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      3D打印职业化课程 建 设 方 案

      2018-08-30 14:23:09 来源: 浏览:1502 次

    【摘要】

    3D打印职业化课程

       

     

      

    北京三维博特科技有限公司

    20146


       

    1 方案背景: 5

    1.1 3D打印技术崛起 5

    1.2 3D打印发展与应用 5

    1.3 职业教育变革下的人才培养模式改革 6

    1.3.1 人才培养目标上的调整 6

    1.3.2 学生技能培养上的调整 6

    1.3.3 就业方向定位的调整 7

    1.3.4 鼓励学生自主创新,开拓专业应用领域 7

    2 方案概述 7

    2.1 设计类课程与3D打印技术的结合 7

    2.2 在教育行业的应用参考 8

    2.2.1 机械工程与模具设计 9

    2.2.2 建筑系学生打印建筑模型 9

    2.2.3 平面或珠宝设计 9

    2.2.4 工业、玩具或艺术设计 10

    2.2.5 考古文物修复 10

    2.2.6 汽车工程专业 11

    2.2.7 食品专业制造食品 11

    2.2.8 生物专业打印细胞 11

    2.3 3D打印职业化课程整体解决方案概述 12

    3 具体方案描述 12

    3.1 纸本教材 12

    3.2 教学电子资源 12

    3.2.1 教材 12

    3.2.2 教案 13

    3.2.3 课标 13

    3.2.4 工作页 13

    3.2.5 多媒体课件 13

    3.2.6 教学素材 13

    3.3 技术及师资力量的培训 14

    3.4 工程实训室建设 14

    3.4.1 3D打印机 14

    3.4.2 宣传资料与设备 14

    3.4.3 配套相关硬件 14

    3.4.4 工具及耗材 14

    3.4.5 环境建设 15

    3.5 3D打印课程及实训一体化教学平台 15

    3.5.1 课程文件信息化 15

    3.5.2 课程及实训视频 15

    3.5.3 实现在线教与学 15

    3.5.4 在线测试 15

    3.6 3D模型资源库 15

    3.6.1 分类 15

    3.6.2 内容 15

    3.6.3 素材截图 16

    4 方案优势分析 17

    4.1 实现设计类专业从设计到实物的转变 17

    4.2 整体解决3D打印职业化课程应用,拿来即用 18

    4.3 教学资源建设的配套完善,符合教育信息化 18

    4.4 远程实时监测系统,在线实时发现并解决打印故障 18

    5 CANVBOT 3D打印机参数说明 19

    5.1 CANVBOT 3D打印件展示 19

    5.2 FDM打印机 20

    5.2.1 产品外形 20

    5.2.2 CANVBOT   I1200MN型技术参数表 20

    5.2.3 CANVBOT   D900系列技术参数表 21

    5.3 DLP打印机 22

    5.3.1 产品外形 22

    5.3.2 技术参数 22

     


    方案背景:

    1.1 3D打印技术崛起

    看过由成龙主演的《十二生肖》的人,想必对这个场景印象非常深刻:那就是盗宝人JC(成龙饰演)戴了一个手套,手套上有很多传感器,把兽首摸一遍后,另一头的盗宝团队成员就立即打出一个一模一样的兽首模型来。这个能瞬间打印出十二生肖的机器,就是 3D打印机。

    3D打印技术是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术,被称为“具有第三次工业革命意义的制造技术”。运用该技术进行生产的主要流程是:应用计算机软件设计出立体的加工样式,然后通过特定的成型设备——3D打印机,用液化、粉末化、丝化的固体材料逐层“打印”出产品。3D打印综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识。3D打印机是3D打印的核心设备,它是集机械、控制及计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统,主要由高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等子系统组成。此外,新型打印材料、打印工艺、设计与控制软件等也是3D打印技术体系的重要组成部分。3D打印技术点燃了人们的热情,有人认为“只要一台电脑、一个创意设计和一台3D打印机,每个人都能成为制造商”。

