《汽車新技術》課程教學改革實踐

王利鶴，趙永來，高 偉，牛文學，張 藝，吳朕國

(內蒙古農業大學職業技術學院，內蒙古 包頭 014109)

0 引言

隨著國家汽車生產和消費政策的調整，我國汽車產業呈現爆發式增長[1]，為適應社會發展的需要，汽車后市場急需一批素質高、專業過硬的維修人員。然而，當前汽車類專業教學仍以傳統講授和期末考試考查為主[2]，輔之多媒體及實物教具，學生對于汽車基礎知識仍難以完全掌握。

1 當前汽修專業學生在學習過程中存在問題

傳統教學模式，任課教師授課進度慢，理論與實踐結合性較差，教學效果不顯著，學生對抽象的理論學習內容缺乏積極主動性，學生畢業之后，進入工作崗位不能將學校學習的知識轉化為技能從而直接上崗，一直以來是任課教師尋求突破的難點[3]。

2 3D打印的發展及在汽車維修中的運用

3D 打印技術的不斷發展，在產品設計開發的過程中該技術的應用也變得越來越廣泛，目前主要用于航空工業、汽車工業、專業設計和醫療外科等領域。作為一種快速成型技術，具有打印速度快、材料類型多、精度高等優點[4]，國內外研究人員嘗試將3D打印技術應用于教具領域，提升教學效果，進而實現職業教育的發展與轉型[5-8]。

筆者認為：3D打印應用于《汽車新技術》實踐教學中，有助于深化學生對于解剖位置的空間理解，建立三維立體的形象思維，提升學習樂趣及效率，從而提高教學質量。

3 3D打印在《汽車新技術》課程應用實例——轉子發動機教學教具制作過程

3.1 3D打印機裝配與調試

本文組裝的 3D 打印機型號是 ANYCUBIC Kossel，是開源 RepRap 3D 打印機 Prusa Mendel 的第三代機型。相對于 Mendel 一代和二代的版本，第三代結構簡單，造型更趨向于產品化，產品參數一覽表如表 1 所示。我們組裝后要進行固件的燒錄，雖然固件是廠家根據現有機器進行調試后，進行相對完善的修改后才提供我們進行燒錄使用的。但我們進行組裝使用時不可避免會有微小誤差，有些重要參數，在調試時需要修改。

表1 產品參數一覽表

3.2 3D 打印過程

目前可實現商業用途3D 打印技術主要有3種: 光固化成型、熔融沉積制造、選擇性激光燒結[9]。而本篇論文涉及到的打印機選擇以熔融沉積制造類型。打印過程簡略的劃分為“三維建模—實體模型分層切片—打印”3個階段。

(1)三維建模

打印伊始，需要利用建模工具完成模型的建模。目前，簡單實用的建模工具有犀牛、3Dmax、SketchUp；工業零件的建模用ProE、UG、Solidworks、CAD等；人物雕刻的建模用ZBrush、Maya等。建模工具的代表軟件多種多樣，可以根據建模特點及軟件熟練程度選擇軟件。以轉子發動機的Solidworks2012建模為例，具體步驟如圖1～圖2所示：先用Solidworks2012繪圖軟件繪制零部件轉子的草圖，然后進行拉伸處理，生成立體圖，如果尺寸有錯誤，需要返回草圖界面，進行參數修改，繪制好后，保存為stl.格式。

圖1 建模基本步驟：草圖繪制

圖2 建模基本步驟：生成立體圖

(2)實體模型分層切片

切片軟件的主要作用是將模型分層切片，根據模型形狀生成不同的路徑，從而生成整個三維模型的GCode代碼，可導出方便脫機打印，導出的文件擴展名為“.gcode”，利用SD卡、USB2.0或網線接口接入3D打印機就可以打印了。以Cura軟件為例，切片過程如圖3～圖6所示：首先，打開Cura軟件，添加stl.格式三維零件模型，添加成功后，適當的調整三維零件模型位置，待打印參數設置完成后，軟件就可以自動生成G代碼，只需要保存G代碼即可。

圖3 分層切片基本步驟：添加文件

圖4 分層切片基本步驟：模型調整

圖5 分層切片基本步驟：設置打印參數

圖6 分層切片基本步驟：保存G代碼

(3)進行打印

將Cura軟件生成的代碼通過上述方法，下載到3D打印機控制軟件內，與此同時，設置熱床和加熱噴頭到指定溫度，待PLA材料融化后，按照GCode代碼要求，打印堆積成型。打印過程如圖7所示：

圖7 打印過程

3.3 制作實驗教學臺架

本文設計了“3D打印汪克爾轉子發動機實驗教學臺架”，各零件均有上述操作打印而成。在實踐教學過程中，既可以將各部分零件按照順序擺在實驗臺架上，用于教學展示，還可以組成拼裝，通過手搖來演示轉子發動機的工作過程，如圖8所示。

圖8 組裝實驗教學臺架

4 結語

在理實一體化教學的要求下，如何提高高職院校教師的實踐教學能力及教學質量，最大可能提升學生的學習積極主動性，顯得十分重要。筆者及學生通過實踐和探索，嘗試將3D打印技術在《汽車新技術》課程實踐教學中的應用及教學改

革實踐得以實現，并且在《機械制圖與CAD》《汽車構造》課程的實踐教學過程中起到了很好的教示作用。