汽修專業(yè)課程教學(xué)中3D技術(shù)的應(yīng)用

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摘要：3d打印技術(shù)作為今年新興起的智能制造技術(shù)，目前在汽車工業(yè)、藝術(shù)品創(chuàng)作、醫(yī)療器械、航空等諸多領(lǐng)域已經(jīng)開始得到廣泛應(yīng)用。文章主要基于3D打印技術(shù)進(jìn)行汽車發(fā)動機(jī)教具方面的開發(fā)與應(yīng)用研究，通過選材、設(shè)備調(diào)試、模型建立和打印比例模型進(jìn)行裝配，實現(xiàn)在課堂上靈活運用，輔助教學(xué)，從而解決在一定程度上調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性，提高課堂教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：3D打印；發(fā)動機(jī)教具；教學(xué)；應(yīng)用

13D打印技術(shù)概述

3D快速打印成型技術(shù)是指快速成型打印技術(shù)的一種，它主要用一些數(shù)字模型或者文件使用來繪圖作為打印基礎(chǔ)，運用各種粉末狀的復(fù)合金屬或者彈性塑料等各種可快速粘合的成型材料，通過一層一層的快速打印各種方式使用來快速構(gòu)造矩形物體的一種打印技術(shù)。3D數(shù)字打印掃描技術(shù)已經(jīng)是“第三次工業(yè)革命”的三大核心技術(shù)其中之一，隨著現(xiàn)代人工智能工業(yè)制造打印技術(shù)的更進(jìn)一步的成熟發(fā)展?jié)u漸成熟，被廣泛的研究運用于各到電子汽車配件制造、航空航天和電子醫(yī)療保健產(chǎn)品等各個領(lǐng)域。發(fā)動機(jī)作為汽車核心部件，在汽車行駛中起到關(guān)鍵作用。因此，本文針對發(fā)動機(jī)實物模型在課堂理論講解中不便于攜帶、難搬運、難拆卸等問題，利用3D打印技術(shù)制作發(fā)動機(jī)相關(guān)零部件打印模型并設(shè)計教具，可實現(xiàn)“教、學(xué)、做”一體化教學(xué)，以提高課堂效果。3D打印技術(shù)具有以下優(yōu)點：

1.1直觀性

通過3D打印將發(fā)動機(jī)教具模型，化抽象為形象，化繁為簡，達(dá)到多元化的運用，將會獲得更好的教學(xué)效果。

1.2實踐性

3D打印教具在教學(xué)上的應(yīng)用可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識和技能的興趣，本文打印的發(fā)動機(jī)教具較傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)實訓(xùn)臺、翻轉(zhuǎn)架更加直觀、便捷與易懂，激發(fā)學(xué)生的求知欲，濃郁課堂氛圍，提高課堂教學(xué)效果。

1.3經(jīng)濟(jì)性

教師先通過運用3D打印教具進(jìn)行結(jié)構(gòu)和工作原理講解，相比模擬拆裝軟件更具真實性和直觀性，之后再進(jìn)行實物拆裝，可降低耗材消耗和設(shè)備損壞率，具有較好教學(xué)經(jīng)濟(jì)性。

2研究目標(biāo)與意義

本文主要完成：（1）3D打印機(jī)的初期調(diào)試和耗材安裝；（2）實現(xiàn)汽車發(fā)動機(jī)氣缸體、活塞、活塞環(huán)、連桿、曲軸、氣門以及氣門彈簧等零部件的打印，并進(jìn)行零件表面處理和最終裝配。本文主要對汽車發(fā)動機(jī)主要零部件進(jìn)行三維建模，軟件分析、打印設(shè)置、打印輸出。最后進(jìn)行實物裝配成教具。

3發(fā)動機(jī)零部件建模及軟件設(shè)置

3.1利用Pro/E三維建模軟件進(jìn)行零部件建模

作為正向三維建模軟件，Pro/E具有較好的可視化和可操作性。其繪圖界面見圖1所示。經(jīng)過前期零部件建模最后將各個零件模型進(jìn)行裝配，整體效果圖片如圖2所示。

3.2導(dǎo)入切片軟件進(jìn)行打印設(shè)置

如圖3所示，將零件模型導(dǎo)入切片軟件進(jìn)行打印前必要設(shè)置。由于打印的東西作用的地方不同，所以需要的材料也都不相同，而打印的設(shè)備對不同的零部件也會有不同的打印方式，所以材料的選擇和打印設(shè)備的調(diào)試都是必不可少的。設(shè)置項如圖4所示。防止在打印過程中由于零件結(jié)構(gòu)中的斜角或懸空導(dǎo)致打印材料堆積不穩(wěn)定導(dǎo)致脫落，需要設(shè)置成支撐，本次打印零件氣缸體和氣缸蓋局部設(shè)置的支撐如圖5所示。

3.3文件輸出打印

3D打印輸出流程圖如圖6所示。

4零部件3D打印

前期工作準(zhǔn)備完成，在打印之前，打開打印機(jī)電源，檢查工作情況。如圖5所示為本次打印設(shè)備，其結(jié)構(gòu)包括：

4.1打印平臺

Z軸方向自上而下運動，根據(jù)設(shè)置的層高進(jìn)行Z方向運動，打印噴頭在X和Y方向運動。

4.2打印機(jī)觸控面板

如圖8所示。通過操作觸控面板進(jìn)行不同功能的設(shè)置，如，對平臺進(jìn)行調(diào)平，設(shè)置打印材料、打印速度、噴頭溫度以及平臺溫度等。此外，通過SD按鈕可選定指定要打印文件，監(jiān)控打印進(jìn)度等。一切設(shè)置準(zhǔn)備就緒，開始進(jìn)行模型打印。在打印過程中，會出現(xiàn)斷絲、材料堆積不規(guī)則導(dǎo)致材料被刮下等異常現(xiàn)象，通過終止打印，退料進(jìn)行調(diào)整設(shè)備，再重新運行打印，最終打印出符合設(shè)計和裝配要求的單個零件，并完成裝配。打印零部件及整體裝配圖見表1所示。

5結(jié)論

本文在對3D打印技術(shù)的研究學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，通過三維建模軟件進(jìn)行模型建立，導(dǎo)入切片軟件進(jìn)行打印前必要參數(shù)設(shè)置以及3D打印設(shè)備的操作（包括選材、設(shè)備調(diào)試）等，最終打印出與預(yù)設(shè)計和裝配相符的發(fā)動機(jī)零部件，很好實現(xiàn)了發(fā)動機(jī)3D打印教具的設(shè)計開發(fā)，將很好地應(yīng)用到汽車專業(yè)教學(xué)，提高了課堂效果。

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作者：張寶玉 趙剛 王洋 單位：江蘇食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)院