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

［關鍵詞］增材制造技術;機械專業(yè);應用型本科

一、引言

增材制造技術又稱為“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。增材制造技術屬于先進制造工藝，目前應用廣泛，尤其在機械制造和醫(yī)療等領域?！吨袊圃?025》中指出要加快增材制造技術和裝備的研發(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)》。隨著增材制造技術的快速發(fā)展，也推動了高校專業(yè)教學的改革。應用型本科院校以培養(yǎng)應用技術型人才為使命，應結合當前先進制造技術之一，將其融入至教學研究工作中，特別是機械類專業(yè)的教學工作。目前高校教學工作者已根據(jù)自身教學特色和需求，將增材制造技術逐漸融入至平時的教學工作中，以提高教學質(zhì)量，促進教學改革工作。在機械類專業(yè)基礎課機械制圖類課程的教學中，通過增材制造技術將二維平面圖形轉(zhuǎn)化為三維立體實體模型，使得課堂教學更加生動直觀，不僅提高了學生的認知能力，而且解決了傳統(tǒng)制圖類課程教學講解復雜乏味的問題。在機械類專業(yè)工程實訓教學中，增加對增材制造工藝技術的教學和實訓，不僅可使學生緊跟先進制造技術的發(fā)展，培養(yǎng)出能夠緊跟先進制造技術滿足社會需求的工程技術者，而且為該類課程建設和改革提供了新思路。在機械創(chuàng)新實驗教學過程中應用增材制造技術，快速驗證一些機械零件的功能和原理，可提高學生的創(chuàng)新能力和學習積極性，推動實驗教學的改革。將增材制造技術引入至機械類專業(yè)的人才培養(yǎng)中，對應用型和創(chuàng)新型機械專業(yè)的人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)起到促進作用。本文旨在結合宿州學院機械專業(yè)的培養(yǎng)目標，闡述增材制造技術在機械專業(yè)教學中的應用，并探索增材制造技術對我院機械專業(yè)本科教學改革的影響。

二、應用型本科機械專業(yè)培養(yǎng)目標與增材制造技術的關聯(lián)性

宿州學院是一所應用型本科院校，在對機械專業(yè)人才培養(yǎng)過程中強調(diào)培養(yǎng)學生對機械相關基礎理論課程和制造工藝的應用能力，同時在學習和工作中具有敏銳的能夠緊跟先進制造技術的實踐能力和創(chuàng)新思維方式。具體培養(yǎng)目標如下:(1)具備高尚的職業(yè)道德和較高的人文科學素養(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，具有選擇運用相應技術、資源、現(xiàn)代工程和信息技術工具解決產(chǎn)品設計、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)展等相關因素;(5)具備終身學習能力，能夠不斷適應社會經(jīng)濟和技術發(fā)展的需要。增材制造技術屬于新興的先進制造技術，因其自身的諸多優(yōu)勢而廣泛應用于各種領域和行業(yè)，根據(jù)應用型本科機械專業(yè)的培養(yǎng)目標，機械類專業(yè)人才應具有學習和掌握先進制造技術的能力，而且增材制造技術涉及學科和技術廣泛，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、電化學沉積、熱噴涂等復合制造工藝，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、機電技術和材料技術等多項高技術的優(yōu)勢。因此，在機械專業(yè)的日常教學和人才培養(yǎng)過程中，應將增材制造技術融入在人才培養(yǎng)過程中，并重視其在教育教學中的應用。

