3D打印体验室建设方案成都机电工程学校0809.docx

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3D打印体验室建设方案成都机电工程学校0809

3D打印体验室建设方案（成都机电工程学校）20180809

D

引言

本项目方案是基于《中国制造2025》对3D打印技术的需求和XXXXXXXXXX学校专业建设的发展，结合与贵校相关领导和老师的沟通而撰写的，旨在为贵校的3D打印技术专业建设提供一种方案建议和介绍。

本项目方案简述了合作方对本项目的初步理解和意见，并介绍了该项目的建设思路和可能采用的方法与步骤。

本项目方案中的内容仅属于初步的设想，尚需得到贵校的认可。

合作方将很高兴能与贵校就本项目的开展和实施进行进一步的讨论和论证。

1、专业建设背景

1.1行业发展趋势

新一代信息技术与制造业深度融合，正在引发影响深远的产业变革，形成新的生产方式、产业形态、商业模式和经济增长点。

各国都在加大科技创新力度，推动三维（3D）打印、移动互联网、云计算、大数据、生物工程、新能源、新材料等领域取得新突破。

基于信息物理系统的智能装备、智能工厂等智能制造正在引领制造方式变革。

增材制造（AdditiveManufacturing，AM）技术是通过CAD设计数据并采用材料逐层累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除（切削加工）技术，是一种“自下而上”的材料累加制造方法。

自20世纪80年代末，增材制造技术逐步发展，期间也被称为“材料累加制造”、“快速原型”、“分层制造”、“实体自由制造”、“3D打印技术”等。

3D打印也常用来表示“增材制造”技术。

狭义的3D喷印是指采用打印头、喷嘴或其他打印技术沉积材料来制造物体的技术，这些增材制造设备相对价格较低，总体功能较弱。

从更广义的原理上来看，以三维CAD设计数据为基础，将材料（包括液体、粉材、线材或块材等）自动化地累加起来成为实体结构的制造方法，均可视为增材制造技术。

增材制造技术不需要传统的刀具、夹具及多道加工工序，利用三维设计数据在一台设备上可快速而精确地制造出任意复杂形状的零件，从而实现“自由制造”，解决许多过去难以制造的复杂结构零件的成形，并大大减少了加工工序，缩短了加工周期。

而且越是结构复杂的产品，其制造的速度优势越明显。

近20年来，增材制造技术得到了快速的发展，增材制造原理与不同的材料和工艺结合发展出了许多增材制造设备，目前已达到20多个种类。

这一技术在各个领域都获得了广泛的应用，如电子产品、汽车、航空航天、医疗、军工、地理信息、艺术设计等。

增材制造（3D打印）技术被认为是“一项将要改变世界的技术”。

英国《经济学人》杂志认为增材制造将“与其他数字化生产模式一起推动实现第三次工业革命”。

2013年麦肯锡发布“展望2025”，而增材制造被纳入决定未来经济的12大颠覆技术之一。

增材制造技术为我国制造业发展和升级提供了历史性机遇。

增材制造可以快速、高效地实现新产品物理原型的制造，为产品研发提供快捷技术途径。

该技术降低了制造业的资金和人员技术门槛，有助于催生小微制造服务业，有效提高就业水平，有助于激活社会智慧和资金资源，实现制造业结构调整，促进制造业由大变强。

（1）为创新、创业开拓了巨大空间。

3D打印适用于复杂形状结构、多品种、小批量的制造以及众多领域的应用。

人们可以通过拓扑优化设计及多材料制造功能梯度结构，最大限度地发挥材料的功能，为许多装备设计和制造带来颠覆性进步，使设计摆脱了传统技术可制造性的约束，给创新设计释放了巨大的空间。

（2）崭新的生产组织模式为创业提供了无限商机。

增材制造带来集散制造的崭新模式，即通过网络平台，实现个性化订单、创客设计、制造设备，乃至资金的集成规划与分散实施，这一生产模式可以有效实现社会资源的最大发挥，为全民创业和泛在制造提供技术支撑。

