增进3D打印技能培训课程建设 助推我国工业创新

　　3D打印虽已算不上新技术，但近几年突飞猛进的发展确常常给我们带来不小的震撼和惊喜，如近期报道：波音公司发布了首款采用3D打印技术制造的飞机引擎零件;美国打印出来的小型喷气发动机将被安装到一架遥控飞机上;俄罗斯技术集团公司以3D打印技术制造出一架无人机样机;美国旧金山的Divergent Microfactories(DM)公司推出了世界上首款3D打印超级跑车“刀锋(Blade)”。尤其是它和物联网一起被热议的所谓工业4.0寄以了极高的技术支撑。就如同当年的蒸汽机、电子计算机和互联网技术一样，3D打印技术对现代工业技术和未来人们的生活会带来怎样的改变都是不可估量的!

　　人们对3D打印已经不觉的新鲜，却不一定知道它的专业名称：增材制造。作为一项制造技术，3D打印不可能替代传统制造业，却有着传统制造业无法企及的优势：个性化、高难度、复杂技术等特性。3D打印是传统制造业的增益和补充，在前期设计、建模等阶段优势尤其明显。

　　3D打印技术在欧美发展得非常快，同时也被应用到不同的领域，比如可以打印不同类型的金属或者用不同颜色的塑料做成不同的模型，比如建筑模型。同时它也被应用到制造领域，你可以自己花5000～30000美元买一个3D打印机在家里打印一些东西。笔者自己从网上买过一个3D打印机，打印过一个火箭模型，比手工制作的传统模型便宜很多。在美国有些人还开办了3D打印商店，人们可以拿自己的设计到店里面打印。最近来自美国旧金山的Divergent Microfactories(DM)公司推出了世界上首款3D打印超级跑车“刀锋(Blade)”。

　　2015年8月21日下午，国务院总理李克强主持国务院专题讲座，讨论加快发展先进制造与3D打印等问题。主讲者是中国工程院卢秉恒院士，而“听众”还包括国务院副总理、国务委员，以及各部部长、央企、金融机构的负责人。第一会议室平日里是召开国务院常务会议、讨论部署重大政策的地方。今天，它变成本届政府首次“专题讲座”的课堂。这次专题讲座题目也很“潮”：先进制造与3D打印。

　　十八大以来，我国正加速经济结构调整，努力寻求企业的升级改造。近期的京津冀一体化新布局和我国“十三五”的创新驱动战略逐步成为新常态下，如何发挥我国工业整体综合性强的优势，利用好高校、科研单位众多人才，加快工业升级换代、自主创新，以及在我国经济第三次浪潮下的引领作用，3D打印技术的推广和开发无疑是其中的重要推手。

　　一、3D打印对工业革命的意义

　　2013年汉诺威工业博览会上，由“产官学”组成的德国“工业4.0工作组”发表了题为《德国工业4.0战略计划实施建议》，称物联网和制造业服务化宣告着第四次工业革命的到来，同时，也是德国政府《高技术战略2020》确定的十大未来项目之一，并已上升为德国国家战略，旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新。德国联邦政府投入达2亿欧元，借鉴德国版工业4.0计划，也是拟议中的中国制造业顶层设计——“中国制造2025”的既定方略。2014年10月10日，中国国务院总理李克强访问德国期间，中德双方发表《中德合作行动纲要：共塑创新》，宣布两国将开展“工业4.0”合作。2015年5月19日，国务院正式印发了我国实施制造强国战略第一个十年行动纲领——《中国制造2025》。《中国制造2025》剑指工业4.0。德国工业4.0项目主要分为两大主题：一是“智能工厂”，重点研究智能化生产系统及过程以及网络化分布式生产设施的实现;二是“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。

　　二、3D打印技术科研现状与趋势

　　近年来，“3D打印技术”似乎成了科技新闻报道中的高频词汇。前不久主题为“我国3D打印技术的现状及发展趋势”的西苑沙龙在京举行。国内外著名大学、研究机构及产业界的院士、专家、学者与企业家代表，各陈所学，互动交流。

　　3D打印其实是一个通俗、形象的概念，在学术界一般被称为增材制造、堆积制造、增量制造或快速原型制造。现在，这一技术是指基于离散材料逐层堆积的成形原理，依据产品三维CAD模型，通过软件与数控系统将特制材料逐层堆积固化，制造出实体产品的数字化制造技术。这是一项融合了计算机软件、材料、机械、控制、网络信息等多学科知识的综合性、系统性的技术。

　　上世纪90年代是3D打印技术蓬勃发展的时期，至少有十几种新工艺和新系统设备先后面世，但3D的快速发展还是在美国总统奥巴马提出振兴制造业的战略之后。其发展现状可概括有几点：(1)从快速原型、工艺辅助等间接制造向零部件直接制造转变;(2)多学科交叉融合发展，3D打印应用领域不断扩大;(3)3D打印装备向产品化、系列化和专业化方向发展;(4)形成了相对完整的3D打印制造产业链，3D打印制造装备也从高端型向普及型快速转变。

