《3D打印技术与实践》教学大纲
课程英文名 | 3D Printing Technology and Practice |
学分 | 1 | 总学时 | 16 | 理论学时 | 6 | 实验/实践学时 | 10 |
课程类别 | 通识教育课程 | 课程性质 | 选修课 | 先修课程 | 无 |
面向对象 | 全校本科生 | 开课学院 | 工训中心 |
执笔人 | 郝隽 | 审定人 | 张松慧 | 制定时间 | 2022 年10 月 |
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一、课程地位
3D打印技术是一种以3D数字模型为基础，通过逐层打印可粘合材料（包括塑料、金属、生物材料等）方式来构造物体的技术，3D打印已经在日常生活、医学、工业生产中取得了广泛应用，谁掌握了3D打印核心技术，谁就掌握了未来制造业的发展趋势，本课程以设计与实践为主，通过对打印技术的学习，不仅让学生了解3D打印技术的现状，开阔学生的视野，丰富学生的生活，还能培养学生的创新思维，让学生在创新能力和动手实践能力上得到训练，学生可以在电脑面前完成三维建模设计，然后通过3D打印机完成制作，不需要复杂的工艺、庞大的机床就容易将创意、想象变为现实。课程实践通过对变速箱零件齿轮、拨叉等的打印与装配，让学生了解变速箱的基本工作原理，了解常用机械传动机构，从而锻炼学生逻辑思维能力和基本的工程素养，从中体会严谨的科学精神。
二、课程目标
通过本课程的学习，主要使学生了解除传统常规加工工艺外的一些特种加工技术。
1、了解3D打印的起源发展并让学生多了解世界先进制造技术，融入《中国制造2025》制造强国战略内涵，并通过增材制造技术带头人王华明院士事迹引导学生树立远大理想和爱国主义情怀，勇敢地肩负起时代赋予的光荣使命。
2、了解3D打印的基本原理，基本设备、材料选择、并具有操作、调试和维护快速成型设备的能力。
3、有选用成型设备、层皮数据处理及模型后处理的能力 ，能对一般三维模型进行相关软件间数据转换的能力。
3、掌握常用三维建模软件常用的操作命令与方法；掌握一般难度的产品的数字化设计过程；
4、了解基本的机械传动原理以及中国古代灿烂的机械文明
5、通过对立体空间的认识提高学生的学习兴趣，通过动手让抽象概念变成实物让学生形成积极主动的学习态度，通过小组打印装配培养学生团队协作能力以及严谨、踏实的科学作风。
三、课程目标达成的途径与方法
根据本课程特点，采取以学生自主设计、实操打印为主，结合课堂示范教学、课堂讨论等多种形式，并辅之以下列各教学手段和方法。
1、利用超星平台建立学生线上学习机制，超星平台上传每节课课程录播的内容与教学课件，便于学生课前预习课后复习。上传“中国古代的机械发明”、“王华明院士最新访谈：从歼-11B、C919到月壤3D打印，材料是创新的关键”、“大国重器”等视频让学生了解我们伟大祖国的过去和现在以及未来；并建立钉钉群与便于学生及时沟通，及时解答学生提出的问题；
2、课表教学通过PPT讲解和引入视频、动画等方式讲解3D打印的工作原理、主流技术及在在科研、教育、制造等行业中的应用。
3、通过现场教学方式让学生直观掌握3d打印机操作、调试、维护以及模型后处理工作。
4、通过学生亲自动手完成变速箱模型3d模型构建-零件打印提高学生动手能力与体验性。
5、通过个人零件最后小组装配，提高学生团队合作能力
四、课程主要内容与基本要求
第一章：3d打印技术的起源和发展
1.1 3D打印定义及概念
1.2 3D打印工艺的分类
1.3 3D打印的特点
通过本章内容的教学，使学生了解3D打印的起源与发展，掌握3D打印的基本概念及原理了解3D打印的应用概况。
第二章：3d打印技术工艺成型技术及常用的3d打印材料
2.1 LOM 3D打印技术原理及装备技术
2.2 SLA 3D打印技术原理及装备技术
2.3 FDM 3D打印技术原理及装备技术
2.4 3DP 3D打印技术原理及装备技术