（3）促进学科交叉研究的革命性发展。

发展微型冶金试验平台，应用于材料基因研究，创造新合金材料。

可以通过细胞打印、组织工程，发展器官再造，通过建设干细胞试验台，快速、高效进行干细胞诱导试验，发展基因打印，为生命学科发展提供跃进式发展。

（4）为我国制造业发展和升级带来重大机遇。

3D打印是产品创新的利器，已经成为先进开发模式。

而生产能力过剩，产品开发能力严重不足，是我国制造业发展的瓶颈。

将3D打印迅速在各个领域推广应用，是发展高技术的服务业，实现制造业结构调整和促进制造业由大变强的重要手段。

1.2人才需求分析

3D打印作为一项具有广泛前景的制造技术，一定要将应用市场打开才能真正实现发展。

人才严重短缺也制约了3D打印技术的发展。

为此，世界3D打印技术产业协会和中国3D打印技术产业联盟充分发挥遍布全球3D打印行业的专家资源、企业资源，创建了全球首家3D打印技术产业研究院，系统性开展3D打印教育培训工作。

中国工程院院士戴尅戎对记者表示，当前3D打印产业在飞速发展的同时，人才问题是很大的瓶颈，有了人才，中国的3D打印行业就有了希望。

目前，3D打印人才需求非常旺盛，3D打印会员企业和用户企业的需求至少有5万人的缺口，为此，中国3D打印技术产业联盟已经在大力推进教育培训工作，目前已经与广东等6个省市签署授权合作协议，计划在年底前完成30个省市的全国布局。

因此，怎么样快速建设具有前瞻性的专业与人才培养制度，是学校当前的一个非常重要的举措之一。

而培养3D打印专业的人才，将为大量涌现的3D打印企业输送源源不断的人才，达到校企合作共赢的最终效应。

1.3专业建设要求

专业建设是职业学校的生存基础，专业的设置只有服务于当地经济建设的需要专业才能够生存，前瞻性是专业发展的条件。

3D打印技术与设计，是今后几年经济市场新的增长点，谁占有先机，谁就占有未来的市场。

我国作为传统制造业大国和人口大国，正处于信息化和工业化进行深度融合、工业转型升级的关键时期，制造企业的数字化、信息化改造都需要大量的熟悉先进制造技术的操作人员。

国家大力发展3D打印技术的各项措施和政策的出台，使得许多大企业、民间资本、风险投资都看到了3D打印技术潜在的巨大市场机会，无论是工业级应用还是民用市场应用，3D打印行业都将迎来大的发展机遇。

作为提供3D打印服务的各类企业，都将面临大的人才需求，这也为从事3D立体设计与打印技术专业学习的学生提供了巨大的就业和创业机会。

为了贴合社会需求，学校开设相关课程就显得尤为紧迫。

作为突出实用技能培养的技工教育，面对国内制造业技术进行大变革的今天，开设3D立体设计与打印技术这个专业，明确应用领域的培养目标，提前为该产业的大发展做好应用型技能人才的培养，就显得十分必要，也是可行的。

根据市场发展的需求，依托我校数字媒体技术应用专业的深厚功底、结合电子技术应用和电气技术应用两个专业的优势资源、优质的师资力量、先进的实验室配备，学校计划新开设3D立体设计与打印技术专业，并且作为一个品牌进行打造，为经济发展尽一份社会责任，也为3D打印技术应用人才的培养贡献力量。

1.4专业定位

3D打印技术专业将立足于本地区的3D打印业，紧跟3D打印行业产业升级的步伐，顺应3D打印企业对人才技能要求不断提高的趋势，培养具备良好的职业道德、敬业精神、合作意识和创新能力，具有3D打印设计、3D打印加工、3D打印检测和维修能力的技能型人才。

