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3D打印技术与铸造工艺嵌入实训探索——以江苏海洋大学工程训练为例

发表时间：2020/8/5 来源：《基层建设》2020年第9期作者：钱小磊

[导读] 摘要：本文以理工科学生学习特点为切入点，介绍了3D打印技术与铸造工艺嵌入实训教学案例，提出了对实践教学改革的反思，借以助力本科院校办学向高质量发展。

        江苏海洋大学工程训练中心 222005
        摘要：本文以理工科学生学习特点为切入点，介绍了3D打印技术与铸造工艺嵌入实训教学案例，提出了对实践教学改革的反思，借以助力本科院校办学向高质量发展。
        关键词：理工科学生；铸造；3D打印技术；嵌入实训
        引言
        实践教学是本科教学改革的重要载体，3D打印等新技术的推广可以促进实践教学革新。以铸造工艺为例，理工科学生仅局限于使用铸范和已有模样完成实习目标是远远不够的。所以，本文通过实施3D打印技术与铸造工艺的嵌入实训方案，帮助理工科学生更高质量地完成系列实习课程。
        一、理工科学生的学习特点
        学习理科和工科的学生逻辑性强，学习方法有很好的条理性，对空间立体感把握准确，较能熟练使用相关三维建模软件，且动手能力较为熟练，不足在于缺乏一定程度创新思维，创造设计能力普遍不高，部分学生墨守成规，匮乏对工业体系文化的探索热情。
        目前江苏海洋大学工程训练中心在下半学年安排了机械设计、工程装备、过程控制和船舶制造4个专业10个班逾400人进行工程A类实习课程。结合2019年上半学年中心开展的第二届“工训杯”机械创新设计大赛的作品成果及学生反馈信息，提升各实习工种工艺与新技术嵌入融合实训水平势在必行。
        二、铸造工艺与3D打印技术融合通道
        铸造工艺常规流程：学生选取模样确定分型面、调砂铸设模范、布置浇铸通道和浇铸口、修磨铸件提交成绩。
        3D打印技术侧重于三维建模，在3D打印机特定软件内转换加工程序代码，控制打印轨迹，调准最佳模型位姿，逐层挤压成型。
        比较上述两种工艺技术，铸造侧重于制造实体（铝件），弱于设计。而3D打印技术强于设计环节，也包含了制造训练过程，但受材质（ABS、PLA等丝材）自身强度和韧性限制，修整后模型实体较脆，不利于后期重复使用。
        在对工程181班安排实习课程时，我们压缩了学生们常规铸造实训周期，让他们快速完成指定的铸件，对作品评价环节后置。第二步进入信息反馈课堂，每位学生总结作品并提出新的设计方案，班干部负责记录。自谈结束，对设计方案相同或类似的学生、愿意取长补短、尝试搭档组合和追求独自体验各设一组。由此，9个特色实习小组建立，人数1至5人不等，组长自定。

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        进入第三步，各组进入设计五人桌，绘制图纸，创建三维模型，指导教师负责把关模型的结构要求，并督促模型打印制造按时完成，在巡授中修护打印设备。
        第四步，所有小组重返铸造训练室，将已打印完成的模型作为新模样，再次完成新铸件的制造。指导教师强调铸造实训流程，分析影响因素如型砂比例等。各组修磨新铸件，比对已打印的模型，形成自评意见，制作自述PPT。
        最后，指导教师安排各小组依次自评（占10%），结合学生众评（占40%）和教师专评（占50%）打分。集中安排实习周期2.5天，在对接实训中，学生往返多个课堂，训练紧凑，环环相扣，建模水平高低关系新模样打印质量，打印成型后的质量决定了新铸件的强度等指标。
        三、嵌入实训的教学反思
        实施多工种对接实训，在推动实践教学改革有促进意义，也是挖掘和激励本科院校学生的学习主动性，高质量推进应用型大学建设发展的需要。
        总结对3D打印技术和铸造工艺融合嵌入教学实践，仍有以下三方面的工作经验亟需阐明。
        一是推动各实习小组人员搭档机制向合理、科学、具有核心实习特色等方面发展，进一步拓展小组成员工程体系意识和实践操作活力，此外还要规范并完善实习工作流等考核指标细化工作。
        二是倡导开展指导教师角色转换机制，由“主角”向“导演”切换，鼓励教师统筹实习全局，有步骤地、富有策略性的助力每位学生向实习目标靠拢，甚至超越实习目标，如组建项目化实践团队、鼓励大学生创新项目申报等。指导教师在巡视答疑解惑中，应充分展示自身工程素养、传播所积累的工程知识库，在讨论中与学生认知水平产生共鸣，熏陶学生。
        三是积极引入企业生产制度和管理文化，特别是高新技术产业，将4S、5S、7S车间管理制度与本高校实践教学实际相结合，以江苏海洋大学办学理念为旗帜，推动实习学生和指导教师共同树立全局观，深化对产学研合作建设的意识构建，在学校发展大局中认知并贯彻实践学习。
        参考文献
        [1]孙科学等. 面向新工科的工程实践教学体系建设与探索[J].实验技术与管理，2018（5）.
        [2]姜耀林，邵中魁.3D打印在快速熔模精密铸造技术中的应用[J].机电工程，2017.
        [3]王美等.基于3D打印技术的特色课程研究——以“3D打印创意工作室”课程为例[J].现代教育技术，2015（8）.
        作者简介
        钱小磊，男，硕士，助教，江苏海洋大学工程训练中心，研究方向：3D打印技术实践创新.