3D技術在高職汽修專業課程教學中的應用

張寶玉 趙剛 王洋

摘 要：3D打印技術作為今年新興起的智能制造技術，目前在汽車工業、藝術品創作、醫療器械、航空等諸多領域已經開始得到廣泛應用。文章主要基于3D打印技術進行汽車發動機教具方面的開發與應用研究，通過選材、設備調試、模型建立和打印比例模型進行裝配，實現在課堂上靈活運用，輔助教學，從而解決在一定程度上調動學生學習興趣和積極性，提高課堂教學效果。

關鍵詞：3D打印;發動機教具;教學;應用

中圖分類號：G642.0? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）22-189-03

Abstract： As an emerging smart manufacturing technology this year， 3D printing technology has been widely used in many fields such as automobile industry， artwork creation， medical equipment， aviation and so on. This article is mainly based on 3D printing technology for the development and application of automotive engine teaching aids. Through material selection， equipment debugging， model building and printing scale models for assembly， it can be used flexibly in the classroom and assisted in teaching to solve the problem of mobilizing students to a certain extent. Learning interest and enthusiasm to improve classroom teaching effect.

Keywords： 3D printing; Engine teaching aid; Teaching; Application

CLC NO.： G642.0? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）22-189-03

1 3D打印技術概述

3D快速打印成型技術是指快速成型打印技術的一種，它主要用一些數字模型或者文件使用來繪圖作為打印基礎，運用各種粉末狀的復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造矩形物體的一種打印技術。

3D數字打印掃描技術已經是“第三次工業革命”的三大核心技術其中之一，隨著現代人工智能工業制造打印技術的更進一步的成熟發展漸漸成熟，被廣泛的研究運用于各到電子汽車配件制造、航空航天和電子醫療保健產品等各個領域。發動機作為汽車核心部件，在汽車行駛中起到關鍵作用。因此，本文針對發動機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打印技術制作發動機相關零部件打印模型并設計教具，可實現“教、學、做”一體化教學，以提高課堂效果。

3D打印技術具有以下優點：

1.1 直觀性

通過3D打印將發動機教具模型，化抽象為形象，化繁為簡，達到多元化的運用，將會獲得更好的教學效果。

1.2 實踐性

3D打印教具在教學上的應用可以提高學生學習專業知識和技能的興趣，本文打印的發動機教具較傳統發動機實訓臺、翻轉架更加直觀、便捷與易懂，激發學生的求知欲，濃郁課堂氛圍，提高課堂教學效果。

1.3 經濟性

教師先通過運用3D打印教具進行結構和工作原理講解，相比模擬拆裝軟件更具真實性和直觀性，之后再進行實物拆裝，可降低耗材消耗和設備損壞率，具有較好教學經濟性。

2 研究目標與意義

本文主要完成：（1）3D打印機的初期調試和耗材安裝;（2）實現汽車發動機氣缸體、活塞、活塞環、連桿、曲軸、氣門以及氣門彈簧等零部件的打印，并進行零件表面處理和最終裝配。

本文主要對汽車發動機主要零部件進行三維建模，軟件分析、打印設置、打印輸出。最后進行實物裝配成教具。

3 發動機零部件建模及軟件設置

3.1 利用Pro/E三維建模軟件進行零部件建模

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。

經過前期零部件建模最后將各個零件模型進行裝配，整體效果圖片如圖2所示。

3.2 導入切片軟件進行打印設置

如圖3所示，將零件模型導入切片軟件進行打印前必要設置。

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備的調試都是必不可少的。設置項如圖4所示。

防止在打印過程中由于零件結構中的斜角或懸空導致打印材料堆積不穩定導致脫落，需要設置成支撐，本次打印零件氣缸體和氣缸蓋局部設置的支撐如圖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

前期工作準備完成，在打印之前，打開打印機電源，檢查工作情況。如圖5所示為本次打印設備，其結構包括：

4.1 打印平臺

Z軸方向自上而下運動，根據設置的層高進行Z方向運動，打印噴頭在X和Y方向運動。

4.2 打印機觸控面板

如圖8所示。通過操作觸控面板進行不同功能的設置，如，對平臺進行調平，設置打印材料、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，監控打印進度等。

一切設置準備就緒，開始進行模型打印。在打印過程中，會出現斷絲、材料堆積不規則導致材料被刮下等異常現象，通過終止打印，退料進行調整設備，再重新運行打印，最終打印出符合設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 結論

本文在對3D打印技術的研究學習基礎上，通過三維建模軟件進行模型建立，導入切片軟件進行打印前必要參數設置以及3D打印設備的操作（包括選材、設備調試）等，最終打印出與預設計和裝配相符的發動機零部件，很好實現了發動機3D打印教具的設計開發，將很好地應用到汽車專業教學，提高了課堂效果。

參考文獻

[1] 王華.3D打印教具在《汽車構造》課程中的研發與應用[J].太原城市職業技術學院學報，2017.

[2] 劉振華，張木.論3D打印技術在汽車維修領域中的應用[J].時代農機，2017，000（010）：73-73.

[3] 趙立普.3D打印技術普及下的課程設置探討[J].教育現代化，2019， 6（22）：245-247.

[4] 趙婧.3D打印技術在汽車設計中的應用研究與前景展望[D].太原理工大學，2014.

[5] 羅永有，宋偉奇，謝幫靈.打印技術在模具專業中的應用研究[J].現在職業教育，2018.