三、增材制造技術在機械專業(yè)教學中的應用

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

(一)為機械專業(yè)課程教學提供支持。增材制造技術涉及機械專業(yè)基礎課、核心課及實踐課程的各個方面，一些專業(yè)基礎課程的學習如力學課程、電工電子技術、自動化控制理論等相關課程，可為增材制造的發(fā)展提供基礎技術支撐。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等，在此類課程的教學過程中，利用增材制造技術可提高課堂教學的直觀性和學生學習的積極性，進而提高教學質(zhì)量。增材制造技術的掌握可促進專業(yè)實踐和實訓課程的改革和發(fā)展。在《機械制圖》的教學中，通過增材制造快速加工教學模型和模具，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，更加方便學生觀察和學習。增材制造可加工復雜制造特征，基本不受物體外形的限制，進而彌補教學中出現(xiàn)的“缺乏教學模型”的問題。在《液壓與氣壓傳動》課程中，通過采用增材制造技術快速加工液壓和氣壓元件，使得學生在上課過程中通過直接觀察各元件的內(nèi)部結構，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，進而提高該課程的教學質(zhì)量。在《工程材料及其成型技術》課程的教學中，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模具的制造，此時就可以應用增材制造技術，制造不同鍛造和鑄造成形所需模具，是學生深入理解和掌握各種模具的結構和設計制造過程，為后續(xù)課程設計和工程實踐奠定基礎。利用增材制造技術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模型進行設計改進和快速制造，并對缺乏直觀教學模具的課程，開發(fā)新型教學模具，以提高機械類課程課堂教學的直觀性和生動性，便于學生理解和掌握抽象的理論內(nèi)容，提高教學質(zhì)量，促進課程改革。

(二)促進學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)設計。增材制造在對大學生創(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的發(fā)展，逐漸受到了各種學科競賽的重視。各類各級機械類創(chuàng)新設計大賽、創(chuàng)新建模大賽、工程訓練競賽等逐漸重視增材制造技術在該類比賽中的應用。如全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設計大賽和大學生3D打印設計大賽等都是面向增材制造的比賽，突出培養(yǎng)學生對先進制造工藝的實踐應用能力。學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)自己的設計想法，大大地調(diào)動了學生們創(chuàng)新設計的積極性。我院為培養(yǎng)學生們的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)設計能力，鼓勵學生積極參加各類設計大賽，利用增材制造技術快速成型所設計的產(chǎn)品零部件，基本能夠滿足機械結構所需的強度和剛度，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。增材制造技術不僅在當前機械專業(yè)課堂教學中起著重要的作用，而且在機械實踐教學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、鑄造成型技術等的加工方式和思路完全不同，因而其產(chǎn)品設計和功能結構也會有所差異。根據(jù)我院機械專業(yè)人才培養(yǎng)目標中要求培養(yǎng)學生具備創(chuàng)新思維，選擇運用相應技術、資源、現(xiàn)代工程和信息技術工具解決產(chǎn)品設計、制造、控制問題的能力，這就要求應用型本科院校機械專業(yè)在教學過程中應該培養(yǎng)學生掌握增材制造相關方法和技術。根據(jù)已有的機械專業(yè)人才培養(yǎng)方案，已開設如《工程制圖》《機械設計》《機械CAD/CAM》和《機械制造基礎》等與增材制造技術相關的基礎課程，，但未見與增材制造技術直接相關的《快速成型技術》等課程的開設，為滿足當前人才培養(yǎng)目標，應增設增材制造技術相關課程，新課程的增加進一步豐富了專業(yè)課程體系。

(四)促進教師開展教學科研工作。增材技術的快速發(fā)展，無論在教學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課程的開設，為高校教研工作的開展提供了新的思路和方向。高校教師可結合增材制造技術，將其融入至不同專業(yè)課程的理論與實踐教學過程中，探索提高教學質(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的發(fā)展，把握其發(fā)展動態(tài)，結合互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智能制造等先進技術，進一步拓展該技術的應用領域。宿州學院機械與電子工程學院正在建設的“宿州學院3D打印應用創(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增材制造設備，為本專業(yè)和全校師生提供了科研平臺。與增材制造技術相關的研究成果，又可應用于專業(yè)課程的教學中，使得教師教學與科研工作相輔相成。

四、總結

任何時期的教育都應結合時代的發(fā)展和需求，而機械專業(yè)的教育教學工作更應該緊跟當前先進制造技術的發(fā)展和社會人才需求。在應用型本科機械專業(yè)的教學工作中融入增材制造技術，符合我院機械專業(yè)的人才培養(yǎng)目標。不僅為機械專業(yè)其他課程教學工作的開展提供了支持，提高了專業(yè)課程的教學質(zhì)量，而且促進了實踐教學和學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的發(fā)展。增材制造技術相關課程的開設，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科研工作提供了平臺支撐和技術支持，為應用型本科機械專業(yè)人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)提供了保障。

作者:馬志林 高夢迪 王慶陽 劉燕 李明 單位:宿州學院機械與電子工程學院