    1.2 3D打印发展与应用

    3D打印技术被誉为是“改变世界的制造新技术”,是“增材制造”的主要实现形式。区别于传统的“去除型”制造,“增材制造”能简化产品的制造程序,缩短产品的研制周期,提高效率并降低成本。依托于多个学科领域的尖端技术。3D打印在消费电子、航空航天、车辆、家电、生物医学等领域得到了一定应用,对改善制造业的产品设计和制造水平起到了巨大作用,在工程和教学研究等应用领域也占有着独特地位;3D打印技术有助于节省能源,降低能源强度。该技术可以简化生产过程,重复利用副产品,制造轻工业产品,减少运输需求,因此非常有利于生态环境的保护。我国3D打印技术领军人物、北京航空航天大学教授王华明认为,现在3D打印这么热,可能与两大因素有关,一是美国总统奥巴马在重振制造业过程中,将3D打印列为重要发力点;二是英国权威机构将3D打印等数字化生产模式列为第三次工业革命的主要内容。

    随着3D打印技术的普及,大批量的个性化定制将成为重要生产模式,它与现代化服务业的紧密结合将衍生出新的细分产业,新的商业模式,创出新的经济增长点。3D打印技术可能带来的一大挑战,由于人们有了可以随时随地制造自己喜欢的产品的能力,他们将不再依赖于大量廉价生产的一模一样的产品,中国的制造业地位也将发生改变。中国工程院    院士卢秉恒说,3D打印的一大特点是“所想即所得”,只要能在电脑里设计出三维模型,3D打印机就能帮你实现。“这可以大大缩短新产品的开发周期,帮助中国企业从制造走向创造。”“未来三年国内3D打印技术市场规模可以达近百亿元,成为全球最大的3D打印市场。

    1.3 职业教育变革下的人才培养模式改革

    2014年3月份召开的“2014年度职业教育与继续教育工作会议”上,对未来职业教育发展提出了新的要求,明确了职业院校人才培养要由原来的单一技能型人才转变为技术技能型人才。新的发展要求,对职业院校的发展提出了新的挑战,如何加强理实一体化教学,培养技术技能型人才,成为摆在职业院校面前亟待解决的问题。

    1.3.1 人才培养目标上的调整

    教育行业在人才培养过程中一般都是从必需的文化基础知识和专业知识开始,具有从事彩色图像图形文字及多媒体信息处理、电子制版工艺、计算机应用和适应印前图文信息处理第一线需要的技术技能型人才。引入3D打印技术之后,可以将人才培养的目标范围进行延伸和扩大。培养不仅能从事设计、专业设备的使用操作,还能把虚拟的构想通过3D打印机立体的现实,实现了个性化的创新。

    1.3.2  学生技能培养上的调整

    培养目标的修改和调整,意味着对学生所需技能的培养也要做出相应的改变。首先,在制作环节,不能单纯地只培养学生的平面设计制作和平面排版的技能。应当加入三维建模技术和相关课程例如AutoCAD、ProE等三维建模软件的应用。其次,在实际操作环节不能只包含传统的设备的操作技能实训,应当引入3D打印机的实际操作训练。当然目前3D打印机的造价还比较高,在控制和生产管理、营销和业务管理方面可以加入更多与3D打印技术和最新的应用领域。能充分利用已有的生产管理和营销知识应用于3D打印行业中。

    1.3.3 就业方向定位的调整

     引入3D打印技术以后,学生的就业范围将扩宽到3D打印的材料、服务及业务;3D打印机的使用和维护,质量的管理;3D打印制品的销售与服务推广等等。调整后的学生就业面更宽广,职业技能更新,更贴合社会发展需要。

