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［摘要］隨著增材制造技術(shù)的快速發(fā)展，推動(dòng)了機(jī)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(qiáng)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(jī)械專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)，將增材制造技術(shù)融入機(jī)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(jī)械專業(yè)課程提供教學(xué)支持，對(duì)學(xué)生實(shí)踐教學(xué)改革和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，對(duì)專業(yè)課程體系建設(shè)的影響和對(duì)高校教師教學(xué)科研工作的促進(jìn)等四個(gè)方面，闡述了增材制造技術(shù)在應(yīng)用型本科院校機(jī)械專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用，為下一步該技術(shù)對(duì)機(jī)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(jī)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(guò)將三維模型分層后，逐層堆積成形的原理進(jìn)行加工，可實(shí)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(guò)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(guò)程，且增材制造零件成形過(guò)程中沒(méi)有廢料或其他輔助耗材的產(chǎn)生，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)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(jìn)制造工藝，目前應(yīng)用廣泛，尤其在機(jī)械制造和醫(yī)療等領(lǐng)域。《中國(guó)制造2025》中指出要加快增材制造技術(shù)和裝備的研發(fā)，同時(shí)，增材制造已入選中國(guó)《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(dòng)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(jìn)制造技術(shù)之一，將其融入至教學(xué)研究工作中，特別是機(jī)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(shí)的教學(xué)工作中，以提高教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)教學(xué)改革工作。在機(jī)械類專業(yè)基礎(chǔ)課機(jī)械制圖類課程的教學(xué)中，通過(guò)增材制造技術(shù)將二維平面圖形轉(zhuǎn)化為三維立體實(shí)體模型，使得課堂教學(xué)更加生動(dòng)直觀，不僅提高了學(xué)生的認(rèn)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(wèn)題。在機(jī)械類專業(yè)工程實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，增加對(duì)增材制造工藝技術(shù)的教學(xué)和實(shí)訓(xùn)，不僅可使學(xué)生緊跟先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，培養(yǎng)出能夠緊跟先進(jìn)制造技術(shù)滿足社會(huì)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(jī)械創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中應(yīng)用增材制造技術(shù)，快速驗(yàn)證一些機(jī)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(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革。將增材制造技術(shù)引入至機(jī)械類專業(yè)的人才培養(yǎng)中，對(duì)應(yīng)用型和創(chuàng)新型機(jī)械專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)起到促進(jìn)作用。本文旨在結(jié)合宿州學(xué)院機(jī)械專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，闡述增材制造技術(shù)在機(jī)械專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用，并探索增材制造技術(shù)對(duì)我院機(jī)械專業(yè)本科教學(xué)改革的影響。

二、應(yīng)用型本科機(jī)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(duì)機(jī)械專業(yè)人才培養(yǎng)過(guò)程中強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)機(jī)械相關(guān)基礎(chǔ)理論課程和制造工藝的應(yīng)用能力，同時(shí)在學(xué)習(xí)和工作中具有敏銳的能夠緊跟先進(jìn)制造技術(shù)的實(shí)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(shí)踐工作中，具有較強(qiáng)的團(tuán)隊(duì)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(guó)際視野，具有選擇運(yùn)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(jì)、制造、控制問(wèn)題的能力;(4)能完成新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、測(cè)試研究，對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題合理有效地提出解決方案，并能考慮社會(huì)、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(huì)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展的需要。增材制造技術(shù)屬于新興的先進(jìn)制造技術(shù)，因其自身的諸多優(yōu)勢(shì)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(jī)械專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，機(jī)械類專業(yè)人才應(yīng)具有學(xué)習(xí)和掌握先進(jìn)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(shí)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(jì)算機(jī)的圖形處理、數(shù)字化信息和控制、激光技術(shù)、機(jī)電技術(shù)和材料技術(shù)等多項(xiàng)高技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。因此，在機(jī)械專業(yè)的日常教學(xué)和人才培養(yǎng)過(guò)程中，應(yīng)將增材制造技術(shù)融入在人才培養(yǎng)過(guò)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(jī)械專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

通過(guò)在機(jī)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(shí)踐能力，促進(jìn)相關(guān)專業(yè)課程的發(fā)展和教學(xué)改革。同時(shí)，相關(guān)增材制造技術(shù)課程的開(kāi)設(shè)，可以豐富當(dāng)前機(jī)械專業(yè)的課程體系，促進(jìn)專業(yè)教學(xué)改革，而且相關(guān)設(shè)備儀器的購(gòu)買(mǎi)和使用，為專業(yè)教師提供教學(xué)科研平臺(tái)，促進(jìn)本學(xué)科的全面發(fā)展，為應(yīng)用型本科院校機(jī)械專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)提供支持和保障。