毕业生主要面对3D打印企业的一线生产岗位，能够完成3D打印上下游的一体化工作。

1.5存在问题

3D打印是一个新的产业，目前我校还没有积累相应的基础，需要借助外脑，利用省内优质的3D打印资源来协助我们开展相应的产学研工作。

因此存在诸多需要加强并改进的问题，具体主要表现在以下几个方面：

（1）人才培养模式需要逐步摸索

校企合作、工学结合的人才培养模式虽然已在学校各专业中积极探索，但仍存在一些不足之处，主要表现在：

一是企业参与度不够；二是人才培养的标准和规范未制定。

而3D打印做为新的产业，设置什么样的专业，开发什么样的专业课程都需要进一步摸索。

另外，怎么样和企业进行校企合作也是至关重要的一环，是否可以用其他专业的人才培养模式也是一个未知数。

（2）课程体系需要进一步改革

教育教学改革虽然取得了一定的成效，但符合职业能力成长的工学结合一体化课程体系需要进一步改革，教学资源需要加大建设力度。

（3）师资队伍建设有待进一步加强

学校目前还没有相应的3D打印专业的教室，怎么样培养一批专业的教师是教师队伍建设最为关键的一环节。

然后教师的新技术及复合能力怎么样进一步提高，企业实践能力怎么样提升，教师培训力度需要怎么样加强等等；都是师资队伍建设的重中之重。

（4）校企合作长效运行机制需要进一步深化

随着本地区经济社会的发展，产业转型升级，校企合作运行机制有待完善，不断提高3D打印技术专业群对产业的覆盖度，提高专业群校企合作的覆盖度，不断增加校企合作企业的数量，使之满足本专业的教学需求。

2、3D打印机在职业教育领域中的应用

（1）3D打印机在教学领域中的应用现状

3D打印机在欧美国家中的一个重要的市场就是职教领域。

其最先是应用在高职课堂，最近有报道称3D打印技术已开始进入中职课堂。

如今在英国3D打印作为学生们的手工课进入职业学校的课堂，通过电脑建模，学生可以随意打印出自己喜欢的产品；加拿大的莱斯布里奇大学开始使用3D打印机打印与工业相关的螺丝螺母进行课堂教学。

该校马罗教授认为使用3D打印技术可将平时学科中虚拟的抽象的概念通过具体的实物课程展示出来，有利于激发学生们的探索精神。

在美国则开展了PlayMaker职业学校项目，通过该项目使得3D打印技术在该学校作为一门核心课程。

学生们可以自己设计模型，并打印出来进行物理理论的验证。

在国内已初步开展了3D打印引入职业课堂的尝试，不过由于3D打印在成本，耗材等方面还有待进一步研究，3D打印技术在职业学校中还未得到大面积的普及和推广。

今年10月，我国同济大学航空航天与力学学院的师生采用最新的3D打印技术制造出微型飞机，并成功试飞。

这在我国尚属首例，充分展示了3D打印技术在教学研究领域中应用的可行性。

（2）3D打印技术在职业教育课程方面的应用

3D打印技术涉及了机械，材料，光电等众多学科。

而目前职业教育的相关课程的教学体系中还缺乏与3D打印技术相关的环节。

更多的情况是将3D打印技术作为一门培养兴趣的选修课向学生们介绍。

经过多年的发展，3D打印技术在某些方面比较成熟，有的方面还需要不断发展。

将3D打印技术引入到各个学科中将更好地促进3D打印技术的发展，也将更好地促使学生们掌握知识。

在职业教育计算机专业中，可以通过开设三维建模等相关课程，使得学生能够具备构建精致的三维建模的能力和水平。

以更好地把自己设计出的实用的模型投入到3D打印机中。

在职业教育材料专业中，由于3D打印机所需的材料比较特殊，一开始需要要以液体的形成储存在打印机，经过打印机的打印，将材料通过黏合生产出固态的物体。

使用此种材料的效果如何，成本如何都要仔细考虑。

因此3D打印需要什么样的材料是本专业学生要学习和研究的问题。

对于机械加工专业的学生来说，3D打印技术采用逐层叠加的原理进行生产。

因此如何提高生产的精度，稳定性，以及提高打印的效率都将是本专业学生要努力学习的地方。

（3）3D打印技术在职业教育课堂教学中的应用

在课堂上的实验教学中发挥着重要的作用。

用3D打印机可以根据教师的自己的需求打印出各式各样的课件，在各种不同的课堂里，可以尽情使用。

如介绍关于齿轮构造的时候，摒弃了通过传统的简单的二维图片，幻灯机展示，使用3D打印技术生产出多种不同类型的齿轮，在课上进行演示，这使得学生们更加直观地了解该物体，增强学生的动手能力。

