摘 要：3D打印技術(shù)在汽車行業(yè)應(yīng)用廣泛，需要培養(yǎng)大量技術(shù)應(yīng)用型人才?；趯?D打印技術(shù)融入汽車應(yīng)用型本科專業(yè)教學，本文分析3D打印技術(shù)對汽車專業(yè)建設(shè)的推動作用，并對人才需求、課程體系建設(shè)、實訓(xùn)條件建設(shè)等重點問題進行分析，提出實施建議或解決思路。3D打印技術(shù)推動新工科背景下汽車類專業(yè)的教學改革，促進技術(shù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：技術(shù)應(yīng)用型;3D打印技術(shù);逆向工程;實訓(xùn)條件

3D打印過程是通過三維建模運用可黏合材料用3D打印機“打印”出三維實物的過程，所包含的科學理論和研究方法稱為3D打印技術(shù)。其顯著特點是打印過程中材料的逐層增加，所以又被稱為增材制造。3D打印技術(shù)在我國的發(fā)展速度很快，是“先進制造”“智能制造”“綠色設(shè)計與制造”的典型代表，也是“中國制造2025”等概念的重要組成部分。

車輛工程專業(yè)是傳統(tǒng)工科專業(yè)，隨著教育部推進新工科建設(shè)，車輛工程專業(yè)被納入新工科專業(yè)之一，面臨新的發(fā)展機遇與挑戰(zhàn)。而3D打印技術(shù)在汽車零部件的原型制造、汽車模具制造、汽車零部件直接制造、汽車零部件維護和修復(fù)等方面具有技術(shù)優(yōu)勢，在汽車產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計階段作用明顯。我校作為獲批的國家首批應(yīng)用型本科高校，應(yīng)當順應(yīng)新工科建設(shè)，在培養(yǎng)應(yīng)用型人才、促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展等方面發(fā)揮重要作用。將3D打印技術(shù)作為教學研究對象，融入應(yīng)用型本科汽車專業(yè)人才培養(yǎng)，推動專業(yè)建設(shè)與課程建設(shè)教學改革，促進實現(xiàn)3D打印技術(shù)與汽車專業(yè)人才培養(yǎng)內(nèi)涵式發(fā)展。

一、3D打印技術(shù)助推應(yīng)用型本科汽車專業(yè)人才培養(yǎng)

（一）3D打印技術(shù)應(yīng)用汽車工業(yè)發(fā)展符合工業(yè)升級的需要

李克強總理曾指出，3D打印是制造業(yè)有代表性的顛覆性技術(shù)，實現(xiàn)了制造從等材、減材到增材的重大轉(zhuǎn)變，改變了傳統(tǒng)制造的理念和模式，具有重大價值。目前3D打印技術(shù)被許多汽車整車企業(yè)、零部件生產(chǎn)企業(yè)和相關(guān)科研院所應(yīng)用到實際工作中，在產(chǎn)品創(chuàng)新研發(fā)、工藝裝備持續(xù)改進等方面取得了相當不錯的效果。比如，應(yīng)用3D打印技術(shù)制造發(fā)動機支架、超音速汽車鈦方向盤、鈦合金制動鉗等。同時3D打印技術(shù)在汽車維修領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用市場。3D打印技術(shù)引發(fā)汽車領(lǐng)域“綠色設(shè)計”“綠色制造”“綠色維修”的觀念轉(zhuǎn)變，是“新四化”背景下汽車工業(yè)綠色科學發(fā)展的有力推動者。

（二）3D打印技術(shù)促進汽車專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)

汽車專業(yè)培養(yǎng)掌握專業(yè)所必需的工程基礎(chǔ)知識和專業(yè)技能，能夠在汽車及零部件生產(chǎn)企業(yè)、科研院所及相關(guān)領(lǐng)域從事整車、相關(guān)零部件產(chǎn)品制造、實驗、檢測、管理、營銷、科研及教學工作的應(yīng)用型高素質(zhì)人才。3D打印技術(shù)的融入帶來教學模式、教學內(nèi)容、教學組織等方面的變化，能夠增強學生的工程實踐能力和工程科技創(chuàng)新、創(chuàng)造能力。特別是在汽車行業(yè)“新四化”發(fā)展趨勢下，學科間交叉融合，成為符合新工科要求的適應(yīng)生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)第一線需要的高等技術(shù)應(yīng)用型人才。增材制造（3D打印）設(shè)備操作員已被人社部增設(shè)為新職業(yè)，市場上需要大量既懂汽車又懂3D打印技術(shù)的專業(yè)人才。