(一)為機(jī)械專業(yè)課程教學(xué)提供支持。增材制造技術(shù)涉及機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)課、核心課及實(shí)踐課程的各個(gè)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(dòng)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(jī)械專業(yè)課程的教學(xué)提供支持，如機(jī)械制圖、液壓與氣壓傳動(dòng)、工程材料及其成型技術(shù)等，在此類課程的教學(xué)過(guò)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(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量。增材制造技術(shù)的掌握可促進(jìn)專業(yè)實(shí)踐和實(shí)訓(xùn)課程的改革和發(fā)展。在《機(jī)械制圖》的教學(xué)中，通過(guò)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(shí)體模型，將課本上抽象的圖紙轉(zhuǎn)化為零件實(shí)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(jìn)而彌補(bǔ)教學(xué)中出現(xiàn)的“缺乏教學(xué)模型”的問(wèn)題。在《液壓與氣壓傳動(dòng)》課程中，通過(guò)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(guò)程中通過(guò)直接觀察各元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進(jìn)而理解和掌握其工作原理，為后續(xù)液壓與氣壓傳動(dòng)回路的分析和講解打下基礎(chǔ)，進(jìn)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(guò)程中所需要的相關(guān)模具的制造，此時(shí)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(jì)制造過(guò)程，為后續(xù)課程設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。利用增材制造技術(shù)可以快速實(shí)物化的特點(diǎn)，可以便捷地對(duì)現(xiàn)有的較為陳舊的教學(xué)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)和快速制造，并對(duì)缺乏直觀教學(xué)模具的課程，開(kāi)發(fā)新型教學(xué)模具，以提高機(jī)械類課程課堂教學(xué)的直觀性和生動(dòng)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(jìn)課程改革。

(二)促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)設(shè)計(jì)。增材制造在對(duì)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的促進(jìn)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(jìng)賽的重視。各類各級(jí)機(jī)械類創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、創(chuàng)新建模大賽、工程訓(xùn)練競(jìng)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(guó)三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽和大學(xué)生3D打印設(shè)計(jì)大賽等都是面向增材制造的比賽，突出培養(yǎng)學(xué)生對(duì)先進(jìn)制造工藝的實(shí)踐應(yīng)用能力。學(xué)生們?cè)趨⒓颖荣惖倪^(guò)程中，利用增材制造的工藝特點(diǎn)，快速實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)想法，大大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生們創(chuàng)新設(shè)計(jì)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(jì)能力，鼓勵(lì)學(xué)生積極參加各類設(shè)計(jì)大賽，利用增材制造技術(shù)快速成型所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品零部件，基本能夠滿足機(jī)械結(jié)構(gòu)所需的強(qiáng)度和剛度，而且在制造過(guò)程中，大大縮短了部分機(jī)械零件的制造時(shí)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(jī)械專業(yè)課堂教學(xué)中起著重要的作用，而且在機(jī)械實(shí)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(jì)和功能結(jié)構(gòu)也會(huì)有所差異。根據(jù)我院機(jī)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(yùn)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(jì)、制造、控制問(wèn)題的能力，這就要求應(yīng)用型本科院校機(jī)械專業(yè)在教學(xué)過(guò)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(jī)械專業(yè)人才培養(yǎng)方案，已開(kāi)設(shè)如《工程制圖》《機(jī)械設(shè)計(jì)》《機(jī)械CAD/CAM》和《機(jī)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(jiàn)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(kāi)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(jìn)一步豐富了專業(yè)課程體系。

(四)促進(jìn)教師開(kāi)展教學(xué)科研工作。增材技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)論在教學(xué)和科研工作的開(kāi)展過(guò)程中都為廣大高校教師提供了機(jī)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(kāi)設(shè)，為高校教研工作的開(kāi)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(shí)踐教學(xué)過(guò)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(dòng)態(tài)，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智能制造等先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)一步拓展該技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。宿州學(xué)院機(jī)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(tái)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(tái)。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(shí)期的教育都應(yīng)結(jié)合時(shí)代的發(fā)展和需求，而機(jī)械專業(yè)的教育教學(xué)工作更應(yīng)該緊跟當(dāng)前先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)人才需求。在應(yīng)用型本科機(jī)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(jī)械專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)。不僅為機(jī)械專業(yè)其他課程教學(xué)工作的開(kāi)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(jìn)了實(shí)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(kāi)設(shè)，豐富了機(jī)械專業(yè)的課程體系，同時(shí)為廣大高校教師的教學(xué)科研工作提供了平臺(tái)支撐和技術(shù)支持，為應(yīng)用型本科機(jī)械專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了保障。

作者:馬志林 高夢(mèng)迪 王慶陽(yáng) 劉燕 李明 單位:宿州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院