    1.3.4  鼓励学生自主创新,开拓专业应用领域

    目前的3D打印技术已经可以支持多种材料,广泛地应用到珠宝首饰、鞋类、工业设计、建筑、汽车、航天、牙科、医疗和美食等不同领域。根据应用目标的需求,可以使用的材料有树脂、尼龙、石膏、ABS、聚碳酸酯和食材配料等。3D打印机的快速成型技术使其在市场上独具优势,在生产应用中拥有巨大潜力。在这个新兴产业的发展链上会有很多的就业机会诞生,不管是材料的研制、销售,还是设备的改进和维护;不管是3D打印产品的营销,还是创意产品的设计;不管是印前的数字三维模型软件的应用,还是为专门产品作设计开发;这些都为会为我们的学生带来更多的技术创新和自主创业的机会和空间。

    方案概述

    2.1 设计类课程与3D打印技术的结合

    在我们传统的教学教育中,相信不少人都是过来人,对于课本上的理论太过难接受,没有兴趣,枯燥无味,应试教育让不少人都成了书呆子,真正学以致用的少之又少。

    3d打印的出现,可以改变传统的教学,让枯燥的课堂变得生动、有趣起来,3D打印课程是一种能让你同时拥有视觉和触觉的学习方式,具有很强的渗透力。3D打印技术已经成为当今全球最受关注的新兴产业技术之一,被誉为引领第三次工业革命最具标志性的生产工具,正在进入“高歌猛进”的发展新阶段。

    通过3D打印教学,在触觉学习中,学生不是在黑板或显示器上简单地看文字或图形,而是通过他们的触觉抓住核心概念的三维模型,这样能够吸收和消化知识,使学生不再遗忘所学的课程。英国著名教师戴夫怀特曾经说过:如果你能抓住学生的想象力,你就能抓住他们的注意力。

    3D打印技术作为引领第三次工业革命的先进技术,在越来越多的领域得到较好的应用。3D打印技术又名快速成型技术,可以将设计模型图转化为实物模型,和各类设计类专业结合,可以作为原设计类专业的延展课程开设,是对原有设计类专业课程的改革创新,非常好的贴合技术技能型人才培育模式改革,对原有设计类专业的课程是个很好的补充,完善了设计类专业课程开设的完整性,将最新科技应用到教学领域,让学生在工作任务的完成中学习,通过任务的完成得到学习的成就感和满足感,提升学习兴趣,有效促进教学水平和学习成果的提升。

    2.2 在教育行业的应用参考

     

    3D打印在教育教学中的作用如何,近年来美国政府已经以实际行动给出了答案。在美国《新媒体联盟地平线报告:2013年基础教育版》宣称“在未来4-5年3D打印技术将进入各级学校的教学、学习和创造性探究的主流应用。”,而现在几乎所有的大中小学已经开设了3D打印的课程,通过对青少年进行3D打印创新意识、技术手段的培养,3D打印成为“美国智造”的有力手段,成为中美制造业竞争的重要砝码。

    2.2.1 机械工程与模具设计

    机械工程与模具设计的学生可以用它打印出自己设计的原型产品;同时在模具行业有着较好的工业应用。比如:用3D打印来不断进行设计成型,避免不断试模的过程,确定设计后直接出模;少量的小规模生产,比如几十件产量的,可以用硅胶制膜,再用真空铸型机制造产品,与注塑机生产的产品完全一样。

     

    2.2.2 建筑系学生打印建筑模型

    建筑系的学生可以用它方便的打印出自己设计的建筑实体模型。


    2.2.3 平面或珠宝设计

    平面或珠宝设计系的学生可以用它来制作3D版本的艺术品。

     

      

    2.2.4 工业、玩具或艺术设计

     

    2.2.5  考古文物修复

    历史系的学生可以用它来复制有考古意义的物品,方便进一步的观察;考古专业的学生可以将3D打印应用到文物修复技术中,修复珍贵文物。

     

    2.2.6  汽车工程专业

    车辆工程的学生可以打印各种各样的实体汽车部件,便于测试。

     

    2.2.7  食品专业制造食品

    食品系的学生可以用它设计食物的产品造型。

     