（三）3D打印技術(shù)促進汽車專業(yè)教學模式的轉(zhuǎn)變

采用激光燒結(jié)、光敏樹脂固化、熱融擠出等不同3D打印技術(shù)，結(jié)合不同打印材料，可以打印出車身、車內(nèi)飾、電池等汽車零部件。3D打印技術(shù)在原型開發(fā)與設(shè)計驗證、結(jié)構(gòu)零件輕量化、汽車模具、夾具等方面應(yīng)用日益廣泛。這種有別于傳統(tǒng)的設(shè)計與制造過程轉(zhuǎn)變必將引起汽車專業(yè)傳統(tǒng)教學模式的轉(zhuǎn)變。原來分塊而治的各個課程勢必需要重新整合，形成整體合力式的項目式教學，構(gòu)建“原理結(jié)構(gòu)—實體建?！抡娣治觥霾闹圃臁寄芡卣埂灾髟O(shè)計”教學模式，教學內(nèi)容之間銜接更加自然，教學組織更加流暢，全面培養(yǎng)學生綜合所學來解決工程問題的能力。

二、3D打印技術(shù)融入應(yīng)用型本科汽車專業(yè)人才培養(yǎng)的建議

人才培養(yǎng)涉及專業(yè)建設(shè)、課程、師資、實驗實訓(xùn)條件等多方面因素，本文僅從以下幾個重點闡述。

（一）人才需求分析

3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)人才分析可以大致分為兩種，一是與3D打印技術(shù)相關(guān)的開發(fā)與研究的技術(shù)人員，負責對打印設(shè)備的開發(fā)、打印材料的研究、打印工藝上的提升等。二是3D打印技術(shù)的應(yīng)用型人員，又可以分為偏向技術(shù)應(yīng)用和商業(yè)應(yīng)用兩種。偏向技術(shù)應(yīng)用是將3D打印技術(shù)與某一專業(yè)領(lǐng)域相結(jié)合進行再開發(fā)和研究的技術(shù)型應(yīng)用。偏向商業(yè)應(yīng)用則是更偏重于利用3D打印技術(shù)進行商業(yè)化運作。3D打印技術(shù)與汽車工業(yè)的結(jié)合屬于典型的技術(shù)應(yīng)用，與此相對應(yīng)的人才就是偏向技術(shù)應(yīng)用型人才。應(yīng)具有比較扎實的汽車專業(yè)基礎(chǔ)理論知識，同時又能掌握3D打印技術(shù)，并能將二者充分融合。

3D打印技術(shù)已應(yīng)用到從汽車產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計到售后維修、個性化改裝等方面。但梳理相關(guān)具體崗位工作職責，可以發(fā)現(xiàn)3D打印技術(shù)的核心應(yīng)用是汽車產(chǎn)品研發(fā)工作和汽車產(chǎn)品制造工作。汽車產(chǎn)品研發(fā)工作的主要內(nèi)容是新產(chǎn)品原型開發(fā)與設(shè)計驗證，主要特點是樣品數(shù)量小，但研發(fā)周期短，節(jié)省成本，這種特點與3D打印技術(shù)的特點非常吻合。同時3D打印實際上屬于增材制造，能夠制作一些傳統(tǒng)制造加工技術(shù)無法制作的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜細微的產(chǎn)品，這種特點非常適合突破研發(fā)初期新產(chǎn)品造型的局限。所以3D打印技術(shù)在汽車產(chǎn)品研發(fā)階段具有很大的優(yōu)勢，應(yīng)該在人才培養(yǎng)中重點考慮。在汽車產(chǎn)品制造工作中，目前可以通過3D打印制作模具、夾具，但要想完全應(yīng)用于生產(chǎn)線實現(xiàn)產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)還有很大難度。

應(yīng)用型人才就是把成熟的技術(shù)和理論應(yīng)用到實際的生產(chǎn)、生活中的技能型人才。車輛工程專業(yè)作為工科專業(yè)之一，還應(yīng)具有工程性，所以車輛工程專業(yè)應(yīng)定位于“工程應(yīng)用技術(shù)型人才”的培養(yǎng)。結(jié)合車輛工程專業(yè)的新工科建設(shè)，在人才培養(yǎng)中應(yīng)注重工程實踐能力、學科交叉能力、創(chuàng)新能力、自主學習能力和人文素養(yǎng)、社會責任等素質(zhì)的培養(yǎng)。

