基于激光加工技術(shù)的創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目研究

朱雪明 曹剛 王鳳華

摘要：結(jié)合國(guó)家“大眾創(chuàng)業(yè)，萬(wàn)眾創(chuàng)新”的戰(zhàn)略規(guī)劃，我國(guó)高校作為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的主陣地，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)責(zé)無(wú)旁貸。激光加工類的實(shí)訓(xùn)教學(xué)課程基于其加工對(duì)象廣泛，加工效率高，加工操作簡(jiǎn)單等特性十分適合在高校里配合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的開展。摸索激光加工創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目，對(duì)促進(jìn)高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育具有積極意義。

關(guān)鍵詞：激光加工，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，工程訓(xùn)練

0引言

隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)的高等教育已由20世紀(jì)末的快速發(fā)展轉(zhuǎn)到現(xiàn)在的穩(wěn)定發(fā)展時(shí)期，我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展對(duì)高等教育的人才培養(yǎng)質(zhì)量也提出了新的要求。根據(jù)教育部2013年提出的《關(guān)于完善本科學(xué)校設(shè)置工作的指導(dǎo)性意見》，對(duì)于工程訓(xùn)練中心及其教學(xué)定位“工程訓(xùn)練中心要象高校的圖書館、體育館一樣，成為一種常態(tài)化的教育資源[1]?！?/p>

工程訓(xùn)練中心作為學(xué)校的工程素質(zhì)教育平臺(tái)，其在成立之初的既被賦予了“第二課堂”“實(shí)踐操作基地”等職責(zé)，而在“大眾創(chuàng)新、萬(wàn)眾創(chuàng)業(yè)”“中國(guó)制造2025”以及新一輪“互聯(lián)網(wǎng)+”的時(shí)代浪潮中更好的為學(xué)生服務(wù)，做好學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的“抓手”和“臺(tái)階”將是新時(shí)代工程素質(zhì)教育的關(guān)注重點(diǎn)。

隨著人類社會(huì)發(fā)展，新時(shí)代創(chuàng)新成果已由“摘果子”似的創(chuàng)新演變?yōu)樵诂F(xiàn)有技術(shù)或產(chǎn)品的基礎(chǔ)上通過對(duì)于不同技術(shù)或?qū)W科的交叉實(shí)現(xiàn)的“組合式”創(chuàng)新。在這個(gè)創(chuàng)新過程中，作為創(chuàng)新主體的人所了解或掌握的知識(shí)和技術(shù)就顯得尤為重要。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)將成為學(xué)生創(chuàng)新教育的基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)，在這個(gè)過程中學(xué)生通過對(duì)于新知識(shí)，新技能的學(xué)習(xí)會(huì)初步掌握創(chuàng)新思維和創(chuàng)新方法，為后續(xù)創(chuàng)新能力的提升打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1激光加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

激光加工技術(shù)的主要特點(diǎn)是由激光器產(chǎn)生較大功率的激光束，通過對(duì)材料表面的集中照射產(chǎn)生大量熱能來(lái)去除材料的加工方式，自20世紀(jì)60年代問世后就廣泛應(yīng)用于通信、測(cè)量、醫(yī)療及加工制造等行業(yè)。經(jīng)過多年發(fā)展，目前已經(jīng)應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐中的激光加工技術(shù)主要有激光切割、激光打標(biāo)、激光焊接及激光表面處理等[2]。

激光加工的原理特性決定了其具有非接觸、高精度、高效率及可加工復(fù)雜形狀的特點(diǎn)。由于激光加工的非接觸特性，所以沒有“刀具”的概念，在加工時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形。所以激光加工在加工復(fù)雜的薄片狀零件時(shí)具有很大優(yōu)勢(shì)，例如大型集成電路板的雕刻與切割，市面上主流的激光雕刻機(jī)可以在線寬15～25μm槽深5～200μm的范圍內(nèi)以200mm/s的速度進(jìn)行加工，且不會(huì)造成電路板的變形及破裂。

2激光加工實(shí)訓(xùn)課程設(shè)置中對(duì)于創(chuàng)新教育的體現(xiàn)

激光加工實(shí)訓(xùn)課程主要分為以下幾個(gè)層次，如圖1所示。

（1）日常實(shí)訓(xùn)教學(xué)，面向?qū)ο鬄樗械湍昙?jí)學(xué)生，學(xué)生多為初次接觸激光加工手段。課程以基礎(chǔ)理論講解和激光設(shè)備簡(jiǎn)單使用為主，通過指導(dǎo)學(xué)生使用設(shè)備，對(duì)于激光加工的特點(diǎn)與加工能力有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。

（2）綜合創(chuàng)新課程，面向?qū)ο鬄楦吣昙?jí)理工科專業(yè)學(xué)生，學(xué)生已接觸過激光加工。課程內(nèi)容主要是通過項(xiàng)目作品的制作來(lái)進(jìn)行，學(xué)生需要使用包括激光加工在內(nèi)的多種手段，按照教學(xué)目標(biāo)通過團(tuán)隊(duì)合作的方式來(lái)制作某些機(jī)電結(jié)合的項(xiàng)目作品。

