǎn)過程環(huán)境影響小，屬于綠色制造工藝。增材制造技術(shù)屬于先進制造工藝，目前應(yīng)用廣泛，尤其在機械制造和醫(yī)療等領(lǐng)域?！吨袊圃?025》中指出要加快增材制造技術(shù)和裝備的研發(fā)，同時，增材制造已入選中國《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)分類(2018)》。隨著增材制造技術(shù)的快速發(fā)展，也推動了高校專業(yè)教學(xué)的改革。應(yīng)用型本科院校以培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)型人才為使命，應(yīng)結(jié)合當(dāng)前先進制造技術(shù)之一，將其融入至教學(xué)研究工作中，特別是機械類專業(yè)的教學(xué)工作。目前高校教學(xué)工作者已根據(jù)自身教學(xué)特色和需求，將增材制造技術(shù)逐漸融入至平時的教學(xué)工作中，以提高教學(xué)質(zhì)量，促進教學(xué)改革工作。在機械類專業(yè)基礎(chǔ)課機械制圖類課程的教學(xué)中，通過增材制造技術(shù)將二維平面圖形轉(zhuǎn)化為三維立體實體模型，使得課堂教學(xué)更加生動直觀，不僅提高了學(xué)生的認知能力，而且解決了傳統(tǒng)制圖類課程教學(xué)講解復(fù)雜乏味的問題。在機械類專業(yè)工程實訓(xùn)教學(xué)中，增加對增材制造工藝技術(shù)的教學(xué)和實訓(xùn)，不僅可使學(xué)生緊跟先進制造技術(shù)的發(fā)展，培養(yǎng)出能夠緊跟先進制造技術(shù)滿足社會需求的工程技術(shù)者，而且為該類課程建設(shè)和改革提供了新思路。在機械創(chuàng)新實驗教學(xué)過程中應(yīng)用增材制造技術(shù)，快速驗證一些機械零件的功能和原理，可提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和學(xué)習(xí)積極性，推動實驗教學(xué)的改革。將增材制造技術(shù)引入至機械類專業(yè)的人才培養(yǎng)中，對應(yīng)用型和創(chuàng)新型機械專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)起到促進作用。本文旨在結(jié)合宿州學(xué)院機械專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，闡述增材制造技術(shù)在機械專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用，并探索增材制造技術(shù)對我院機械專業(yè)本科教學(xué)改革的影響。

二、應(yīng)用型本科機械專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)與增材制造技術(shù)的關(guān)聯(lián)性

宿州學(xué)院是一所應(yīng)用型本科院校，在對機械專業(yè)人才培養(yǎng)過程中強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生對機械相關(guān)基礎(chǔ)理論課程和制造工藝的應(yīng)用能力，同時在學(xué)習(xí)和工作中具有敏銳的能夠緊跟先進制造技術(shù)的實踐能力和創(chuàng)新思維方式。具體培養(yǎng)目標(biāo)如下:(1)具備高尚的職業(yè)道德和較高的人文科學(xué)素養(yǎng);(2)在從事專業(yè)實踐工作中，具有較強的團隊協(xié)作精神和良好的溝通交流能力;(3)具備創(chuàng)新思維和國際視野，具有選擇運用相應(yīng)技術(shù)、資源、現(xiàn)代工程和信息技術(shù)工具解決產(chǎn)品設(shè)計、制造、控制問題的能力;(4)能完成新產(chǎn)品的開發(fā)、測試研究，對復(fù)雜工程問題合理有效地提出解決方案，并能考慮社會、安全、法律、環(huán)境及可持續(xù)發(fā)展等相關(guān)因素;(5)具備終身學(xué)習(xí)能力，能夠不斷適應(yīng)社會經(jīng)濟和技術(shù)發(fā)展的需要。增材制造技術(shù)屬于新興的先進制造技術(shù)，因其自身的諸多優(yōu)勢而廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域和行業(yè)，根據(jù)應(yīng)用型本科機械專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，機械類專業(yè)人才應(yīng)具有學(xué)習(xí)和掌握先進制造技術(shù)的能力，而且增材制造技術(shù)涉及學(xué)科和技術(shù)廣泛，廣義增材制造不僅包含以激光、電子束為熱源的分層實體制造，而且涉及焊接、電化學(xué)沉積、熱噴涂等復(fù)合制造工藝，其綜合了計算機的圖形處理、數(shù)字化信息和控制、激光技術(shù)、機電技術(shù)和材料技術(shù)等多項高技術(shù)的優(yōu)勢。因此，在機械專業(yè)的日常教學(xué)和人才培養(yǎng)過程中，應(yīng)將增材制造技術(shù)融入在人才培養(yǎng)過程中，并重視其在教育教學(xué)中的應(yīng)用。