2.5 SLS 3D打印技术原理及装备技术
通过本章内容的教学，使学生了解3D打印主流技术原理、特点成型材料及应用领域
第三章：正向及逆向零件的三维建模
3.1 计算机辅助设计技术
3.2 三维设计软件基本功能介绍
3.3三维扫描原理
3.4 以变速箱(伞齿轮、直齿轮、拨叉、挡杆、下箱体、上箱体、电机座等）为例进行3D模型设计
通过本章内容的教学，使学生了解三维模型的定义，了解三维模型的来源并能利用三维造型软件，进行简单零件造型设计
第四章： 3D打印机基本操作方法
4.1 3D打印机的组成、各组分的用途及操作方法
4.2 3D打印参数设定，模型导入
4.3 3D打印后处理工艺
4.4桌面3D打印机的维护
通过本章内容的教学，学生可以完成零件3D打印的基本操作、故障处理、日常维护及打印件的后处理。
第五章：3d打印综合实践
通过对变速箱零件的设计-打印-装配加强和巩固前面的理论知识，通过零件装配使学生认识基本的机械传动变速机构。
五、课程学时安排
章节号 | 教学内容 | 学时数 | 学生任务 | 对应课程目标 |
第一章 | 3d打印技术的起源和发展 | 1 | 1、课前利用超星平台观看“王华明院士最新访谈：从歼-11B、C919到月壤3D打印，材料是创新的关键” 2、讨论3d打印技术的特点及应用场合 3、学习王华明院士作为增材制造技术带头人多项科研成果以及他求真务实的精神。 4、课后利用超星平台观看“大国重器” | 课程目标1 |
第二章 | 3d打印技术工艺成型技术及常用的3d打印材料 | 1 | 1、了解3D打印主流技术工艺 2、能说出3D打印主流工艺的优缺点 | 课程目标1 课程目标2 |
第三章 | 正向及逆向零件的三维建模 | 4 | 1、掌握三维软件正向建模 2、了解逆向建模（扫描） | 课程目标3 |
第四章 | 3D打印机基本操作方法与维护保养 | 4 | 1、打印机调平 2、安装打印材料 3、添加模型 4、分层切片 5、添加支撑 6、开始打印 7、后处理 8、打印机常见故障排除 | 课程目标1 |
第五章 | 3d打印综合实践 | 6 | 1、根据零件图、装配图对变速箱体零件打印、装配、调试 | 课程目标3课程目标4 |
六、实践环节及基本要求
序号 | 实验项目名称 | 学时 | 基本要求 | 学生任务 | 实验性质 | 实验类别 |
1 | 3d打印机操作 | 4 | 1、了解3d打印基本原理 2、学会3d打印机的基本操作 | 了解3d打印机的组成、各部分用途及操作方法 并完成打印参数设定 模型导入，基本加工操作 | 综合 | 必做 |
3 | 3d打印产品（箱体、箱盖） | 2 | 1、通过零件设计、建模、打印掌握基本加工工艺 | 完成零件设计、建模、打印 | 综合 | 必做 |
4 | 3d打印产品（挡杆、电机支架、 | 2 | 1、通过零件设计、建模、打印掌握基本加工工艺 | 完成零件设计、建模、打印 | 综合 | 必做 |
5 | 装配 | 2 | 1、读懂装配图 2、了解装配精度、装配尺寸链等概念 | 根据装配图对变速箱体零件装配与调试 | 综合 | 必做 |
注：1.实验性质指演示性、验证性、设计性、综合性等；2.实验类别指必做、选做等。
七、考核方式及成绩评定
考核内容 | 考核方式 | 评定标准（依据） | 占总成绩比例 |
过程考核 | 到课率、课堂讨论发言、平时作业等 | 出勤签到表，课堂、课下作业完成情况 | 70 |
期末考核 | 实物制作+实验报告 | 1、作品结构的合理性，是否能实现基本功能 2、作品整体的完整性、美观性 3、实验报告的科学性和规范性 | 30 |
考核类别 | 考查 |
成绩登记方式 | 五级制 |
八、推荐教材与主要参考书
（一）推荐教材：《3D打印技术基础与实践》，杨琦，合肥大学工业出版社，
2018-09-01，1
（二）主要参考书：《解析3D打印机:3D打印机的科学与艺术》，Brian Evans， 机械工业出版社，2013-12-01，1
