3D打印在機械制造綜合實踐教學中的應用

莊榮

摘要：機械制造綜合實踐教學是對機械原理和機械制造理論課程的科學鞏固，也是所有機電機械專業學生面對的必要實踐過程。通過綜合實踐教學可以有效引導學生熟知機械構造和機械工作原理，提升學生對機械的有效認知。隨著學生認知水平的不斷提高，對機械的需求也邁上了全新臺階，部分學生甚至想了解較為復雜的機械構件，但介于學校的資源有限，往往不能達成預設目標，3D打印技術正是解決這一問題的最佳對策，通過3D打印技術可讓學生接觸先進打印技術又掌握機械設備的加工方法，達到預期教學目標。本文首先對綜合實踐教學基本內容展開論述，對綜合實踐教學的3D技術具體實施過程展開論述，為從事機械制造綜合教育教師提供更為科學的教學理論，為培養學生機械學習興趣貢獻力量。

關鍵詞：3D打印;機械綜合實踐;教學應用

引言：機械行業的加工和制造水平決定了國家工業的發展能力，機械是工科最基礎，同時也是最重要的行業，每一個機械行業工程師都經歷了理論和機械加工綜合實踐學習過程，最終形成有效機械認知并從事機械行業為之奮斗終生。如今機械制造實踐教學沿用較為傳統的機械制造教學模式，往往以制造聯軸、二級減速器和階梯軸的加工制造作為單一化的訓練模式，不能充分調動學生學習的積極性。機械行業歷經百余年的發展，在減速器和階梯軸等領域技術和加工工藝已經完全成熟，對較為成熟的簡單構件重設實踐就是再走前人走過的路，趟前人趟過的河，不能有效發揮學生的主觀能動性，而3D打印技術正是創新性提供機械工藝實踐的全新思路，學生在機械綜合實踐中，能夠利用猶如來自“未來的”機械加工工藝設備提升編程和數控能力，將會讓學生綜合能力得到提升。

一、機械綜合實踐教學的基本內容

機械制造綜合實踐往往在學生結束機械專業課程后進行，機械綜合實踐作為機械專業學生必修課程具有一定實際性和應用性，注重對機械學生動手能力和機械設計能力的考察。機械綜合實踐教學往往包括帶領學生學習銑床、磨床、金工實習原理，最終進行實際操作，開動大腦，親手打造出機械模型，加強對機械理論課程的有效印象。綜合實踐教學主要要求學生根據所學的互換性課程以及機械制圖知識對老師預設要求進行初次設定，最終通過實物圖的打造，將圖紙轉變成具體實物的過程。在機械實物制作過程學生可利用機械制造工藝學知識以及誤差分析知識確定機械加工精度以及機械零部件的固定方式，并通過機械加工課程選取較為科學的加工模式，最終通過材料力學進行鋼鐵滲碳處理。機械綜合實踐教學可對學生進行系統性及整體性考察，鍛煉學生交叉學科學習和應用的能力，也是對所學知識的考察，讓學生發現機械真正的奧義，找準機械專業學習的方向，提升興趣。

而隨著加工水平的飛速提升以及信息獲取渠道的日益拓展，機械綜合實踐也從傳統的加工模式轉向采用數控機床以及3D打印模式進行零件制造，可有效提升加工效率，轉變學生對機械加工的傳統思維認知，提升學生對數控加工的有效認知，將機械加工制造向數字化和自動化智能加工發展，滿足學生自我發展需要的同時也緊跟國家智能制造2025的總體規劃。

二、教學過程的實施

1.殼體蠟模的3D打印與修整

用SLS技術對殼體進行打印可激發學生學習興趣，同時縮短了加工所需的必要時間。在機械綜合實踐課程學習階段，學生可應用訓練中心電腦使用MAGICS軟件對殼體進行切片處理以及數控加工的編程，最終提交至3D打印機中，由3D打印機逆向分析最終形成實物。學生在進行3D初次打印時，預設的3D打印產品往往會出現一定缺陷，學生可重新利用MAGICS軟件對模型進行重構，對蠟模邊角進行細致處理，以達到機械加工預期標準。

2.殼體鑄造及機械加工

對殼體鑄造時往往需要編制機械加工工序卡片，確保加工工序科學合理。通過3D打印技術獲得較為精密的蠟模，經過表面拋光處理即可進行鑄造，鑄造過程往往需要半個月時間，而通過3D打印得到的鑄造產品的基本誤差將會控制在0.3毫米范圍內，能夠完全滿足95%以上機械裝配需求。應用3D加工技術也可減少殼體鑄造的成本，也可讓實踐教師更好檢查學生完成情況，避免了學生之間的抄襲，有效保證學生學習和實踐的真實性和高效性。

三、總結

綜上所述，3D打印技術的高效應用可有效拓展學生視野，提升學生對機械加工實踐的興趣，降低了殼體毛坯的生產制造周期，合理控制加工成本。機械加工實踐本身就是機械專業學生在校學習過程中不可或缺一部分，也是學生走向工作崗位必練技能，學生在學習3D打印技術時，可提升三維建模能力以及空間想象能力，為以后從事機械設計領域埋下伏筆，而對加工刀具的路徑設定正是鍛煉學生匯編機械加工語言能力，學生利用3D技術打印過程可以通過肉眼直接觀察整個加工過程，為提升機械認識提供全新的思路借鑒，為此3D打印技術引入到校園是對機械制造綜合實踐教學中最偉大的壯舉，也是保證學科競爭力的最高標準，教師應轉換傳統授課模式，努力學習3D打印的具體操作模式，豐富3D打印操作知識，為社會培養多元化機械人才做準備。

參考文獻：

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