三、增材制造技術(shù)在機械專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

通過在機械類專業(yè)教學(xué)中應(yīng)用增材制造技術(shù)，既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能提高學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力，促進相關(guān)專業(yè)課程的發(fā)展和教學(xué)改革。同時，相關(guān)增材制造技術(shù)課程的開設(shè)，可以豐富當(dāng)前機械專業(yè)的課程體系，促進專業(yè)教學(xué)改革，而且相關(guān)設(shè)備儀器的購買和使用，為專業(yè)教師提供教學(xué)科研平臺，促進本學(xué)科的全面發(fā)展，為應(yīng)用型本科院校機械專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)提供支持和保障。

(一)為機械專業(yè)課程教學(xué)提供支持。增材制造技術(shù)涉及機械專業(yè)基礎(chǔ)課、核心課及實踐課程的各個方面，一些專業(yè)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)如力學(xué)課程、電工電子技術(shù)、自動化控制理論等相關(guān)課程，可為增材制造的發(fā)展提供基礎(chǔ)技術(shù)支撐。利用增材制造快速成型的制造特征，其又可為部分機械專業(yè)課程的教學(xué)提供支持，如機械制圖、液壓與氣壓傳動、工程材料及其成型技術(shù)等，在此類課程的教學(xué)過程中，利用增材制造技術(shù)可提高課堂教學(xué)的直觀性和學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，進而提高教學(xué)質(zhì)量。增材制造技術(shù)的掌握可促進專業(yè)實踐和實訓(xùn)課程的改革和發(fā)展。在《機械制圖》的教學(xué)中，通過增材制造快速加工教學(xué)模型和模具，講二維平面圖形轉(zhuǎn)化為三維立體實體模型，將課本上抽象的圖紙轉(zhuǎn)化為零件實體，更加方便學(xué)生觀察和學(xué)習(xí)。增材制造可加工復(fù)雜制造特征，基本不受物體外形的限制，進而彌補教學(xué)中出現(xiàn)的“缺乏教學(xué)模型”的問題。在《液壓與氣壓傳動》課程中，通過采用增材制造技術(shù)快速加工液壓和氣壓元件，使得學(xué)生在上課過程中通過直接觀察各元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進而理解和掌握其工作原理，為后續(xù)液壓與氣壓傳動回路的分析和講解打下基礎(chǔ)，進而提高該課程的教學(xué)質(zhì)量。在《工程材料及其成型技術(shù)》課程的教學(xué)中，如常用的鍛造和鑄造成形加工，都需要講解其成形過程中所需要的相關(guān)模具的制造，此時就可以應(yīng)用增材制造技術(shù)，制造不同鍛造和鑄造成形所需模具，是學(xué)生深入理解和掌握各種模具的結(jié)構(gòu)和設(shè)計制造過程，為后續(xù)課程設(shè)計和工程實踐奠定基礎(chǔ)。利用增材制造技術(shù)可以快速實物化的特點，可以便捷地對現(xiàn)有的較為陳舊的教學(xué)模型進行設(shè)計改進和快速制造，并對缺乏直觀教學(xué)模具的課程，開發(fā)新型教學(xué)模具，以提高機械類課程課堂教學(xué)的直觀性和生動性，便于學(xué)生理解和掌握抽象的理論內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量，促進課程改革。

(二)促進學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)設(shè)計。增材制造在對大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的促進作用中，突出表現(xiàn)為隨著增材制造技術(shù)的發(fā)展，逐漸受到了各種學(xué)科競賽的重視。各類各級機械類創(chuàng)新設(shè)計大賽、創(chuàng)新建模大賽、工程訓(xùn)練競賽等逐漸重視增材制造技術(shù)在該類比賽中的應(yīng)用。如全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計大賽和大學(xué)生3D打印設(shè)計大賽等都是面向增材制造的比賽，突出培養(yǎng)學(xué)生對先進制造工藝的實踐應(yīng)用能力。學(xué)生們在參加比賽的過程中，利用增材制造的工藝特點，快速實現(xiàn)自己的設(shè)計想法，大大地調(diào)動了學(xué)生們創(chuàng)新設(shè)計的積極性。我院為培養(yǎng)學(xué)生們的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)設(shè)計能力，鼓勵學(xué)生積極參加各類設(shè)計大賽，利用增材制造技術(shù)快速成型所設(shè)計的產(chǎn)品零部件，基本能夠滿足機械結(jié)構(gòu)所需的強度和剛度，而且在制造過程中，大大縮短了部分機械零件的制造時間。