     

    2.2.8  生物专业打印细胞

    生物系的学生可以打印出细胞、病毒、器官,和其他重要的生物样本。

     

    2.3 3D打印职业化课程整体解决方案概述

    考虑到设计类专业开课有可能会面临的问题,北京三维博特科技有限公司开发出3D打印职业化课程整体解决方案,从3D打印课程、3D打印实训室的建设、3D打印信息化资源建设三个方面,为需要开课的学校提供从教材、教学电子资源、技术及师资力量的培训、实训室建设、3D打印课程及实训一体化教学平台、3D模型资源库等全方位的整体解决方案,确保学校可以顺利开课。

    纸本教材:机械工业出版社出版,任务驱动型

    教学电子资源:教材、教案、课标、教案、工作页、多媒体课件、教学素材

    技术及师资力量的培训:提供教师的培训,引导教师如何讲授课程;同时提供技术培训

    工程实训室建设:3D打印机、配套相关硬件、工具及耗材、实训环境建设、宣传资料及设备

    3D打印课程及实训一体化教学平台:本课程的教育教学信息化,实现在线学习与实训

    3D模型资源库:机械设计、工业设计、建筑设计、艺术设计、汽车工程、动漫、航空航天

    具体方案描述

    3.1 纸本教材

    摒弃市场上目前的纯理论化教材体系,以实际任务导入教学,开创性的编制任务驱动型教材,学生在完成课程后,可以将所有的分解任务打印成型的零件组装成一个整体,形成自己的实训课程作业,提升学生的学习兴趣,增强动手能力,并能较好的将理论与实践相结合,在任务中学习相关知识点,知识掌握得更快、更牢固。

    3.2 教学电子资源

    3.2.1  教材

    纸本教材的电子版,提供WORD和PDF两种阅读格式,方便师生使用。

    3.2.2  教案

    教案是教师为顺利而有效地开展教学活动,根据教学大纲和教科书要求及学生的实际情况,以课时或课题为单位,对教学内容、教学步骤、教学方法等进行的具体设计和安排的一种实用性教学文书。教案通常又叫教学设计,包括教材简析和学生分析、教学目的、重难点、教学准备、教学过程及练习设计等。

    以任务驱动的教学法,更适用于3D打印课程,在教案中将以任务驱动贯彻始终,让学生在模拟工作中体验实际工作的成就和乐趣,以趣味性、多媒体技术手段加强学生学习兴趣和动力。

    3.2.3  课标

    课程标准是规定某一学科的课程性质、课程目标、内容目标、实施建议的教学指导性文件。通俗来说,所谓课程标准,就是对学生在经过一段时间的学习后应该知道什么和能做什么的界定和表述,实际上反映了国家教育部门对学生学习结果的期望和要求。

    3D打印课程在全国范围内基本属于新设课程,课程标准的设定非常重要,教师要和自己的专业紧密结合,将3D打印这项先进技术在本专业中的作用充份体现出来,将3D打印机在本专业的应用性发挥出来,真正的推进传统职业教育向现代化职业教育迈进!

    3.2.4  工作页

    教师可以采用工作页这一灵活的形式,通过编制工作计划、填写部件名称与序号、描述工作原理等项目的练习,使学生能在实践中牢固掌握3D打印的相关基础知识。

    职业院校的学生更注重职业技能的培养,工作页也顺应职业化培养方向的要求,完成一体化课程工作页的设计与制作,包括任务书、学习目标、教学活动流程、教学活动学习目标、指导问题、教学评价、互动环节设计等内容。    

    3.2.5  多媒体课件

    利用现代化多媒体技术手段,以图片、FLASH、音视频的方式多形式组织展现教学过程,让学生在模拟中学习、培养技能。

    3.2.6 教学素材

    多媒体课件中需要使用的各种图片、FLASH、音视频等小素材,内容丰富、数量有保证更能方便教师教学过程的组织与实施。

    3.3 技术及师资力量的培训

    提供教师的教学设计与技术培训,引导教师如何讲授课程;

