淺談快速成型技術對職業教育的影響

李青

摘 要：近幾年，隨著全球經濟的飛速發展，制造業競爭日趨激烈，產品更新速度不斷加快，縮短新產品的研發周期并降低成本以及產品制造技術的柔性尤為重要。目前，多數職業院校在認真調研人才需求的變化，及時調整人才培養計劃。本文重點從快速成型技術的優勢及其在職業院校專業發展中的意義等方面進行闡述。

關鍵詞：快速成型技術 職業院校 專業發展

20世紀90年代后，快速成型技術異軍突起，并作為一項先進制造技術迅速發展起來。快速成型技術作為制造業的一項關鍵技術，在提供新產品的設計及開發服務方面起著重要作用。西方發達國家普遍重視快速成型技術的發展，在將其應用于本國制造業的同時，還將其視為一個重要的技術領域，為其發展提供有力的保障。據調查，全國多所職業院校引進了快速成型的相關設備及技術，將這一新技術引入教學以適應社會對技能人才的需求變化。快速成型技術專業將成為職業院校中一個新興而又有巨大發展潛力的專業。

一、快速成型技術的意義及優勢

快速成型技術作為成組技術，以CAD模型為基礎，可以迅速生產所需零件或樣件，其在制造業的地位可與數控技術（CNC）相比肩。作為先進制造技術不可分割的重要組成部分，它是在CAD技術、數控技術、激光技術和材料技術等先進科技成果綜合應用的基礎上發展而來的。相比于傳統制造方法，快速成型技術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、數控成型系統的基礎上，用激光束或其他方法將材料堆積而形成實體零件。由于采用二維制造取代了繁復的三維制造，故而可以在沒有模具或工具的前提下生產零部件，并且可以不考慮其形體的任意復雜性。這對于生產效率和制造柔性來講具有極為重要的意義。

目前西方發達國家已經在汽車、電子制造技術、航天器制造、造船業、醫療衛生等領域廣泛使用快速成型技術。我國也在快速成型制造方面展開了大量的研究工作。激光快速成型技術作為重點科技攻關項目，在國家“九五”“十五”項目中均占有一席之地。

快速成型技術之所以能夠較快的發展并得到制造領域的廣泛認可，是因為該技術有無可比擬的優越性。

第一，為了達到使設計概念可視化的目標，一般采用快速原型的方法。選用計算機作為零件模型設計的重要輔助工具，可以大大縮短模型制造時間，進而明顯縮短了評估驗證設計結果所需的時間。

第二，它可以用簡潔的二維截面來替代繁復的三維形體，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雜性。

第三，在先進制造技術中，快速原型具有重要地位。在材料合適的條件下，在后續生產中可以使用該原型并產生需要的產品。

第四，在模具制造和精密鑄造行業，快速原型技術以其高效、經濟的特點被廣泛應用。與傳統制造方法相比，使用快速原型技術可以幾乎不必考慮零件復雜性帶來的制造難度，可以真正實現自由制造。

二、快速成型技術在職業院校教學中的發展

1.快速成型技術的應用有利于帶動傳統專業的發展

快速成型技術作為一項新興的技術有其獨特的優勢。以模型制作為例，傳統的手工模型制作精度較低，設計及制作的耗時較長，其外形與要求的逼真程度較低。運用快速成型技術制作則可以克服上述弱點。雖然快速成型技術比傳統手工制作的成本要高，但在新產品的快速開發要求較高的市場環境下，快速成型制作已經成為必然趨勢。

在職業院校專業設置中，快速成型技術必須與傳統的學科做好銜接。雖然快速成型技術是一個新興的領域，但它也不是孤立存在的。例如，在課程安排設置時，應做好基礎鋪墊工作，工程材料、繪圖設計及處理等都必須牢固掌握。快速成型技術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，又呈現出制造的多樣性。

掌握了快速成型這一技術可以更好地帶動傳統學科的發展，可以與傳統的機械制圖課程相結合，使傳統的課程煥發新的生機。引導學生在學習過程中將相關的制圖模型“打印”出來，原來依靠空間想象的知識可以清晰地呈現在眼前。對于復雜的機械設備的設計與更新，若僅僅依靠設計的數據模擬，也難以完美地展開設計。快速成型技術此時可以發揮出獨特的優勢。學生做好相關設計后可在幾個小時或幾天內，利用快速成型系統，實現圖樣或CAD模型到實物模型的轉換。在這個過程中，學生可以在原型設計的基礎上，對相關設計進行評定和功能測試，及時得到有效反饋。對于學生來講，此過程可以加深他們對產品的深入了解，優化加工生產方式和工藝流程。快速成型方法不但能夠增加速度、改善精度，并且可以在必要時候利用相關軟件進行完善和再驗證，降低不合格率，盡快發現、解決問題，使設計逐步達到盡善盡美。這些都是傳統教學模式無法比擬的。

快速成型技術在模具制造中也突顯出了強大的優勢。在快速成型技術的基礎上，綜合精密鑄造、粉末燒結或電極研磨等相關技術生產的實體模作模芯和模套，不但將生產周期縮短為傳統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。模具的幾何復雜程度越高這種效益越顯著。

目前醫學專業也是快速成型技術施展特長的廣闊領域。職業院校醫學專業越來越需要做好與快速成型技術的結合。例如，利用CT掃描和核磁共振圖像可以得到相關器官數據，并以此為依據制作模型，在頭部面部和齒科手術中具有重要的參考意義。在醫學領域，快速成型技術也可以為骨骼移植制作模板，為臨床醫學中長期困擾人們的“度身定做”的問題提供了較為有效的方法和制作手段。

2.快速成型技術在職業院校發展中存在的問題及應對措施

快速成型技術目前雖然受到了各大職業院校甚至是中小學的廣泛關注和發展，但是在推廣和普及過程中仍然存在諸多問題。當前，大多數快速成型設備及配套設施的價格還相對昂貴，雖然已經有一些項目積極地推進該技術在職業教育中的應用，但在整體上，快速成型技術在學校的普及還需要一個過程。同時，我國在這個新興領域的技術培訓與推廣方面，與其他國家相比還有差距，需要進一步推動新技術的學習，這需要教育行政部門、企業和學校共同努力。

第一，教育管理部門應加大政策引導和扶持，密切關注快速成型技術在我國各個行業中的發展及對人才需求方面的調研，為各職業院校發展該技術提供必要的支持和引導。

第二，職業院校也應積極與企業做好銜接，及時調整專業發展方向，培養社會需要的高技能人才，不斷加大對新領域的關注和支持，做好專業教師的培養工作。教師在整個發展過程中的作用不可忽視，一方面，教師是快速成型技術的使用者，可以將傳統教學中的要素轉化為個性化的教學模型；另一方面，教師要負責該專業的教學安排，引導學生掌握相關的知識，開展教學活動。這對教師提出了較高的要求，教師需要從技術和教學設計等層面進行學習和提高，做好領路人的角色。

縱觀快速成型技術的產生、發展的過程不難看出，該技術將繼續在職業教育領域大展身手。隨著該技術在職業院校中的應用，學生獲得的主體體驗更加真實、直觀。他們切實地參與到教學的各個環節，既是問題的提出者，也是問題的解決者。這種教學方式更有利于學生對傳統知識和新興知識的結合應用。而老師更像是他們的合作者，跟學生在探究的過程中一起成長。隨著社會的不斷發展，快速成型技術將逐漸滲透到各個領域。

（作者單位：淄博市技師學院）