在融入3D打印技術(shù)后，汽車專業(yè)人才培養(yǎng)應(yīng)增加以下能力目標：根據(jù)任務(wù)選擇恰當3D打印技術(shù)和3D打印設(shè)備能力;使用三維建模軟件建立三維模型能力;使用3D打印軟件制作實物模型能力;3D打印設(shè)備的安裝、調(diào)試、維護保養(yǎng)和維修能力。4CD35D1C-4D09-4DC5-AE2B-D7AC276242E2

綜上所述，3D打印技術(shù)與新工科要求、汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展、汽車新技術(shù)、應(yīng)用本科院校定位高度契合，所以應(yīng)該對現(xiàn)有車輛工程人才培養(yǎng)方案進行必要的修改，使人才培養(yǎng)方案能夠更全面地符合上述要求，培養(yǎng)企業(yè)需要的具有創(chuàng)新精神、實踐能力與可持續(xù)競爭力的專業(yè)工程技術(shù)人才。

在無法突破現(xiàn)有車輛工程專業(yè)作為二級學科的困境下，提出構(gòu)建、明確新能源汽車設(shè)計專業(yè)方向的想法。

（二）課程體系建設(shè)

融入3D打印技術(shù)后的課程體系建設(shè)不是簡單加上幾門與3D打印技術(shù)相關(guān)的課程，而是應(yīng)該充分考慮3D打印技術(shù)與汽車專業(yè)的結(jié)合，在分析崗位所需能力的基礎(chǔ)上，以新工科建設(shè)為引導(dǎo)，圍繞汽車產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計制造，全面考慮教學模式、教學內(nèi)容、教學方法與手段、教學組織與考核評價等多方面問題。

一是建設(shè)含有3D打印技術(shù)基本知識與技能的基礎(chǔ)課程。了解增材制造歷史、概念、用途、前景，理解增材制造主要用到的幾種工藝方法，掌握桌面型3D打印機的結(jié)構(gòu)，熟練掌握桌面型3D打印機的操作方法。能夠按照從簡單到復(fù)雜的順序，打印平面幾何拼圖圖形、立體幾何拼圖圖形、卡通擺件圖形、機械結(jié)構(gòu)零件等實物，掌握打印參數(shù)設(shè)置、打印支撐的設(shè)定、后處理等打印難點。

二是建設(shè)具有綜合性的特色課程。汽車產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計階段的主要工作是原型開發(fā)和設(shè)計驗證，所以應(yīng)該設(shè)置一門綜合性的課程，使學生能夠綜合以前所學設(shè)計開發(fā)汽車產(chǎn)品，要具有一定的設(shè)計性、開放性，能夠鍛煉培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。“汽車設(shè)計創(chuàng)新實踐”是我校為18級車輛工程專業(yè)開設(shè)的一門集中實踐課程，目的是綜合相關(guān)課程所學知識，圍繞汽車設(shè)計開展創(chuàng)新工程實踐，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。采用項目式教學，教學內(nèi)容選取真實的汽車零部件產(chǎn)品（如保險杠、后視鏡、輪輞等），在每個項目的授課中按照“原理結(jié)構(gòu)—實體建?！抡娣治觥霾闹圃臁寄芡卣埂灾髟O(shè)計”的順序進行教學。以輪輞的結(jié)構(gòu)設(shè)計為例：（1）原理結(jié)構(gòu)：請同學們根據(jù)以前所學討論講解其工作原理、結(jié)構(gòu)、分類、功用、設(shè)計要點等內(nèi)容。（2）實體建模：使用CATIA軟件三維建模，參數(shù)來源于現(xiàn)有工程圖或測繪，對于一些零部件還可以使用三維掃描儀等設(shè)備。（3）仿真分析：使用ANSYS軟件進行仿真分析。（4）增材制造：使用3D打印機打印出實物。（5）技能拓展：在實體建模、仿真分析、增材制造這三個環(huán)節(jié)中，學生除了使用與項目有關(guān)的知識點和技能點外，可能還會涉及其他的知識點和技能點，學會舉一反三，比如會使用CATIA軟件中的曲面建模功能給后視鏡建模，那自己能不能試試鼠標建?；蚱渌囆秃笠曠R建模呢？這個教學環(huán)節(jié)我們稱之為技能拓展。（6）自主設(shè)計：教師給出一些設(shè)計條件，如工作場所、工作載荷等限定條件，要求學生能夠開展自主設(shè)計。最終提交設(shè)計說明書、工程圖或三維實體模型、仿真動畫等形式。比如，老師給出“重型卡車外后視鏡的結(jié)構(gòu)設(shè)計”題目，要求學生完成自主設(shè)計。

