3D打印相關專業的人才培養方案設計與課程開發

李玲芳+楊瑩

摘 要：3D打印技術被稱為第三次工業革命的引擎，在制造業的各個領域，3D打印技術的開展亟待大量人才。而國內對3D運用人才的培育還僅僅在萌發狀況，研發型的高級人才更是缺乏。針對這種現狀，該文對3D打印的人才培養需求進行了分析，并從3D打印相關專業的課程開發與設置、“雙師型”教師隊伍的培養方法以及3D打印人才的就業前景幾個方面出發，論證了在高等院校中系統開設3D打印相關專業的必要性，有助于推動在智能制造技術的支持下，高等院校教育教學手段與水平的發展。

關鍵詞：3D打印 人才培養方案 課程開發 雙師型

中圖分類號：G71 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）05（b）-0129-02

3D打印屬于快速成型技術，又稱為增材制造技術。基于設計對象的3D數字模型，通過連續的物理層疊加可粘合的材料（如塑料、金屬、生物材料等），逐層生成三維實體。隨著計算機技術以及打印材料的發展，3D打印在科研、教育、醫療及藝術設計等各領域均得到了快速發展。近年來桌面型3D打印機和打印耗材的成本有所下降，因此3D打印開始漸漸進入中小學教育、中職教育以及高等教育的課堂。學習與掌握3D打印技術和CAD設計軟件，可以有效培養學生的設計能力和創新思維，進一步拓展其就業范圍。

1 3D打印專業人才培養需求分析

1.1 3D打印專業的需求背景

1.1.1 第三次工業革命——中國制造業的新機遇

3D打印技術被稱為第三次工業革命的引擎[1]，全球制造業的競爭格局正悄然發生轉變，航空航天、地理信息、軍工、醫療、藝術設計和消費電子產品等多個領域，3D打印技術均在逐步改變其設計與生產的模式。中國近年來開始重視快速成型技術的發展，并從政策層面著力于推動其產業化。國家在《“十三五”國家科技創新規劃》第五章第三條《發展智能綠色服務制造技術》中明確提出[2]：開展高性能金屬結構件激光增材制造控形控性等基礎理論研究，攻克高效、高精度激光增材制造熔覆噴頭等核心部件，研發金屬、非金屬及生物打印典型工藝裝備，構建相對完善的增材制造技術創新與研發體系。

1.1.2 產品多樣化、個性化階段的來臨

產品個性化不僅僅包括式樣、功能、外觀、品質、包裝、設計，而且要延伸到產品個性化銷售和產品個性化服務理念。它是一種建立在完全滿足顧客個性化要求基礎上的產品，體現的是每位客戶的個性而不是企業的個性[3]。

1.1.3 分布式、網絡化、數字化、智能化生產是未來工廠的發展趨勢

傳統制造業基本上為勞動密集型產業，在人力成本不斷提高的今天，傳統制造業存在巨大的成本壓力。隨著計算機技術的發展，數字控制的生產模式將會逐步取代大部分的人工操作，而分布式、網絡化、數字化、智能化生產的智能工廠將成為未來工廠的發展方向。

1.2 3D打印的中國市場發展現狀

美國、日本、德國占據了3D打印市場的主導，尤其是美國占據了全球近38%的比重，如3D Systems、Stratasys等3D企業。而中國3D打印技術的發展時間較短，與國際水平相比還存在差距。目前，設備、材料、軟件等領域都能夠不同程度實現自給，但是激光器、軟件、材料等核心技術還依賴進口。而且與市場銜接度低，目前沒有產生較大的經濟效益。而中國的3D打印研發團隊主要集中于西安交大、華中科大和清華大學等高校，且企業規模普遍較小。此外，技術創新體系不夠健全，資源相對分散，缺乏大型公共服務平臺，也尚未建立成熟的產學研結合。

1.3 對3D打印專業人才的需求

3D打印技術的開展亟待大量人才，而國內對3D運用人才的培育還僅僅在萌發狀況，而研發型的高級人才更是缺乏。根據國家制作業信息化培訓中心的統計數據，當前中國對3D打印人才需求量很大，缺口約為800萬人，但是高校有關3D打印課程大部分較為粗淺，與前沿3D技術有差距，與市場運用需求也有距離。因此，從學校培養的3D打印技術人才還很難完全滿足企業的需要。

3D打印行業對人才的需求是分層次的。如打印應用服務需要具備工業設計、計算機軟件編程等能力的應用型技術人才；打印設備的研發生產則需要人員具備機械加工制造領域的豐富知識；技術研究和材料開發需要技術實驗團隊和高校培養的高學歷高層次專業技術人才。經過調研分析[4]，預計企業未來3D打印方面人才中：電子工程師約占5%，機電工程師約占10%，軟件工程師約占30%，應用工程師約占28%，售后工程師約占27%。

