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释放设计自由度的新大陆,3D打印教育如何开展?

2020-06-30

根据教育部发布的《关于“十三五”期间 全面深入推进教育信息化工作的指导意见》,目前我国3D打印行业的专业人才缺口超过千万,制造行业对3D应用人才需求最大,缺口约为800万人,且需求还在不断攀升。
 
 
3D打印经历了30多年的发展走过了市场导入期,进入了快速发展期。不久的将来,人们将看到微型工厂,分布式制造成为制造业的常态。之前人类的资源被用来将许多商品从数百或者几千上万公里之外运送到我们手中,这样漫长的碳排放轨迹,我们对地球的资源浪费是不可持续的。环保,零库存,创新是3D打印技术对人类社会贡献的关键词。与3D打印技术发展对应的是,教育也被提上了重要的日程,开发3D打印教育成为能否将3D打印技术潜力运用到极致的前提。
 
 
增材制造(AM)的设计自由既是“福”也是“祸”。尽管许多人对增材制造的逐层制造所带来的自由像看到“新大陆”一样的感到兴奋,但同样大量的人最终被增材制造所提供的所有自由而感到瘫痪和无从入手-我应该从哪里开始?

 
▲ GF与3D Systems的联合品牌金属3D打印系统所制造的散热器
 
 
对于教育界来说,面临3D打印-增材制造所释放的设计自由度,目前许多工程专业的学生都将为所有这些自由而苦苦挣扎,因为他们的大部分课程都集中在解决问题,设计规范,满足要求和避免失败上。
 
 
对于制造业来说也在发生同样的事情,尽管表现方式略有不同。那些拥有20多年设计加工(或锻造或铸造)零件的经验的人,很难舍弃原有的知识来接受增材制造所释放的设计自由度。
 
 
你可以问一个人,“为什么是孔通常是圆的?”,然后看看他的反应。那么既然孔可以是任何形状,应该是什么形状?
 
 
问题就出在这里:我们习惯于设计(并教导)如此多的约束,以至于一旦这些约束被消除,我们通常就不知道从哪里开始。这是3D打印-增材制造教育需要深思的,我们如何教会人们塑造增材思维,发挥创造力?
 
 
为此面向功能导向的增材制造DFAM教育课程,需要有着精心的结构设计,国际上领先的做法是将DFAM分为两大部分来教授,一部分聚焦于3D打印的限制性(包括理解如何针对AM过程局限性的设计策略,例如,薄壁,悬垂,翘曲/变形,各向异性);另外一部分聚焦于3D打印所释放的设计自由度(包括利用AM进行创新的设计策略,例如,结构一体化,点阵晶格结构,拓扑优化 , 创成式设计,仿真)。
 
 
除了精心的知识地图与课程结构设计从内容与体系上的运营层面支持,在我们看来,我们国家还需要塑造一种增材思维文化。
 
 
如果将增材制造教育视为一次教育界的战略举措,那么仅仅依靠对3D打印持有热情的人员的推广是远远不够的,还需要从文化层面上进行长期的牵引。
 
 
举例来说,如果学生在增材制造方面获得广泛的鼓励与认可,在就业层面上获得更加充分的实习与深度了解3D打印发展前景的机会,深化学校与学生对增材制造的认知,减少学生就业风险,那么基于其本专业进行3D打印领域的学习动机就会增加,创意就会获得发扬。
 
 
工业界也发生同样的事情,在现有项目上使用AM进行创新的意愿如果获得鼓励,虽然没有人喜欢失败,但愿意拥抱失败并从失败中汲取教训的人也是推动界限和终身学习的人。这些人或许是企业中的占非常少数的人,这些人需要受到鼓励与支持,因为这些人对企业的创新能力与核心竞争力的发展具有极其重要的作用。
 
 

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