聚焦3D打印技术在职业教育中的发展与现状

赵训军

摘 要：3D打印技术是 20世纪 80 年代中期发展起来的一种高新技术，在这近30年的发展中，国内已初步开展了3D打印引入职业课堂的尝试。由于3D打印在成本，耗材等方面还有待进一步发展与研究，3D打印技术在职业培训考核方面的标准尚未确定，因此，3D打印技术在职业学校中还未得到大面积的普及和推广。但3D打印技术经过30多年的发展与进步，它在职业教育方面的优势已经体现出来，尤其是在拓展人们的空间想象能力方面。不论是教师还是学生一旦他们有创新的思维和想法时，都随时可以通过3D打印技术去实现。这使得日后的职业技能教育变得更为灵活，使得学生日后不再是被动的知识接受者，而是成为了主动对知识渴求的探索者。

关键词：3D；3D打印技术；职业教育

中图分类号：TP751 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）01-0219-02

1 3D打印机在职业教育教学领域中的应用现状

为加快推进我国增材（又称“3D打印”）产业健康有序发展，从2016年起，工信部开始施行3D打印培训师制度，“3D打印培训师认证”由国家工业和信息化部制定职业标准、职业培训及考核体系，并颁发国家认可的唯一的3D打印培训师证书。近年来，部分高校组织编写的“3D打印快速制造系列教材”也取得了可喜的教研成果；尤其是中国首本职业教育3D打印培训应用教材面世，该教材由上海市公用事业学校编辑出版，更代表了中等职业学校在3D打印技术培训方面达到了一定的高度；3D打印产品也不仅应用在了模型制造领域，而且还实现了实体零部件直接制造的跨越，上述成果的取得，充分展示了3D打印技术在教学研究领域中应用的可行性。

2 3D打印技术在职业教育教学领域中的展望

3D打印技术它属于机械制造的一种方式，它是对机械制造业一种有力的补充，它既有机械制造不可取代的优点，但它也有自身的局限性，尤其是在材料，核心技术等方面都还有很大的提高空间。而目前在职业教育尤其是中等职业教育中，与3D打印技术相关的具有系统性的教学资源还较为欠缺，在职业教学体系与职业技能考核体系中，还缺乏与3D打印技术相关相配套的环节。一些走在时代前列的职业院校中，高等院校有些只是将3D打印技术作为一门培养兴趣的选修课向学生们介绍，而中等职业学校也只是将3D打印技术作为一种吸引学生关注提高招生知名度从而抢占生源的一种手段。经过近三十年的发展，3D打印技术在某些制造行业已经比较成熟，但在有些行业和技术方面还需要不断的向前发展。如果各职业院校能够将3D打印技术融入到各个学科中，将能更好地促进3D打印技术的发展，也将能更好地促使学生们掌握各专业的相关知识。如：机械制造专业的学生可以用它打印出自己设计的机械产品原型；动漫制作专业的学生可以用它很方便的打印出自己设计的动漫实体模型；幼师教育专业的学生可以用它来打印出自己所设计出的供幼儿园小朋友观察的手工工艺品；平面设计专业的学生可以用它来制作3D版本的艺术品；食品类专业的学生可以用它设计食物的产品造型；汽车制造专业的学生可以用它打印各种各样便于测试的汽车实体部件；金属材料专业的学生可以打印出便于观察研究分析的金属材料模型；微生物专业的学生可以打印出细胞、病毒、器官，和其他重要的生物样本，等等。

3 3D打印技术在职业教育教学课堂中的应用

3D打印技术在实验课堂的教学过程中一般都能发挥着非常重要的作用。用3D打印机可以根据教师的自己的需求打印出各式各样的教学模型，在不同系别不同专业的课堂里，可以尽情使用。如机械专业的教师在介绍螺杆螺母结构或运动原理的时候，可以摒弃过去采用简单挂图或二维图片展示的传统教学模式，而使用3D打印技术生产出多种不同类型的螺杆螺母，在课堂上现场进行演示。这不仅使得学生能更加直观地了解该物品结构及运动原理，而且还能增强学生的感知能力和实际动手能力。如汽车维修专业的教师在授课时，一些简单的汽车零部件的制作，教师都可以找到合适的方法或相关教具进行展示，但在面对复杂的汽车零部件进行维修讲解时，则要求学生们充分发挥自己的想象力才能进行了解，随着师资培训水平的不断提高，部分教师能够运用多媒体课件，三维动画等向学生们进行展示。而如今通过3D打印技术则可以将较为复杂的汽车零部件切切实实、栩栩如真地呈现在学生们的面前，让学生们可以看得见，摸得着，不仅加深了学生们在课堂学习的印象，而且激发出了学生们对高科技领域进行不断思索的兴趣。