項目涉及工程制圖、公差測量、零件測繪、機械設(shè)計基礎(chǔ)、機械制造基礎(chǔ)、逆向工程、三維實體建模、有限元分析、3D打印、優(yōu)化設(shè)計等多方面知識與技能，體現(xiàn)出非常高的綜合性和應(yīng)用性，對培養(yǎng)學生解決復(fù)雜工程問題的能力非常有幫助。

三是建設(shè)含有逆向工程基本知識與技能的拓展課程。逆向工程產(chǎn)品設(shè)計就是根據(jù)實物模型實施反向，從而得到新產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)的過程，主要用于新產(chǎn)品研發(fā)、產(chǎn)品改進設(shè)計等方面。在汽車零部件設(shè)計中常用于優(yōu)化設(shè)計，尤其是對汽車零部件的功能、結(jié)構(gòu)等進行優(yōu)化創(chuàng)新。通過逆向工程可以把現(xiàn)有汽車零部件轉(zhuǎn)化成三維模型得到相關(guān)準確參數(shù)并進行優(yōu)化，再使用3D打印設(shè)備打印出來進行設(shè)計驗證。例如，在汽車覆蓋件的設(shè)計中，由于其造型往往是復(fù)雜的自由曲面，如果采用傳統(tǒng)的三維建模軟件去建模的話，這個過程是非常麻煩的，設(shè)計效率不高。而如果采用逆向技術(shù)則可以大大縮短設(shè)計周期。所以說逆向工程與3D打印技術(shù)在汽車產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計中兩者相輔相成，相得益彰，是汽車專業(yè)應(yīng)用型人才必須掌握的兩項技能。通過學習，學生要了解逆向工程技術(shù)的基本概念、發(fā)展以及應(yīng)用，掌握逆向工程軟件的使用方法并應(yīng)用。

（三）實訓(xùn)條件建設(shè)

逆向工程和3D打印技術(shù)具有很強的實踐性和應(yīng)用性，實訓(xùn)設(shè)備是實施教學的根本保證。加強實訓(xùn)條件建設(shè)，既能為培養(yǎng)汽車專業(yè)技術(shù)應(yīng)用型人才服務(wù)，同時有利于打造一支技術(shù)過硬的教師隊伍。實訓(xùn)條件建設(shè)應(yīng)定位于既能滿足于專業(yè)教學、科研、培訓(xùn)需要，還要貼近產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求、企業(yè)生產(chǎn)需求，能夠開展對外培訓(xùn)。概括為教學實訓(xùn)/培訓(xùn)功能、競賽功能、產(chǎn)學結(jié)合功能、研發(fā)功能和公共服務(wù)功能。

滿足3D打印技術(shù)和逆向工程基礎(chǔ)教學需要，配置設(shè)備建議：懸臂式3D打印機、機械臂式3D打印機、雙色3D打印機、三角洲3D打印機、DIY式3D打印機（FDM）、光固化3D打印機、3D掃描儀（桌面教學）、后處理工具及耗材等。滿足工業(yè)應(yīng)用及科研服務(wù)需要，配置設(shè)備建議：手持式三維掃描儀、FDM工業(yè)級3D打印機、光固化工業(yè)級3D打印機、單目三維掃描儀、全自動非接觸三維影像掃描儀、后處理工具及耗材等。

設(shè)備擺放按照功能劃分和項目式教學需要要求，設(shè)備臺套數(shù)量按照班級學生數(shù)量自定。

在實訓(xùn)條件建設(shè)中，由于3D打印設(shè)備和逆向工程設(shè)備普遍較為昂貴，而學校投入經(jīng)費有限，面臨先期投入不夠，后期運行過程中升級、維管護不到位的現(xiàn)象，造成設(shè)備臺套數(shù)量少、技術(shù)落后、功能缺失等問題，影響實訓(xùn)教學實施。

