3D打印技術(shù)在高職汽車專業(yè)教學(xué)領(lǐng)域的研究

李冰

【摘 要】近年來隨著我汽車行業(yè)的發(fā)展以及新技術(shù)的不斷運(yùn)用，對高職汽車專業(yè)的教學(xué)提出了新的要求，而3D打印作為一種新的加工技術(shù)，目前在各大工科院校已經(jīng)普遍開始應(yīng)用于教學(xué)領(lǐng)域，如何通過3D打印的手段提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提升教學(xué)效果對于高職汽車專業(yè)的教學(xué)有很重要的意義。

【關(guān)鍵詞】汽車；3D打印；教學(xué)研究

一、引言

隨著我國社會的不斷發(fā)展，我國汽車行業(yè)近些年來呈現(xiàn)著蒸蒸日上的局面，新的技術(shù)不斷運(yùn)用在汽車領(lǐng)域，這就對汽車行業(yè)的維修、營銷、管理提出了新的要求和挑戰(zhàn)。目前在我國高職院校中，汽車專業(yè)招生也在普遍增加，但在新的教學(xué)手段的更新方面普遍落后于汽車行業(yè)科技的發(fā)展，因?qū)W生興趣程度較低，很多院校在實(shí)踐教學(xué)方面運(yùn)用較好，但在利用實(shí)踐教學(xué)增強(qiáng)理論教學(xué)效果方面存在問題，學(xué)生畢業(yè)后理論知識儲備明顯不足，雖然可以在基層的維修、銷售方面可以適應(yīng)，但對于學(xué)生長期的職業(yè)生涯發(fā)展存在明顯的不利。根據(jù)其他學(xué)校經(jīng)驗(yàn)，3D打印技術(shù)除了可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，對于理論知識的提高也有很大的促進(jìn)作用。

二、3D打印技術(shù)概述

（一）3D打印技術(shù)

3D打印技術(shù)，又稱為增材制造技術(shù)，它主要的原理是通過三維模型，利用材料的特性，直接將要打印的產(chǎn)品，經(jīng)立體的形式打印出來。具體來說就是根據(jù)材料的基本性質(zhì)，利用多種方法將材料進(jìn)行分層次的加工處置、然后對其進(jìn)行覆蓋疊加處理，讓這些材料分層逐漸融合，進(jìn)而變成一個(gè)完整的三維實(shí)體形態(tài)的物體，它最大的優(yōu)點(diǎn)是可以制造復(fù)雜形狀的物體且可以小批量生產(chǎn)，缺點(diǎn)是制造成本高、周期長且材料內(nèi)部應(yīng)力分布不均。3D打印現(xiàn)在普遍被稱為“第三次工業(yè)革命”的核心技術(shù)，目前已經(jīng)是我國《“十三五”先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域科技創(chuàng)新專項(xiàng)規(guī)劃》的重點(diǎn)任務(wù)，工信部正編制《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2017-2020年）》，我國3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入重要戰(zhàn)略機(jī)遇期。

（二）3D打印技術(shù)在汽車領(lǐng)域中的應(yīng)用

目前3D打印技術(shù)在汽車領(lǐng)域主要應(yīng)用于汽車設(shè)計(jì)和新技術(shù)驗(yàn)證，由于在小批量生產(chǎn)上具有先天的優(yōu)勢，且能夠制造復(fù)雜形狀的零件，3D打印技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域，在汽車的一些新技術(shù)驗(yàn)證方面，3D打印技術(shù)也占有了很大的比重。2010年美國發(fā)布了全球第一款由3D打印制造的汽車，采用油電混合動(dòng)力，全部零件的打印時(shí)間約為2500小時(shí)，然后經(jīng)過后續(xù)處理后裝配完成，制造效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)制造方式。曾經(jīng)有人計(jì)算過，如果應(yīng)用3D打印技術(shù)進(jìn)行零部件開發(fā)，開發(fā)周期可以縮短約40%，開發(fā)成本可以節(jié)約約20%。

在高職汽車專業(yè)教學(xué)領(lǐng)域，3D打印技術(shù)目前和其他工科專業(yè)的應(yīng)用方式基本一致，主要是體驗(yàn)式應(yīng)用操作，用于學(xué)生了解新技術(shù)的原理，缺乏對汽車專業(yè)的針對性，且應(yīng)用程度較潛，沒能很好的發(fā)揮應(yīng)有的效果，本文主要研究的就是如何應(yīng)有3D打印技術(shù)更好的有針對性的提高高職汽車專業(yè)的教學(xué)效果。

三、利用3D打印技術(shù)提高高職教學(xué)效果研究

目前，我國廣大的工科院校大多配備了相應(yīng)的3D設(shè)備，一般包括3D掃描儀、3D打印機(jī)以及配套的3D軟件，可以為廣大師生提供很好的理論教學(xué)及實(shí)際教學(xué)的平臺，只要有合適的方法，就能很好的提高教學(xué)效果。