(三)豐富專業(yè)課程體系。增材制造技術(shù)不僅在當(dāng)前機械專業(yè)課堂教學(xué)中起著重要的作用，而且在機械實踐教學(xué)中扮演了十分重要的角色。增材制造逐層堆積的加工方式，使其與傳統(tǒng)的車削、銑削、數(shù)控加工等減材制造工藝，或者成型工藝如沖壓成型、鑄造成型技術(shù)等的加工方式和思路完全不同，因而其產(chǎn)品設(shè)計和功能結(jié)構(gòu)也會有所差異。根據(jù)我院機械專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)中要求培養(yǎng)學(xué)生具備創(chuàng)新思維，選擇運用相應(yīng)技術(shù)、資源、現(xiàn)代工程和信息技術(shù)工具解決產(chǎn)品設(shè)計、制造、控制問題的能力，這就要求應(yīng)用型本科院校機械專業(yè)在教學(xué)過程中應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生掌握增材制造相關(guān)方法和技術(shù)。根據(jù)已有的機械專業(yè)人才培養(yǎng)方案，已開設(shè)如《工程制圖》《機械設(shè)計》《機械CAD/CAM》和《機械制造基礎(chǔ)》等與增材制造技術(shù)相關(guān)的基礎(chǔ)課程，，但未見與增材制造技術(shù)直接相關(guān)的《快速成型技術(shù)》等課程的開設(shè)，為滿足當(dāng)前人才培養(yǎng)目標(biāo)，應(yīng)增設(shè)增材制造技術(shù)相關(guān)課程，新課程的增加進一步豐富了專業(yè)課程體系。

(四)促進教師開展教學(xué)科研工作。增材技術(shù)的快速發(fā)展，無論在教學(xué)和科研工作的開展過程中都為廣大高校教師提供了機遇和挑戰(zhàn)。在教學(xué)研究工作方面，原有專業(yè)課程的改革探索和增材制造相關(guān)課程的開設(shè)，為高校教研工作的開展提供了新的思路和方向。高校教師可結(jié)合增材制造技術(shù)，將其融入至不同專業(yè)課程的理論與實踐教學(xué)過程中，探索提高教學(xué)質(zhì)量的新方法。而在科研工作中，高校教師和科研工作者可以緊跟增材制造技術(shù)的發(fā)展，把握其發(fā)展動態(tài)，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智能制造等先進技術(shù)，進一步拓展該技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。宿州學(xué)院機械與電子工程學(xué)院正在建設(shè)的“宿州學(xué)院3D打印應(yīng)用創(chuàng)新中心”，該中心已擁有多臺熔融沉積、光固化和激光選擇性燒結(jié)增材制造設(shè)備，為本專業(yè)和全校師生提供了科研平臺。與增材制造技術(shù)相關(guān)的研究成果，又可應(yīng)用于專業(yè)課程的教學(xué)中，使得教師教學(xué)與科研工作相輔相成。

四、總結(jié)

任何時期的教育都應(yīng)結(jié)合時代的發(fā)展和需求，而機械專業(yè)的教育教學(xué)工作更應(yīng)該緊跟當(dāng)前先進制造技術(shù)的發(fā)展和社會人才需求。在應(yīng)用型本科機械專業(yè)的教學(xué)工作中融入增材制造技術(shù)，符合我院機械專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)。不僅為機械專業(yè)其他課程教學(xué)工作的開展提供了支持，提高了專業(yè)課程的教學(xué)質(zhì)量，而且促進了實踐教學(xué)和學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的發(fā)展。增材制造技術(shù)相關(guān)課程的開設(shè)，豐富了機械專業(yè)的課程體系，同時為廣大高校教師的教學(xué)科研工作提供了平臺支撐和技術(shù)支持，為應(yīng)用型本科機械專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)提供了保障。

作者:馬志林 高夢迪 王慶陽 劉燕 李明 單位:宿州學(xué)院機械與電子工程學(xué)院