汽修专业课程教学中3D技术的应用

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摘要：3d打印技术作为今年新兴起的智能制造技术，目前在汽车工业、艺术品创作、医疗器械、航空等诸多领域已经开始得到广泛应用。文章主要基于3D打印技术进行汽车发动机教具方面的开发与应用研究，通过选材、设备调试、模型建立和打印比例模型进行装配，实现在课堂上灵活运用，辅助教学，从而解决在一定程度上调动学生学习兴趣和积极性，提高课堂教学效果。

关键词：3D打印；发动机教具；教学；应用

13D打印技术概述

3D快速打印成型技术是指快速成型打印技术的一种，它主要用一些数字模型或者文件使用来绘图作为打印基础，运用各种粉末状的复合金属或者弹性塑料等各种可快速粘合的成型材料，通过一层一层的快速打印各种方式使用来快速构造矩形物体的一种打印技术。3D数字打印扫描技术已经是“第三次工业革命”的三大核心技术其中之一，随着现代人工智能工业制造打印技术的更进一步的成熟发展渐渐成熟，被广泛的研究运用于各到电子汽车配件制造、航空航天和电子医疗保健产品等各个领域。发动机作为汽车核心部件，在汽车行驶中起到关键作用。因此，本文针对发动机实物模型在课堂理论讲解中不便于携带、难搬运、难拆卸等问题，利用3D打印技术制作发动机相关零部件打印模型并设计教具，可实现“教、学、做”一体化教学，以提高课堂效果。3D打印技术具有以下优点：

1.1直观性

通过3D打印将发动机教具模型，化抽象为形象，化繁为简，达到多元化的运用，将会获得更好的教学效果。

1.2实践性

3D打印教具在教学上的应用可以提高学生学习专业知识和技能的兴趣，本文打印的发动机教具较传统发动机实训台、翻转架更加直观、便捷与易懂，激发学生的求知欲，浓郁课堂氛围，提高课堂教学效果。

1.3经济性

教师先通过运用3D打印教具进行结构和工作原理讲解，相比模拟拆装软件更具真实性和直观性，之后再进行实物拆装，可降低耗材消耗和设备损坏率，具有较好教学经济性。

2研究目标与意义

本文主要完成：（1）3D打印机的初期调试和耗材安装；（2）实现汽车发动机气缸体、活塞、活塞环、连杆、曲轴、气门以及气门弹簧等零部件的打印，并进行零件表面处理和最终装配。本文主要对汽车发动机主要零部件进行三维建模，软件分析、打印设置、打印输出。最后进行实物装配成教具。

3发动机零部件建模及软件设置

3.1利用Pro/E三维建模软件进行零部件建模

作为正向三维建模软件，Pro/E具有较好的可视化和可操作性。其绘图界面见图1所示。经过前期零部件建模最后将各个零件模型进行装配，整体效果图片如图2所示。

3.2导入切片软件进行打印设置

如图3所示，将零件模型导入切片软件进行打印前必要设置。由于打印的东西作用的地方不同，所以需要的材料也都不相同，而打印的设备对不同的零部件也会有不同的打印方式，所以材料的选择和打印设备的调试都是必不可少的。设置项如图4所示。防止在打印过程中由于零件结构中的斜角或悬空导致打印材料堆积不稳定导致脱落，需要设置成支撑，本次打印零件气缸体和气缸盖局部设置的支撑如图5所示。

3.3文件输出打印

3D打印输出流程图如图6所示。

4零部件3D打印

前期工作准备完成，在打印之前，打开打印机电源，检查工作情况。如图5所示为本次打印设备，其结构包括：

4.1打印平台

Z轴方向自上而下运动，根据设置的层高进行Z方向运动，打印喷头在X和Y方向运动。

4.2打印机触控面板

如图8所示。通过操作触控面板进行不同功能的设置，如，对平台进行调平，设置打印材料、打印速度、喷头温度以及平台温度等。此外，通过SD按钮可选定指定要打印文件，监控打印进度等。一切设置准备就绪，开始进行模型打印。在打印过程中，会出现断丝、材料堆积不规则导致材料被刮下等异常现象，通过终止打印，退料进行调整设备，再重新运行打印，最终打印出符合设计和装配要求的单个零件，并完成装配。打印零部件及整体装配图见表1所示。

5结论

本文在对3D打印技术的研究学习基础上，通过三维建模软件进行模型建立，导入切片软件进行打印前必要参数设置以及3D打印设备的操作（包括选材、设备调试）等，最终打印出与预设计和装配相符的发动机零部件，很好实现了发动机3D打印教具的设计开发，将很好地应用到汽车专业教学，提高了课堂效果。

参考文献

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作者：张宝玉 赵刚 王洋 单位：江苏食品药品职业技术学院