淺談快速成型技術(shù)對(duì)職業(yè)教育的影響

李青

摘 要：近幾年，隨著全球經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，產(chǎn)品更新速度不斷加快，縮短新產(chǎn)品的研發(fā)周期并降低成本以及產(chǎn)品制造技術(shù)的柔性尤為重要。目前，多數(shù)職業(yè)院校在認(rèn)真調(diào)研人才需求的變化，及時(shí)調(diào)整人才培養(yǎng)計(jì)劃。本文重點(diǎn)從快速成型技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及其在職業(yè)院校專業(yè)發(fā)展中的意義等方面進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：快速成型技術(shù) 職業(yè)院校 專業(yè)發(fā)展

20世紀(jì)90年代后，快速成型技術(shù)異軍突起，并作為一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)迅速發(fā)展起來。快速成型技術(shù)作為制造業(yè)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，在提供新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及開發(fā)服務(wù)方面起著重要作用。西方發(fā)達(dá)國家普遍重視快速成型技術(shù)的發(fā)展，在將其應(yīng)用于本國制造業(yè)的同時(shí)，還將其視為一個(gè)重要的技術(shù)領(lǐng)域，為其發(fā)展提供有力的保障。據(jù)調(diào)查，全國多所職業(yè)院校引進(jìn)了快速成型的相關(guān)設(shè)備及技術(shù)，將這一新技術(shù)引入教學(xué)以適應(yīng)社會(huì)對(duì)技能人才的需求變化。快速成型技術(shù)專業(yè)將成為職業(yè)院校中一個(gè)新興而又有巨大發(fā)展?jié)摿Φ膶I(yè)。

一、快速成型技術(shù)的意義及優(yōu)勢(shì)

快速成型技術(shù)作為成組技術(shù)，以CAD模型為基礎(chǔ)，可以迅速生產(chǎn)所需零件或樣件，其在制造業(yè)的地位可與數(shù)控技術(shù)（CNC）相比肩。作為先進(jìn)制造技術(shù)不可分割的重要組成部分，它是在CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料技術(shù)等先進(jìn)科技成果綜合應(yīng)用的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。相比于傳統(tǒng)制造方法，快速成型技術(shù)首要程序是建立零件的CAD幾何模型，并在此模型和軟件分層離散、數(shù)控成型系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，用激光束或其他方法將材料堆積而形成實(shí)體零件。由于采用二維制造取代了繁復(fù)的三維制造，故而可以在沒有模具或工具的前提下生產(chǎn)零部件，并且可以不考慮其形體的任意復(fù)雜性。這對(duì)于生產(chǎn)效率和制造柔性來講具有極為重要的意義。

目前西方發(fā)達(dá)國家已經(jīng)在汽車、電子制造技術(shù)、航天器制造、造船業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域廣泛使用快速成型技術(shù)。我國也在快速成型制造方面展開了大量的研究工作。激光快速成型技術(shù)作為重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，在國家“九五”“十五”項(xiàng)目中均占有一席之地。

快速成型技術(shù)之所以能夠較快的發(fā)展并得到制造領(lǐng)域的廣泛認(rèn)可，是因?yàn)樵摷夹g(shù)有無可比擬的優(yōu)越性。

第一，為了達(dá)到使設(shè)計(jì)概念可視化的目標(biāo)，一般采用快速原型的方法。選用計(jì)算機(jī)作為零件模型設(shè)計(jì)的重要輔助工具，可以大大縮短模型制造時(shí)間，進(jìn)而明顯縮短了評(píng)估驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果所需的時(shí)間。

第二，它可以用簡(jiǎn)潔的二維截面來替代繁復(fù)的三維形體，故而可以在沒有工裝模具的條件下，制造出高精度零件而無須顧慮其形體的任意復(fù)雜性。

第三，在先進(jìn)制造技術(shù)中，快速原型具有重要地位。在材料合適的條件下，在后續(xù)生產(chǎn)中可以使用該原型并產(chǎn)生需要的產(chǎn)品。