4 3D打印技术在职业教育教学领域中的应用优势

3D打印技术在中等职业教育或者是基础教育中，所带来的最明显的效果就是可以任意呈现特定的物体，使学生获得了深度的感知力，尤其是对于那些没有足够教学模型或教具的学校来说，这个优势更为明显。3D打印出来的教具模型产品，相对于在教具市場上购买一个昂贵的教具供学生观摩，则显得更为经济合理，对促进学生在课堂学习的认知力更为有效。在制造行业，“3D打印技术”的影响正在日益凸显。英国《经济学人》杂志认为，这项技术将与数字化生产模式一起推动实现新的工业革命，该杂志还将3D打印技术列为第三次技术革命范畴；美国《时代》周刊也已将3D打印产业列为“美国十大增长最快的工业”。因此，3D打印机在职业教育行业中的使用，将会如同3D打印技术在机械行业中所起的变革作用一样，它将会无形之中改变传统的教育模式，无形之中促使教育方式自主进行变革，而这样将会更有利于开发学生们的发散思维能力，从而最终提高他们在动手设计与制造方面的能力。当学生们能随时将在脑海中抽象的想法用3D打印机去实现时，这将不仅仅会提高了学生们的学习兴趣，而且还能够有效地培养他们在高科技领域的创新思维和创造力。

5 3D打印技术在未来职业教育教学领域中的展望

尽管3D打印技术在职业院校的应用中还面临着投资大耗材贵，投资回报率低，精度质量不稳定，材料的种类和性能还不成熟，机械设计能力还有所限制，产品后期处理有难度，专业技术人员还相对缺失，产品打印效率和尺寸规格不够理想，本地产业链的完整度不够，3D产品市场认可低，3D产品质量监管缺失以及三维建模培训难等方面的问题。另外，要如何选择安全无毒且合适的材料进行3D打印，如何选择加工精度高、加工效率高且价格低廉的打印机，以及如何能让每一个专业的任课教师快速掌握三维建模软件相关操作的专业技能等方面的问题，都是3D打印技术方面需要克服的困难和挑战。但是随着3D打印机向着精密化、智能化、通用化模块化和资源共享化的方向发展，3D打印技术在职业教育教学资源的研发创新成本、创新研发周期将会极大的降低。3D打印技术由于简化或省略了工艺准备、试验等环节，它在职业教育教学资源中的所需要的数字化设计方案，制造与分析水平已经达到了高度的一体化，因此，职业教育教学资源将可以实现“今日需要资源，明天得到成品”。

6 3D打印技术在未来就业领域中的规划与展望

在高等职业教育中，3D打印技术主要是以研发为主，尤其是金属材料应用领域，由于3D打印机所需的材料比较特殊，特别是金属材料需要以液体的形成储存在打印机，经过打印机的打印，将材料通过黏合生产出固态的物体（如图一）。使用此种材料的效果如何，成本如何都要仔细考虑，因此3D打印技术适合什么样的材料是本专业学生要学习和研究的问题，这也是该类专业毕业生在将来的就业领域中需要侧重研究探讨的问题。在中等职业教育中，尤其是对于机械加工专业的学生来说，从学生所掌握的专业知识情况和各学校自身的经济因素等方面的综合考虑，选用的3D打印技术一般是采用熔融层积技术（简称FDM）进行生产的设备（如图二），该类设备的3D打印耗材一般都是采用低成本的PLA或ABS塑胶材料，因此如何提高产品的加工精度，稳定性以及打印效率都将是该类专业的学生需要努力学习的地方，同时如何提高学生自身在3D打印技术专业方面的实际操作职业技能，也是该类毕业生在今后的就业领域中所要长远思考的问题。

参考文献：

[1]余振新主编.3D打印培训应用教材[M].中山大学出版社，2016，8.

[2]王永信主编.3D打印快速制造[M].西安交通大学出版社，2014，5.

[3]罗军主编.中国3D打印的未来[M].东方出版社，2014，6.

[4]杨伟群著.3D设计与3D打印[M].清华大学出版社，2015，4.