2 3D打印相關專業的人才培養管理

2.1 課程開發與設置

根據最新修訂的《普通高等學校高等高等教育（專科）專業目錄（2015年）》，部分專業設有“3D打印”“增材制造技術”方向，如機械制造與自動化專業（增材制造技術方向）、航空材料精密成型技術專業（航空產品3D打印）等。隨著3D打印行業的快速發展，在高等院校開設相關課程與專業已經勢在必行。

目前國內已有部分中職和高職院校開設了3D打印專業。如武漢職業技術學院在模具設計與制造專業開設了3D打印技術方向，湖南信息職業技術學院在激光加工技術專業開設了激光快速成型方向，廣州白云工商技師學院開設了3D設計及打印技術專業，為產品制造企業、3D打印服務公司、設計公司等提供技術人才。而在本科院校，在清華大學、西安交通大學、北京航空航天大學、華中科技大學等高校開設了相關專業并具備較強的研發團隊，而在普通的高等院校相關專業與課程的設置明顯不足。

課程是教育教學質量與特色的基石和保證，是學校教育、教學活動的核心。3D打印專業的課程設置應充分體現3D打印產業發展的特點，確保培養出來的學生能適應3D打印企業的相關要求。

高等院校的3D打印專業可以開設專業核心課和專業實踐課兩大類課程。其中，專業核心課程主要以突出培養專業核心能力為目標，兼顧綜合能力的延伸與擴展，包括機械制圖、機械CAD/CAM技術、機械設計基礎、機械制造工藝學、電子電工技術、公差配合與測量技術、電子電工技術、電機與電氣控制、傳感器與檢測技術、3D打印技術導論、3D打印材料等；專業實踐課程包括數控機床操作實訓、UG、ProE、Geomagic Studio、3D掃描技術及應用、3D打印設備的原理與維護、3D打印材料的功能使用、3D打印設計綜合實訓等課程。

2.2 “雙師型”教師培養

“雙師型”教師培養是高等教育中師資隊伍建設的重要組成部分，能否擁有一批高素質、高水平的“雙師型”教師隊伍，關系著我國高等教育的發展水平。高等院校需要大力培養既具備扎實的專業理論知識，同時又有較強的專業實踐能力，能夠勝任“理實一體化”教學任務的“雙師型”教師已經成為共識。

目前，相關院校3D打印專業的師資一般存在兩種來源：一是來自傳統機械制造或者相關專業領域的教師，但大部分沒有受過3D打印技術的資深培訓。二是來自于行業企業的教師，他們的實踐經驗相對豐富，動手能力強，但是專業理論知識卻又往往不夠全面。因此，建議高等院校可采用如下方案：（1）制訂并實施青年教師行業管理部門或企業實踐計劃，鼓勵青年教師下車間，增強實踐能力；（2）引進具有國際或國內工程背景、擅長3D打印研發、生產、服務的高水平的專業人才；（3）強化校企共建師資隊伍，最大限度地運用當地人力資源優勢，豐富高等教育師資類型，促進高等教育教師的可持續發展；（4）以學校師資為主，以企業培訓師資和社會外聘師資為輔，打造專兼結合的師資體系。

2.3 就業前景

系統學習了3D打印設備與技術的畢業生，掌握了3D建模與打印的知識與技能，具備打印技術應用能力，畢業后可在產品制造企業、打印服務公司、設計公司和其他3D領域企業擔任設計、技術操作、咨詢服務和管理等工作，也可以從事3D產品設計、三維掃描造型、打印設備維護與管理等。如更進一步深造，亦可從事打印材料的設計與研發、打印設備的改進與研發，或是3D打印在醫療、國防等行業的應用開發，諸如此類更高層次的工作。

總之，3D打印技術可廣泛應用于工程機械、汽車制造、裝備制造、輕工、電子信息、航空制造、醫學、農業等行業，3D打印專業的學生可在3D打印制造、工業產品設計、模具設計、裝備設計、產品質量檢驗、經營管理、售后服務等各領域施展所長，就業前景良好。

3 結語

通過對3D打印行業國內發展現狀以及人才需求背景進行了分析，說明了目前3D打印相關方向的人才的需求及今后的發展趨勢，也更加清晰地認識了企業和社會對3D打印專業人才在崗位、技能和素質等方面的要求。因此，在高等學校的相關院系開設3D打印專業勢在必行。構建基于職業競爭力導向的工作過程系統化的課程體系，打造專兼結合的教育理念新、工程能力強、教學水平高的雙師型教學團隊，建設集教學、生產、培訓和職業技能鑒定于一體的實訓基地，提高學生的職業競爭力，為國家提出的《 “十三五”科技創新規劃》的實現輸送既具備扎實的專業理論知識，同時又有較強的專業實踐能力的3D打印人才。

參考文獻

[1] 馮飛.第三次工業革命：中國產業的歷史性機遇[M].中國發展出版社，2014.

[2] 國務院.“十三五”國家科技創新規劃[R].2016.

[3] 胡子燕.產品個性化競爭的對策探討[J].粵港澳市場與價格，2008（6）：22-24.

[4] 張捷，顧海，孫健華，等.應用型本科人才培養新方向：3D打印技術[J].課程教育研究，2016（10）：37-39.