第四，在模具制造和精密鑄造行業(yè)，快速原型技術(shù)以其高效、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)制造方法相比，使用快速原型技術(shù)可以幾乎不必考慮零件復(fù)雜性帶來的制造難度，可以真正實(shí)現(xiàn)自由制造。

二、快速成型技術(shù)在職業(yè)院校教學(xué)中的發(fā)展

1.快速成型技術(shù)的應(yīng)用有利于帶動(dòng)傳統(tǒng)專業(yè)的發(fā)展

快速成型技術(shù)作為一項(xiàng)新興的技術(shù)有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。以模型制作為例，傳統(tǒng)的手工模型制作精度較低，設(shè)計(jì)及制作的耗時(shí)較長(zhǎng)，其外形與要求的逼真程度較低。運(yùn)用快速成型技術(shù)制作則可以克服上述弱點(diǎn)。雖然快速成型技術(shù)比傳統(tǒng)手工制作的成本要高，但在新產(chǎn)品的快速開發(fā)要求較高的市場(chǎng)環(huán)境下，快速成型制作已經(jīng)成為必然趨勢(shì)。

在職業(yè)院校專業(yè)設(shè)置中，快速成型技術(shù)必須與傳統(tǒng)的學(xué)科做好銜接。雖然快速成型技術(shù)是一個(gè)新興的領(lǐng)域，但它也不是孤立存在的。例如，在課程安排設(shè)置時(shí)，應(yīng)做好基礎(chǔ)鋪墊工作，工程材料、繪圖設(shè)計(jì)及處理等都必須牢固掌握?？焖俪尚图夹g(shù)可以通俗地理解為逐層離散地制造零件。為了便于理解，我們可以這樣想象：長(zhǎng)城是由一層磚一層磚累積起來的，而快速成型有很多工藝方法，比如光固化成型、熔絲沉積成型等，無論采取何種方法，其根本的工藝原理都是逐層離散制造零件，但由于每層的方法和材料存在差異，又呈現(xiàn)出制造的多樣性。

掌握了快速成型這一技術(shù)可以更好地帶動(dòng)傳統(tǒng)學(xué)科的發(fā)展，可以與傳統(tǒng)的機(jī)械制圖課程相結(jié)合，使傳統(tǒng)的課程煥發(fā)新的生機(jī)。引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中將相關(guān)的制圖模型“打印”出來，原來依靠空間想象的知識(shí)可以清晰地呈現(xiàn)在眼前。對(duì)于復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)與更新，若僅僅依靠設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)模擬，也難以完美地展開設(shè)計(jì)?？焖俪尚图夹g(shù)此時(shí)可以發(fā)揮出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。學(xué)生做好相關(guān)設(shè)計(jì)后可在幾個(gè)小時(shí)或幾天內(nèi)，利用快速成型系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)圖樣或CAD模型到實(shí)物模型的轉(zhuǎn)換。在這個(gè)過程中，學(xué)生可以在原型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)定和功能測(cè)試，及時(shí)得到有效反饋。對(duì)于學(xué)生來講，此過程可以加深他們對(duì)產(chǎn)品的深入了解，優(yōu)化加工生產(chǎn)方式和工藝流程?？焖俪尚头椒ú坏軌蛟黾铀俣取⒏纳凭?，并且可以在必要時(shí)候利用相關(guān)軟件進(jìn)行完善和再驗(yàn)證，降低不合格率，盡快發(fā)現(xiàn)、解決問題，使設(shè)計(jì)逐步達(dá)到盡善盡美。這些都是傳統(tǒng)教學(xué)模式無法比擬的。

快速成型技術(shù)在模具制造中也突顯出了強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。在快速成型技術(shù)的基礎(chǔ)上，綜合精密鑄造、粉末燒結(jié)或電極研磨等相關(guān)技術(shù)生產(chǎn)的實(shí)體模作模芯和模套，不但將生產(chǎn)周期縮短為傳統(tǒng)制造工藝的十分之一到五分之一，而且成本僅為其五分之一到三分之一。模具的幾何復(fù)雜程度越高這種效益越顯著。