如在中学中讲授几何体时，以前简单的长方体，圆柱体教师都可以找到合适的教具进行展示。

在面对复杂的多面体时，教师一般则只能悬挂图片进行表述，要求学生通过想象进行了解，随着科技的进一步发展，有教师运用多媒体课件，三维动画向同学进行展示。

而通过3D打印技术则可以将较为复杂的物体切切实实地呈现在学生面前，让学生们可以看得到，感觉到。

加深了学生的印象，激发了学生学习该课程的兴趣。

在高校中，如在一些航空航天专业，可以使用精密的3D打印技术打印出一些精细的零件供学生进行实验操作。

建筑专业的学生可以将自己设计的建筑模型打印出来，以便观察。

工程设计系的学生可以用它打印出自己设计的原型产品进行直接的观察。

数学系的学生可以将自己遇到的难题，打印出来进行研究。

（4）3D打印技术在职业教育领域中应用的优势

3D打印在基础教育中应用所带来的最明显的效果是特过呈现特定的物体，使学生获得了深度的感知。

对于那些没有足够标本的学校来说，这个优势更加明显。

同时相比于在市场上购买一个昂贵的标本工学生观摩，3D打印出来的产品则显得更节约，更符合课堂的使用。

同时3D打印机在教育中的使用，将会推动教育方式的变革，改革传统的教育模式，更有利于开发学生们发散思维，以提高他们的动手能力。

当讲学生们在脑海中抽象的想法用3D打印机去实现时，不仅能够提高学生的学习兴趣，而且还能够有效地培养他们的创造力。

3、3D打印技术专业建设方案

3.1学校概况

成都机电工程学校坐落在成都市东江新城纵十路，占地面积12万平方米，规划建筑面积14.4万平方米，现已建成6.8万平方米，学校地处市郊，交通便利，环境优美。

学校按照省一级学校标准建设，建有现代化的教学楼、办公楼、学生公寓、饭堂、多功能报告厅、400米塑胶跑道运动场、音乐室、舞蹈室、理化生实验室10间、计算机室6间、实训中心7200㎡、1000兆主干校园网和校园电视台，校园布局合理，设施完备。

学校师资力量雄厚，名师荟萃。

学校专任教师150多人，其中特级教师、高级教师20人，中级教师47人，研究生学历18人，学历达标率100%。

在国家、省、市教育部门及人力资源和社会保障部门的指导和支持下，学校充分发挥“职业教育、职业培训、职业技能鉴定和技术支持”的服务功能，面向广东及珠江三角洲地区培养职业技能人才。

3.2建设目标

进一步落实技工院校“瞄准市场、服务地方、强化技能、办出特色”的办学理念，依托模具制造技术专业，本项目将建成数字化3D打印技术中心，形成一个集教学、培训、技术服务为一体的综合实训平台。

以3D打印技术为特色，涵盖3D扫描、产品设计、逆向工程、实体呈现（3D打印）等功能，逐步建成和完善计算机辅助产品创新设计与3D打印体验展示平台，延伸计算机辅助产品创新设计的作用，具有示范和推广作用。

构建与3D打印企业岗位核心技能需求相适应为主线的一体化课程体系，形成突出职业岗位核心能力和职业素质的“校企合作、工学结合”人才培养模式；建设一支特色鲜明、结构合理、专兼结合的“双师型”师资队伍，把本专业打造成为依托惠州地区，辐射珠江三角洲地区的有影响力专业。

本项目建立的数字化工业设计3D打印技术中心将面向社会开放，我省市的学生都可以在本中心享受到与沿海经济发达地区一样的高技术，享受到3D打印技术为企业所带来的技术的革新，从而提高学生的创新能力。

3.3项目实施

3.3.1开展行业企业调研

成立学校、合作方、企业专家等相应人员组成3D打印技术专业建设项目组。

通过产业调研和需求分析，确定专业建设方向。

通过与3D打印行业协会合作，选取珠江三角洲地区具有代表性的3D打印企业进行人才需求调研，收集和分析3D打印专业的社会人才需求信息，为3D打印技术专业的专业人才培养目标定位、专业设置、课程开发等提供指导信息。