在我校首輪3D打印教學實施中具體存在以下問題：一是由于3D打印機數(shù)量少，多組同學需要輪換使用打印機，一組學生在使用時其他組的學生只能先觀摩或做其他事情，造成“窩工”。二是打印速度不高，而且打印時間還和零件復(fù)雜程度有關(guān)，但是學生實訓(xùn)課的上課時間是有限的，許多同學到下課時還沒有完成打印，涉及學生還需上其他課程、老師還有其他班的課、老師放學后下班、實訓(xùn)室留人管理、安全等多種具體問題，對教學組織與管理影響很大。三是實訓(xùn)學生數(shù)量多，3D打印機需長時間工作，可以說是“歇人不歇馬”，對其耐用性、穩(wěn)定性、可靠性要求極高，一旦出現(xiàn)故障如何維修，平時如何養(yǎng)護，給實訓(xùn)室管理帶來新問題。四是汽車零部件往往具有外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)中曲面多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點，對打印精度等性能參數(shù)要求較高，由于資金投入少的原因，購置的3D打印機往往達不到要求。4CD35D1C-4D09-4DC5-AE2B-D7AC276242E2

面對實訓(xùn)條件不充分的難題，建議從兩方面加以解決。

一是加強校企合作，校企共建教學平臺，由學校方、汽車行業(yè)企業(yè)、3D打印和逆向工程設(shè)備銷售企業(yè)三方組成，三方各有所長但又各有所難，只有依托教學平臺才能各取所需。學校方的困惑是設(shè)備投入經(jīng)費不足，無法及時購置最新技術(shù)的實訓(xùn)設(shè)備。同時也不能及時捕捉汽車行業(yè)中的一線實際問題，學生所學與生產(chǎn)真實情況脫節(jié)。但如果能夠解決這兩個問題，學校方的優(yōu)勢在于可以提供源源不斷的汽車專業(yè)技術(shù)應(yīng)用型人才。汽車行業(yè)企業(yè)最大優(yōu)勢是身處生產(chǎn)一線，最了解汽車行業(yè)新技術(shù)發(fā)展趨勢，對人才培養(yǎng)需求目標明確。劣勢和學校方類似，不可能總是不斷投入經(jīng)費去更新設(shè)備或招聘掌握新技術(shù)的新員工。而3D打印和逆向工程設(shè)備銷售企業(yè)主營是銷售設(shè)備，但一般也承接一些設(shè)計項目。其優(yōu)勢在于總是能夠把握3D打印和逆向工程設(shè)備的最新技術(shù)發(fā)展，擁有比較前沿的設(shè)備。劣勢是銷售不易，面對學校的設(shè)備采購?fù)侵芷陂L、回款慢等問題。三方如果組成教學平臺，銷售方可以先租后賣，學校和汽車企業(yè)的良性發(fā)展又會促進3D打印和逆向工程設(shè)備的旺盛需求，達到共贏結(jié)果。

二是自行開發(fā)教學儀器設(shè)備。自制設(shè)備是指教師根據(jù)教學或?qū)嶒瀸嵱?xùn)室建設(shè)等工作的需要，自行改造、設(shè)計、加工或協(xié)作加工制造的可用于實驗實訓(xùn)、理論教學的演示儀器設(shè)備或教具。有些3D打印機用于學生了解打印機原理、結(jié)構(gòu)、熟悉打印操作，其結(jié)構(gòu)簡單、模塊化程度較高，對打印結(jié)果精度要求不高，這類3D打印機完全可以通過自制設(shè)備途徑予以解決。既節(jié)約設(shè)備投入經(jīng)費，又能滿足教學實際需要，同時提高了參與教師和學生的專業(yè)知識和工程實際水平。

結(jié)語

3D打印技術(shù)符合汽車工業(yè)發(fā)展，符合工業(yè)升級的需要，能夠促進汽車專業(yè)技術(shù)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。在專業(yè)建設(shè)中要認真分析人才需求和崗位職業(yè)能力的新變化，在課程建設(shè)中形成3D打印技術(shù)方向的特色課程，在教學模式、教學內(nèi)容、考核評價等方面進行教學改革。同時抓好實訓(xùn)條件建設(shè)，通過建立三方教學平臺和自制教學設(shè)備兩方面解決實訓(xùn)條件中硬件不足的問題。

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基金項目：天津市高等職業(yè)技術(shù)教育研究會2020年度課題“3D打印技術(shù)推動專業(yè)和課程建設(shè)促進應(yīng)用型人才培養(yǎng)的研究”（編號：2020-2-4099）

作者簡介：李欣（1971— ），男，漢族，天津人，副研究員，研究方向：機械制造、機械CAD。4CD35D1C-4D09-4DC5-AE2B-D7AC276242E2