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［摘要］隨著增材制造技術的快速發展，推動了機械專業教學工作的改革，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，而且提高了教學質量。本文結合應用型本科院校機械專業的人才培養目標，將增材制造技術融入機械專業的教學和研究工作中，分別從增材制造技術為機械專業課程提供教學支持，對學生實踐教學改革和創新創業設計能力的培養，對專業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教學中的應用，為下一步該技術對機械專業教學改革探索奠定基礎。

［關鍵詞］增材制造技術;機械專業;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生，整個生產過程環境影響小，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療等領域。《中國制造2025》中指出要加快增材制造技術和裝備的研發，同時，增材制造已入選中國《戰略性新興產業分類(2018)》。隨著增材制造技術的快速發展，也推動了高校專業教學的改革。應用型本科院校以培養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，特別是機械類專業的教學工作。目前高校教學工作者已根據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，以提高教學質量，促進教學改革工作。在機械類專業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，而且解決了傳統制圖類課程教學講解復雜乏味的問題。在機械類專業工程實訓教學中，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展，培養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的人才培養中，對應用型和創新型機械專業的人才培養目標的實現起到促進作用。本文旨在結合宿州學院機械專業的培養目標，闡述增材制造技術在機械專業教學中的應用，并探索增材制造技術對我院機械專業本科教學改革的影響。

二、應用型本科機械專業培養目標與增材制造技術的關聯性

宿州學院是一所應用型本科院校，在對機械專業人才培養過程中強調培養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新思維方式。具體培養目標如下:(1)具備高尚的職業道德和較高的人文科學素養;(2)在從事專業實踐工作中，具有較強的團隊協作精神和良好的溝通交流能力;(3)具備創新思維和國際視野，具有選擇運用相應技術、資源、現代工程和信息技術工具解決產品設計、制造、控制問題的能力;(4)能完成新產品的開發、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、環境及可持續發展等相關因素;(5)具備終身學習能力，能夠不斷適應社會經濟和技術發展的需要。增材制造技術屬于新興的先進制造技術，因其自身的諸多優勢而廣泛應用于各種領域和行業，根據應用型本科機械專業的培養目標，機械類專業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勢。因此，在機械專業的日常教學和人才培養過程中，應將增材制造技術融入在人才培養過程中，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教學中的應用

通過在機械類專業教學中應用增材制造技術，既能激發學生的學習興趣，又能提高學生的創新實踐能力，促進相關專業課程的發展和教學改革。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的課程體系，促進專業教學改革，而且相關設備儀器的購買和使用，為專業教師提供教學科研平臺，促進本學科的全面發展，為應用型本科院校機械專業的人才培養目標提供支持和保障。

(一)為機械專業課程教學提供支持。增材制造技術涉及機械專業基礎課、核心課及實踐課程的各個方面，一些專業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，進而提高教學質量。增材制造技術的掌握可促進專業實踐和實訓課程的改革和發展。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，講二維平面圖形轉化為三維立體實體模型，將課本上抽象的圖紙轉化為零件實體，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部結構，進而理解和掌握其工作原理，為后續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容，提高教學質量，促進課程改革。

(二)促進學生創新創業設計。增材制造在對大學生創新創業教育的促進作用中，突出表現為隨著增材制造技術的發展，逐漸受到了各種學科競賽的重視。各類各級機械類創新設計大賽、創新建模大賽、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。如全國三維數字化創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，快速實現自己的設計想法，大大地調動了學生們創新設計的積極性。我院為培養學生們的創新創業設計能力，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)豐富專業課程體系。增材制造技術不僅在當前機械專業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，使其與傳統的車削、銑削、數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，因而其產品設計和功能結構也會有所差異。根據我院機械專業人才培養目標中要求培養學生具備創新思維，選擇運用相應技術、資源、現代工程和信息技術工具解決產品設計、制造、控制問題的能力，這就要求應用型本科院校機械專業在教學過程中應該培養學生掌握增材制造相關方法和技術。根據已有的機械專業人才培養方案，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。在教學研究工作方面，原有專業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課程的理論與實踐教學過程中，探索提高教學質量的新方法。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展，把握其發展動態，結合互聯網、大數據、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展和需求，而機械專業的教育教學工作更應該緊跟當前先進制造技術的發展和社會人才需求。在應用型本科機械專業的教學工作中融入增材制造技術，符合我院機械專業的人才培養目標。不僅為機械專業其他課程教學工作的開展提供了支持，提高了專業課程的教學質量，而且促進了實踐教學和學生創新創業能力的發展。增材制造技術相關課程的開設，豐富了機械專業的課程體系，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人才培養目標的實現提供了保障。

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