形成3D打印技术专业企业调研报告。

合作方联络相关3D类企业，作为本次调研的对象和需求依据

3.3.2学校、合作方确立合作意向，共建3D打印实训室

广州市文搏智能科技有限公司将与学校共建惠州市3D打印实训室。

广州市文搏智能科技有限公司，创建于2014年，作为广东省最早开发3D打印技术的单位，广州市文搏智能科技有限公司目前已成为广东省3D打印产业创新联盟副理事长单位，广东省人力资源研究会广东省校企合作与校校合作促进会副会长单位。

在广东省内建有自己的3D打印实践活动专用教室，面向多个行业积极推广应用3D打印技术，为国内职业教育、中小学校、企业，提供相关平台的策划与共建校企合作服务。

项目一经落成，广州市文搏智能科技有限公司将与学校共同铭牌，共建3D打印实训室，实训室具有对外培训和展示功能。

根据合作意愿，后续将与学校共建惠州市3D打印培训中心，共同开发针对教师、学生与社会人士的培训课程。

运用广州市文搏智能科技有限公司的资源，建成惠州市首家技工院校3D打印培训中心。

该中心可针对专业人士的培训，也可成为青少年的科普基地。

同时，3D打印实训室的建立通过企业和学校的双向交流沟通，确保实训室的建设方向符合制造业的实际要求，同时邀请企业高级技术人员培训老师，以保证教学贴近企业的岗位需求，做到学生所学知识和所练技能与企业的对接；