目前醫(yī)學(xué)專業(yè)也是快速成型技術(shù)施展特長(zhǎng)的廣闊領(lǐng)域。職業(yè)院校醫(yī)學(xué)專業(yè)越來越需要做好與快速成型技術(shù)的結(jié)合。例如，利用CT掃描和核磁共振圖像可以得到相關(guān)器官數(shù)據(jù)，并以此為依據(jù)制作模型，在頭部面部和齒科手術(shù)中具有重要的參考意義。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，快速成型技術(shù)也可以為骨骼移植制作模板，為臨床醫(yī)學(xué)中長(zhǎng)期困擾人們的“度身定做”的問題提供了較為有效的方法和制作手段。

2.快速成型技術(shù)在職業(yè)院校發(fā)展中存在的問題及應(yīng)對(duì)措施

快速成型技術(shù)目前雖然受到了各大職業(yè)院校甚至是中小學(xué)的廣泛關(guān)注和發(fā)展，但是在推廣和普及過程中仍然存在諸多問題。當(dāng)前，大多數(shù)快速成型設(shè)備及配套設(shè)施的價(jià)格還相對(duì)昂貴，雖然已經(jīng)有一些項(xiàng)目積極地推進(jìn)該技術(shù)在職業(yè)教育中的應(yīng)用，但在整體上，快速成型技術(shù)在學(xué)校的普及還需要一個(gè)過程。同時(shí)，我國在這個(gè)新興領(lǐng)域的技術(shù)培訓(xùn)與推廣方面，與其他國家相比還有差距，需要進(jìn)一步推動(dòng)新技術(shù)的學(xué)習(xí)，這需要教育行政部門、企業(yè)和學(xué)校共同努力。

第一，教育管理部門應(yīng)加大政策引導(dǎo)和扶持，密切關(guān)注快速成型技術(shù)在我國各個(gè)行業(yè)中的發(fā)展及對(duì)人才需求方面的調(diào)研，為各職業(yè)院校發(fā)展該技術(shù)提供必要的支持和引導(dǎo)。

第二，職業(yè)院校也應(yīng)積極與企業(yè)做好銜接，及時(shí)調(diào)整專業(yè)發(fā)展方向，培養(yǎng)社會(huì)需要的高技能人才，不斷加大對(duì)新領(lǐng)域的關(guān)注和支持，做好專業(yè)教師的培養(yǎng)工作。教師在整個(gè)發(fā)展過程中的作用不可忽視，一方面，教師是快速成型技術(shù)的使用者，可以將傳統(tǒng)教學(xué)中的要素轉(zhuǎn)化為個(gè)性化的教學(xué)模型；另一方面，教師要負(fù)責(zé)該專業(yè)的教學(xué)安排，引導(dǎo)學(xué)生掌握相關(guān)的知識(shí)，開展教學(xué)活動(dòng)。這對(duì)教師提出了較高的要求，教師需要從技術(shù)和教學(xué)設(shè)計(jì)等層面進(jìn)行學(xué)習(xí)和提高，做好領(lǐng)路人的角色。

縱觀快速成型技術(shù)的產(chǎn)生、發(fā)展的過程不難看出，該技術(shù)將繼續(xù)在職業(yè)教育領(lǐng)域大展身手。隨著該技術(shù)在職業(yè)院校中的應(yīng)用，學(xué)生獲得的主體體驗(yàn)更加真實(shí)、直觀。他們切實(shí)地參與到教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，既是問題的提出者，也是問題的解決者。這種教學(xué)方式更有利于學(xué)生對(duì)傳統(tǒng)知識(shí)和新興知識(shí)的結(jié)合應(yīng)用。而老師更像是他們的合作者，跟學(xué)生在探究的過程中一起成長(zhǎng)。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，快速成型技術(shù)將逐漸滲透到各個(gè)領(lǐng)域。

（作者單位：淄博市技師學(xué)院）