（一）利用3D打印技術(shù)，可以提升學(xué)生對汽車結(jié)構(gòu)和原理的認(rèn)識

在汽車專業(yè)的教學(xué)領(lǐng)域，汽車很多的零部件原理教學(xué)主要通過平面圖、動(dòng)畫或者零部件演示操作，學(xué)生的興趣較低，學(xué)生投入的時(shí)間和精力也相對較少，事后很多學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)往往一知半解。3D打印設(shè)備一般配合相應(yīng)的3D軟件和逆向掃描設(shè)備使用，在學(xué)習(xí)完原理后，讓學(xué)生通過逆向掃描設(shè)備將零件實(shí)物轉(zhuǎn)化為數(shù)字的三維模型，再通過CAD等軟件進(jìn)行模型重建，通過3D打印設(shè)備進(jìn)行打印后在進(jìn)行裝配等操作。在此過程中，學(xué)生參與程度較高，可以充分理解零件的基本構(gòu)造和原理，部分學(xué)生還可以在模型重建的過程中對實(shí)體特征或者約束關(guān)系進(jìn)行修改，能充分發(fā)散思維，激發(fā)學(xué)習(xí)的潛力。因此過程用時(shí)較長，可以采用分組的方式，讓學(xué)生分別對不同零件進(jìn)行操作。

（二）利用3D打印技術(shù)，可以進(jìn)行相應(yīng)的汽車改裝實(shí)訓(xùn)

現(xiàn)在在汽車領(lǐng)域，為了實(shí)現(xiàn)展現(xiàn)自己，很多車主都會選擇對愛車進(jìn)行個(gè)性化的改裝，雖然受我國法律限制，改裝車行業(yè)受到的限制較多，但是在法律允許的范圍內(nèi)改裝車行業(yè)還是呈現(xiàn)這蓬勃的發(fā)展。在目前的高校中，改裝車雖然在課程體系中有所體現(xiàn)，但是受制于實(shí)訓(xùn)原材料采購及授課限制，往往只是理論講解和簡單示范，模式較為單一，很多學(xué)生都是到了社會后再進(jìn)行學(xué)習(xí)，導(dǎo)致課程存在浪費(fèi)現(xiàn)象。3D打印技術(shù)給學(xué)生對車輛改裝提供了一種新的手段，學(xué)生可以將各種腦洞的改裝思路利用3D打印設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，且并不存在相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)，這樣可以拓寬學(xué)生在改裝車領(lǐng)域的思路，也為教師的教學(xué)提供了新的手段。

（三）利用3D打印設(shè)備，學(xué)生可以進(jìn)行3D打印汽車裝配實(shí)驗(yàn)

在課余時(shí)間，在專業(yè)教師的帶領(lǐng)下，教師課余組成興趣小組，帶領(lǐng)學(xué)生利用手頭現(xiàn)有的設(shè)備，比如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、電瓶、電動(dòng)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行自制汽車自制實(shí)驗(yàn)。在此實(shí)驗(yàn)中，很多材料是學(xué)校實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的材料，有些課余在市場上進(jìn)行采購，但是還是有很多零部件不是很容易獲得，且在裝配過程中，很多零部件還需要進(jìn)行實(shí)時(shí)的修改和改進(jìn)。這時(shí)就可以很好的利用好3D打印的優(yōu)點(diǎn)，尤其是在小批量生產(chǎn)的靈活性方面的優(yōu)點(diǎn)，可以快速生產(chǎn)出此實(shí)驗(yàn)所需要的零部件，并能利用軟件方便的對實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的問題進(jìn)行修改。通過興趣小組的方式，既可以參加相關(guān)的大賽提高學(xué)校聲譽(yù)，也可以提高學(xué)生在汽車設(shè)計(jì)的理論功底，更加深了學(xué)生對專業(yè)的興趣。目前美軍已經(jīng)在各個(gè)前進(jìn)維修基地設(shè)立了3D打印工作車間，對于一些難以從后方獲得的零部件，可以采用3D打印的方式獲得，很好的加快了維修效率，保證了前方的工作效率。

（四）學(xué)習(xí)好3D打印技術(shù)，為學(xué)生將來就業(yè)提供了更好的技能

眾所周知，現(xiàn)在3D打印技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，汽車行業(yè)更是如此，尤其是在產(chǎn)品開發(fā)和模具制作方面具有無可比擬的優(yōu)勢，使得它在汽車行業(yè)的應(yīng)用越來越多。作為高校畢業(yè)生，在步入社會的同時(shí)，在我國嚴(yán)峻的就業(yè)形勢下，必然面臨著嚴(yán)酷的就業(yè)壓力，只有不斷的提升技能，才能更好的適應(yīng)社會的發(fā)展。此時(shí)3D打印未來工業(yè)發(fā)展的新興技術(shù)，如果學(xué)生能在學(xué)校認(rèn)真掌握號其技能，在未來就業(yè)時(shí)畢業(yè)更加受到企業(yè)的青睞。目前廣大高職院校除了少部分以外，處于時(shí)間、成本、以及師資的限制，大部分院校對于3D打印的學(xué)習(xí)深入度較潛，和企業(yè)的要求形成了一定的差距，所以目前高職院校的汽車專業(yè)要充分利用號各種手段提高學(xué)生對3D打印的掌握。

四、結(jié)束語

隨著我國工業(yè)的不斷進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，以及人民對生活品質(zhì)的要求不斷提高，未來的汽車行業(yè)肯定還會不斷的進(jìn)行發(fā)展，且汽車行業(yè)的發(fā)展未來會向著品牌化和設(shè)計(jì)個(gè)性化方向發(fā)展。隨著3D技術(shù)不斷的完善和提升，它在汽車行業(yè)的應(yīng)用必然越來越廣泛，通過全球3D 打印報(bào)告在汽車行業(yè)的應(yīng)用情況來看，在2017年每年都依靠百分之二十八的速度進(jìn)行遞增。我國高職的汽車專業(yè)教育必須要緊隨時(shí)代發(fā)展的步伐，在教學(xué)過程中加大3D打印技術(shù)的教學(xué)力度，才能適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展對本專業(yè)高職教學(xué)的要求。

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