（3）社團(tuán)創(chuàng)意課程，主要針對(duì)木創(chuàng)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等學(xué)生社團(tuán)，社團(tuán)學(xué)生可以在前期掌握激光加工設(shè)備的基礎(chǔ)上通過發(fā)揮自己的創(chuàng)意制作創(chuàng)意作品。

（4）競(jìng)賽項(xiàng)目應(yīng)用，工程訓(xùn)練中心一般定位為學(xué)校的“實(shí)踐教學(xué)基地”，每學(xué)期都有大量學(xué)生參加各類學(xué)科競(jìng)賽，在這個(gè)參與競(jìng)賽的過程中，鼓勵(lì)學(xué)生通過自己操作包括激光設(shè)備在內(nèi)的各種加工設(shè)備制作作品參加比賽，如圖2所示。

3基于激光加工的各類創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目

3.1 木質(zhì)國(guó)風(fēng)書簽

在木創(chuàng)社團(tuán)的社團(tuán)活動(dòng)中，指導(dǎo)老師結(jié)合該激光加工的特點(diǎn)，給定了結(jié)合手工木作和激光加工來(lái)制作木質(zhì)書簽的選題方向。根據(jù)題目，首先要求學(xué)生以小組發(fā)揮創(chuàng)意來(lái)確定初步方案，然后通過學(xué)生小組交叉評(píng)審及投票來(lái)選定制作方案。根據(jù)設(shè)計(jì)方案，學(xué)生需要制作出具有本小組特色的木質(zhì)書簽，如圖3。

在制作過程中，通過老師的指導(dǎo)，學(xué)生需要掌握如CAD、RDWORKS等圖形繪制及激光加工軟件，以及簡(jiǎn)單的木作技巧，例如木材的開料、打磨、拋光等技藝。設(shè)計(jì)過程學(xué)生需要考慮材料的形狀特點(diǎn)，以及各種裝飾的圖案或者文字，并且需要兼顧考慮作品的美感。例如材料打磨出來(lái)后，為了保持輪廓的清晰則需要對(duì)材料的邊緣進(jìn)行切割以及某些花紋的設(shè)計(jì)需要適當(dāng)超出材料邊框等。

在設(shè)計(jì)過程中學(xué)生除要求熟練運(yùn)用各種繪圖工具外，對(duì)于學(xué)生的創(chuàng)意以及技能的熟練程度都有一個(gè)綜合性的要求，經(jīng)歷了此過程，學(xué)生將對(duì)設(shè)備的加工能力、材料的特性等都有了一定的了解，將有利于學(xué)生創(chuàng)新綜合能力的培養(yǎng)。

3.2 創(chuàng)意小盒子

針對(duì)非金屬激光加工的設(shè)備特性，設(shè)計(jì)此項(xiàng)目作為綜合創(chuàng)新課程的激光加工訓(xùn)練項(xiàng)目。在項(xiàng)目中，學(xué)生根據(jù)設(shè)備能力、材料厚度、作品外形等條件設(shè)計(jì)各塊板材的外形尺寸、卡口位置及厚度等內(nèi)容。例如，如果選用3mm的木芯板作為制作材料則兩塊板之間的卡口尺寸應(yīng)選擇3mm，同時(shí)考慮到激光加工的切縫，此卡口尺寸選擇2.95～2.98mm之間為宜，加工圖例如圖4。

作品雖小，但所有問題均是基于實(shí)際對(duì)象提出，學(xué)生在制作過程中會(huì)利用所學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際問題，在此過程中學(xué)生會(huì)涉及到諸如材料利用率方面的成本問題，也有不同板材厚度導(dǎo)致的卡口尺寸配合的工業(yè)問題[4]。通過對(duì)于這些實(shí)際問題的解決，訓(xùn)練了學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力，制作成品如圖5。

4結(jié)語(yǔ)

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)除有創(chuàng)新的思維外，還要有相應(yīng)的技術(shù)能力。而激光加工技術(shù)的應(yīng)用門檻相對(duì)較低。學(xué)生通過對(duì)于設(shè)備操作知識(shí)的簡(jiǎn)單學(xué)習(xí)，再結(jié)合他們前期所學(xué)的理論知識(shí)，既可以將各種創(chuàng)意變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。通過理論、設(shè)計(jì)、創(chuàng)新這一過程，學(xué)生積累了對(duì)于實(shí)際工程問題的解決能力，并培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維。通過此類實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的開展，學(xué)生對(duì)于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)過程有了系統(tǒng)認(rèn)知，這將十分有利創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的推廣和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 梁延德.我國(guó)高校工程訓(xùn)練中心的建設(shè)與發(fā)展[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013，30（6）：6-8.

[2]馮巧波，尹鐵路，沈坤全，等.激光加工在工程實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2015，34（4）：206-208，220.

基金項(xiàng)目：武漢市教育局2019年市屬高校教學(xué)研究項(xiàng)目“木藝與激光加工相融合的工程訓(xùn)練課程實(shí)踐研究”（2019054）；江漢大學(xué)通識(shí)教育改革研究專項(xiàng)項(xiàng)目“基于先進(jìn)制造技術(shù)的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)模式研究”（2019X023）

（作者簡(jiǎn)介：朱雪明，江漢大學(xué)工程訓(xùn)練中心碩士研究生，研究方向?yàn)閿?shù)控技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)）