　　我国3D打印技术与国外基本上同步启动、同步发展，国内3D打印技术科研水平也是位居世界前列，但与欧美还有差距。现已从当初的制造业逐步走向人们的日常生活中。未来几年，我国3D打印技术重点围绕高端工业产品和大众个性化消费产品两大类对象，加强3D打印有关的基础理论与成形微观机理、设计方法、关键工艺技术研究，高性能、高精度、高效率工艺装备研制，以及相关标准规范制定。在青岛，已成立中德工业4.0推动联盟。首届世界3D打印博览会也是在青岛举行的。

　　前不久，2006年诺贝尔物理学奖得主乔治·斯穆特(George Smoot)博士来了中国，新浪科技受邀对其进行了专访。此次斯穆特博士前来的主要身份，既不是诺贝尔奖获得者，也不是科普作家或者喜剧演员。2015年9月9日下午，乔治·斯穆特博士以投资人的身份出现在了清华科技园的一场发布会上，宣布与清华科技园孵化的3D打印机开发企业签约。除了获得2000万元人民币的天使轮融资之外，这家3D打印领域的初创公司还成了斯穆特在中国的第一笔投资。

　　三、3D打印技术目前的应用领域

　　3D打印产业发展的关键在应用，目前主要应用于：航天航空、汽车等零部件制造、生物医疗、建筑工程模型、工业模具制造、人造珠宝饰品等。随着3D工艺的研究开发及3D打印的普及，其应用领域会不断扩展。

　　四、3D打印技术目前面临的问题

　　中国工程院院士卢秉恒曾经感慨，我国的3D打印技术进步很快，但仍然落后于欧美，而落后的原因并不是研发时间晚了几年。国内企业在研发上投入少、底子薄、资金少，制约了研发投入。此外，政府的支持力度也不够。

　　3D打印在技术和应用上存在几个问题有待解决：第一，怎么检测。要作为产业，没有一个通用的检测方法可能不行;第二，性能的稳定性也需要检测;第三，尺寸精度也有待提高;第四，组织结构需要研究;第五，效率问题。

　　大家对3D打印还不太认识，了解的人少，直接影响了普及和应用。

　　五、增进3D打印技能培训课程建设的几点对策建议

　　目前，3D打印技能培训及课程设置在我国各类学校几乎还是空白的，各级懂3D打印技能的人才奇缺。各地各级政府和教育机构对此还没有足够的重视，甚至是还一无所知。

　　21世纪，拼的是技术创新，拼的是人才。人才的培养需要时间，需要有个周期。为了迎接新的工业革命的到来，为我国的“工业制造2025”，把3D打印列入学校课程设置，把3D打印技术培养列入高职高专学校技能培训计划就显得极为重要和迫切了。

　　1.为了3D打印在产、学、研、用全方位的发展，我国高职院校应与相关企业及科研单位联合进行3D打印技术开发，建立3D打印的打印材料研发基地，抢占3D打印的制高点。

　　2.在学生中加强对3D打印知识方面的普及工作，宣传国家和地方政府的相关扶持政策和指导规划，激发学生对3D打印技术的兴趣和热情。如：北京已率先启动了对发展扶持3D打印产业政策，3月3日北京科委印发了《促进北京市增材制造(3D打印)科技创新与产业培育的工作意见》，其中特别提出到2017年，培育出2～3家3D打印龙头企业，10家以上骨干企业。

　　3.校际联合、校企联合，教育相关部门牵头，积极争取组建地方3D打印协会，整合科研、打印企业和应用制造业等资源。还应定期或不定期的组织3D打印技术研讨会扩大影响，并适时牵头做制定行业规范的前期工作。2012年10月，中国3D打印技术产业联盟成立，这是世界上第一个该产业联盟。

　　4.结合“大众创业、万众创新”，在各类高校的“众创空间”指导和孵化以3D打印产业链相关的自主创业和技术人员的就业。

　　5.各地方教育部门应多在科研立项和资金资助方面鼓励教师及相关人员和单位做工业级的3D打印材料基础研发和生产，激励大家积极进行3D打印工艺、技术开拓和应用软件的开发，做好自主知识产权的保护。

　　6.在高校工业设计专业，特别是高职院校相关工科专业增设3D打印课程，适时开设其专业。在中学试点普及3D打印知识或开设手工课，筹备组织全市学生3D打印大赛，为迎接3D打印的快速发展储备人才。

　　7.美术、艺术类院校也应特别加强对学生3D打印技术、技能教学和培训。利用3D打印技术复原古代艺术品已有明显探索成效，用3D打印制作影视道具的相关院校和单位也正在积极筹划中。

　　作者：葛宝利 来源：教育教学论坛 2016年4期