    同时提供专业技术人员的技术培训;

     

    3.4 工程实训室建设

    3.4.1  3D打印机

    一般按每班学生1台/2人配比,实训时分两组,分别轮流完成任务,或者两人一个小组,共同完成任务; 

    3.4.2  宣传资料与设备

    ※3D打印宣传片

    ※3D打印展板

    ※3D打印使用手册

    3.4.3  配套相关硬件

    ※教师、学生桌椅

    ※教师、学生电脑(制作模型)

    ※教学大屏幕(教学用)

    ※投影及幕布(宣传用)

    ※3D打印件展柜

    3.4.4  工具及耗材

    ※打印件后期处理工具

    ※PLA、ABS、光敏树脂等打印耗材

    3.4.5 环境建设

    ※工程环境:顶面装饰、地面装饰、墙面装饰、教学间与工作间的隔断、电路改造、灯具、弱电网络建设、多媒体等

    3.5 3D打印课程及实训一体化教学平台

    本课程的教育教学信息化,实现在线学习与实训。

    3.5.1 课程文件信息化

    课程开发的所有文件数据化加工,建设3D打印课程库

    3.5.2 课程及实训视频

    高清录制课堂及实训视频,配合课程库使用,并可实现统一检索,方便校内师生使用

    3.5.3 实现在线教与学

    实现在线教与学

    3.5.4 在线测试

    实现教师在线教和学生在线学习、考试、实训

    3.6 3D模型资源库

    3.6.1 分类

    机械设计、工业设计、建筑设计、艺术设计、汽车工程、动漫卡通、航空航天

    3.6.2 内容

    机械零件及三维模型、交通工具零件、交通工具三维模型、建筑三维模型、人物三维模型、植物三维模型、动物三维模型、场景三维模型、日用品三维模型、设计类三维模型3D打印模型素材等

    3.6.3 素材截图

          

                埃菲尔铁塔                             城堡

              

    蝉                                    玫瑰花

          

    齿轮魔方                            异型齿轮

         

    老式音乐盒                            金原子模型

                

             圣诞树                                  雪花

    方案优势分析

    4.1 实现设计类专业从设计到实物的转变

    实现设计类专业学生课业成果的转变


        实际成果的展现,有效提升学生成就感,增加兴趣,加强学习动力。

    4.2 整体解决3D打印职业化课程应用,拿来即用

    从3D打印职业化课程、3D打印工程实训基地、3D模型素材库三个大的方面着手,整体解决教材、教学电子文档、师资和技术力量培训、教学实训环境建设、教学素材资源建设,真正做到让订购的院校拿来即可以应用开设3D打印课程,创新教学手段,让学生感受科技魅力,提升学习兴趣,引导创新意识,促进其理论实践相结合的综合素质培养。

    4.3 教学资源建设的配套完善,符合教育信息化

     3D打印课程建设服务体系是一个从课程开发、软硬件配套建设、技术及师资培训、教育信息化一体的课程体系建设方案。 其中,教学资源的配套完善,顺应国家的教育信息化导向,将信息化手段合理化应用入教学与实训,给教师提供教学资源文件,给学生提供实训素材资源库,并可以实现在线实训评价,系统自动统计学生提交作业的时间并排序,教师可以根据实训作品在线评分,实现在线实训评价,学期末可汇总每班级每个学生的实训成绩情况,实现实训过程信息化管理。

    4.4 远程实时监测系统,在线实时发现并解决打印故障

    3D打印机技术较为前沿,机械、软件控制、3D建模、材料学等

    多种科技相融合,师生在使用过程中,出现使用不良的问题导致打印不顺畅是正常的。

    为确保问题发现和解决的及时性,我们开发了远程实时监测系统,可在线实时发现并解决打印过程中出现的故障,实时在线指导使用,确保3D打印顺畅。

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