3.3.3专业建设

合作方协助引进若干知名专家（同时也是3D打印产业领域专家）及其团队，针对学校具体要求和产业实际需求设置课程体系，同时将提供部分课程教材素材，协助师资招聘和培训；

3.3.4校企合作

与3D产业联盟成员意向企业建立订单班，实现学生有实习和就业机会。

3.3.5校内专业群互动

学校老师和学生参与3D打印生产制造全过程，见证产品的产生，产品生产出来后，与本校其他专业互动交流（注：

动漫专业参与产品设计、部分设计产品已在相关销售渠道预销售等），部分学生可以参与部分产品销售（线上或线下，如淘宝网等）。

3.4、硬件建设

硬件是本项目的主体，良好的硬件环境是本项目的关键。

计算机辅助产品创新设计与3D打印技术科研开发实验展示平台对3D打印设备、成型工艺、材料性能评价等所需的设备和条件进行建设，是进行创新性实验的重要工具。

依据本项目建设内容：

建立一个涵盖逆向设计、三维建模、三维测量、3D打印的快速制造加工中心，所需的主要实验设备及配置如下：

（1）文搏智能超级助手155L（三合一）3D打印机数量12台

成型原理：

FDM（熔融堆积）

打印材料：

PLA

材料线径：

Φ1.75mm

打印尺寸：

155×155×205mm

设备尺寸：

308×340×425mm

推荐打印层厚：

0.04-0.25mm

移动速度：

50-100mm/s

喷嘴直径：

0.4mm

定位精度：

Z轴0.00025mm；XY轴0.0125mm

电源要求：

100-240V，50-60Hz

功率：

45W（非常省电）

激光器参数

（非金属激光）

激光功率：

500mW

激光波段：

405nm

（2）文搏智能桌面型3D打印机FDM-超值数量14台

成型原理：

FDM（熔融堆积）

推荐打印材料：

PLA

其他打印材料：

ABS、PETG

材料线径：

Φ3.00mm

打印尺寸：

255×225×255mm

设备尺寸：

403×422×532mm

打印层厚：

0.05-0.35mm

移动速度：

20-100mm/s

喷嘴直径：

0.4mm

定位精度：

Z0.001mmXY0.005mm

电源要求：

100-240V，50-60Hz

整机功率：

最高500W

（3）文搏智能桌面3D打印机LCD-超值数量2台

成型原理：

数字化紫外线光固化成型（LCD）

打印材料：

光敏树脂（普通、高韧性、类硅胶、类橡胶、耐高温、透明）

打印尺寸：

192（L）×120（W）×330（H）mm

设备尺寸：

420（L）×340（W）×705（H）mm

打印层厚：

0.01-0.2mm

分辨率：

2560×1600px

定位精度：

Z0.001mm

底层曝光时间：

10-60s

单层曝光时间：

3-15s

电源要求：

100-240V，50-60Hz

整机功率：

150-500W

（4）文搏智能快速3D打印机FDM-小藏龙4数量2台

成型原理：

熔融堆积（FDD）

打印材料：

光敏树脂（普通、高韧性、类硅胶、类橡胶、耐高温、透明）

打印尺寸：

610×458×610mm

设备尺寸：

1300×820×1600mm

打印层厚：

0.10-0.35mm

材料线径：

3.0mm

定位精度：

Z轴:

0.010mm;XY轴:

0.010mm

喷嘴直径：

0.8mm

设备重量：

330.0kg

电源要求：

100-240V，50-60Hz

整机功率：

1501600W

（5）3D扫描系统4套

三维扫描仪（3Dscanner）是一种科学仪器，用来侦测并分析现实世界中物体或环境的形状（几何构造）与外观数据（如颜色、表面反照率等性质）。

搜集到的数据常被用来进行三维重建计算，在虚拟世界中创建实际物体的数字模型。

这些模型具有相当广泛的用途，举凡工业设计、瑕疵检测、逆向工程、机器人导引、地貌测量、医学信息、生物信息、刑事鉴定、数字文物典藏、电影制片、游戏创作素材等等都可见其应用。

扫描精度：

≤0.10mm

单幅扫描速度：

<10s

空间点距：

0.17-0.2mm

转台全自动扫描：

220×220×210mm

数据格式：

STL、ASC、OBJ、PLY、VTX、OFF

相机：

300万像素彩色工业相机

光源：

白光（人眼安全）

扫描模式：

转台全自动扫描\自由扫描

（6）3D手持扫描仪2套

Sense拥有小巧的外形以及极高的捕捉能力。

无论是漂亮的蛋糕，还是全身像，都能在几秒钟之内就将数据转换成可以3D打印的文件。

Sense的扫描大小在0.2米到3米之间。

设备会自行调节扫描设置，分为小型扫描（46厘米以下）、以半身像为例的中型扫描（81厘米）、全身像或是场景扫描的大型扫描（183厘米以下）。

Sense扫描仪能够在进行新的3D扫描时，创建20000至400000个三角形态。

Sense扫描仪使用的是PrimeSense技术第一类激光扫描，能够保证眼睛不受伤害。

它拥有直观的用户界面，并且内置能够自动变焦、追踪、聚焦、剪裁、升级和分享工具，而且完全不需要设计经验。

Sense软件能够通过最终扫描图生成STL以及PLY（彩色）文件，可以直接在3D打印机上打印。

支持Sense3D扫描仪运行的系统是Windows7、Windows8、Windows8.1。

3.5设备采购场地建设及经费预算

单位：

元

序号

设备名称

品牌、规格型号

制造商

数量

单价

金额

说明

1

三合一多功能FDM-3D打印机

超级助手155L

广州市文搏智能科技有限公司

12

3000

36000

2

桌面3D打印机

FDM-超值

广州市文搏智能科技有限公司

14

7000

98000

3

桌面3D打印机

LCD-超值

广州市文搏智能科技有限公司

2

20000

40000

4

快速3D打印机

FDM-小藏龙4

广州市文搏智能科技有限公司

2

60000

120000

5

3D桌面扫描仪

Winbo

广州市文搏智能科技有限公司

4

12000

48000

6

3D手持扫描仪

Sense

2

5000

10000

7

线径3.0mm材料

PLA3.0mm1000g

广州市文搏智能科技有限公司

100

100

10000

8

线径1.75mm材料

PLA1.75mm1000g

广州市文搏智能科技有限公司

100

100

10000

9

光敏树脂材料

普通

广州市文搏智能科技有限公司

20

250

5000

10

Diy工具套

1）.DIY制作工具:

5