《智能制造技术基础》教案 项目五 认识智能制造装备

课题认识智能制造装备

课时4课时(180min)

知识目标：

(1)熟悉智能机床的概念.

(2)掌握智能机床的技术特征和功能特征。

(3)了解工业机器人的结构、分类。

(4)掌握工业机器人的关键技术.

(5)了解3D打印的工艺流程及特点.

(6)掌握3D打印的主要工艺方法和关键技术。

教学目标技能目标：

(1)能够根据实例简单介绍智能机床的技术特征。

(2)能够说出工业机器人的应用实例。

(3)能够根据实例说出3D打印的工艺方法.

素质目标：

(1)具有严谨的科学态度和良好的职业道德修养。

(2)具有吃苦耐劳的工作作风和爱岗敬业的精神。

(3)具有良好的团队协作能力、安全文明生产意识和节能环保意识。

教学重点：智能机床的概念、技术特征和功能特征，工业机器人的结构、分类和关键技术，3D打印的工艺流

教学重难点程及特点，3D打印的主要工艺方法和关键技术

教学难点：智能机床的技术特征和功能特征，工业机器人的关键技术，3D打印的主要工艺方法和关键技术

教学方法讲授法、问答法、讨论法

教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材

教学过程主要教学内容及步骤

【教师】使用APP进行签到

考勤

【学生】班干部报请假人员及原因

【教师】讲述“项目导入一万物皆可‘智能化’智能转型在各行各业跑出‘加速度’”的相关内容

钢铁是现代社会重要的工业原料，钢铁工业的发展状况也是衡量一个国家工业水平的重要指标。我国

钢铁行业发展快速，已经成为钢铁生产大国，粗钢产能居首。

……详见教材

【学生】聆听、思考

【教师】将全班学生以3~5人为一组进行分组

任务导入

【学生】各组选出组长井迸行任务分工，将小组成员及分工情况填入表5-1中(详见教材)

【教师】组织学生以小组为单位，进行小组讨论

在进行具体项目实施前，需题前预习相关知识。请各组组长组织组员收集相关资料，讨论下列问题。

(।)什么是智能机床？

(2)智能机床有哪些技术特征和功能特征？

(3)简述工业机器人的结构、分类及关键技术。

(4)简述3D打印的主要工艺方法。

(5)3D打印的关键技术有哪些？

【学生】按组进行讨论，组长做好记录

【教师】讲解新知

5.1智能机床

5.1.1智能机床的概念

狭义智能机床是指在制造过程中，能够实现智能辅助决策、自动感知、智能监测、智能调芍和智能维护的

机床，其可使制造过程更加高效、优质和低耗。

广义智能机床是指以人为核心，充分发挥相关机器的辅助作用，在一定程度上科学、合理地应用智能决策、

智能执行及自动感知等方式，将各项智能功能加以组合，最冬确保所在制造系统达到高效、优质和低碳运行目

标的机械加工设备。

狭义智能机床强调单个机床所具有的智能功能，而广义智能机床强调在以人为中心、人机协调的宗旨下，

机床以及按一定方式组合的机械加工设备或生产线所具有的智能功能。

【教师】展示“机制发展"图片(详见教材)，洪述”知识拓展一机床的发展”的相关内容

机床经历了三个阶段的发展，即电气化、数字化和智能化。

(1)电气化。

(2)数字化。

(3)智能化。

……详斓材

【学生】聆听、思考、理解、记忆

【教师】提出问题，随机遨清学生回答

传授新知智能机床与传统机床相比，具有哪些特征？

【学生】聆听、思考、回答

【教师】总结学生回答，讲解新知

5.1.2智能机床的特征

1.智能机床的技术特征

【教师】展示“智能机床的技术特征”图片(详见教材)，讲解新知

智能机床的技术特征主要有人、计、机的协同性,局部与整体的协调性，自学习及其能力持续提高性，结

构的开放性和可扩展性，智能的贯穿性，制造与加工的绿色性，自治与集中的统一性，智能化水平的恰当性与

无止性等。

1)人、计、机的协同性

人、计、机的协同性是指在智能机床中，人、计算机和机械协同作业的特性，它们共同处于一个系统中，

互相独立,发挥着各自的特长，取长补短，协同作业，从而使整个运行系统可以创造最佳的效益.

2)局部与整体的协调性

局部与整体的协调性主要体现在两个方面。一方面，智能机床的各类智能功能部件、数控系统、各类执行

机构及各类控制软件从局部上互相配合，协调完成各类工作，实现智能机床的局部协调；另一方面，在局部协

调的基础上，人和机床在信息库(由人的经验、智慧、技能，计算机系统的知识库和一般数据库等构成的信息

库)的支撑下，实现智能机床整体上的协调。

3)自学习及其能力持续提高性

自学习及其能力持续提高性是指在不确定加工环境的情况下，智能机床通过分析已有的案例和人脑智慧的

形式化表达，自学习相关控制算法，并在实际工作中不断提升自学习效果的能力。

4）结构的开放性和可扩展性

结构的开放性和可扩展性是指为满足客户的要求和适应技术的发展，设计开发的智能机床的各类接口系统

对供应商是开放的。同时，可根据新的要求随时扩展各种功能，配置各种相应的功能部件和软件.

5）智能的贯穿性

智能机床的智能性贯穿全生命周期，主要体现在智能机床的智能化设计、智能化制造、智能化加工和智能

化再制造等方面。

6）制造与加工的绿色性

制造厂家应保证设计和生产制造智能机床的过程是绿色的、环保的，同时保证智能机床的加工使用过程和

其生产出的产品是绿色的、环保的。

7）自治与集中的统一性

自治与集中的统一性主要体现在两个方面。一方面，智能机床可独立完成加工任务，出现故障时可自我修

复，同时不断总结经验，提高自身的智能化水平；另一方面，智能机床具有集中管控的能力，不仅能通过自学

习提高智能化水平，还能通过共享方式运用同类机床所获取的经验知识来提高自己。

8）智能化水平的恰当性与无止性

智能化水平的恰当性与无止性是从智能机床的不同角度来看的。从智能机床的应用角度来看，在特定的时

期及特定的应用领域，只要智能化水平恰当地满足用户的需要就可以认为机床是智能化的；从智能机床的发展

角度来看，随着技术的发展和人们对机床智能化认识的提高，机床的智能化水平是无止境提高的。

2.智能机床的功能特征

智能机床的功能特征包括一个中心功能特征和三个基本功能特征（包括执行智能功能特征、准备智能功能

特征和维护智能功能特征）.

【教师】展示“智能机床的功能特征”图片（详见教材），讲解新知

1）T中心功能特征

人、计算机和机械之间的紧密协作和及时的信息交流与反馈是机床实现智能的关键。因此，以人为中心的

人、计算机和机械的动态交互是智能机床重要的功能特征之一。

2）三个基本功能特征

【教师】展示“智能机床的部分具体执行智能功能特征”表格（详见教材），讲解新知

（1）执行智能功能特征。在执行加工任务时，智能机床应具有自主检测、智能诊断、自我优化、远程智能

监控等执行能力。

【教师】展示“智能机床的部分具体准备智能功能特征”表格（详见教材），讲解新知

（2）准备智能功能特征。在准备加工任务时，智能机床应具有在不确定的变化环境中自主规划工艺参数、

编制加工代码、确定控制逻辑等准备能力。

【教师】展示“部分具体的智能故障检测和智能维修维护能力”表格和“部分具体的知识智能维护能力”

表格（详见教材），讲解新知

（3）维护智能功能特征。在进行维护任务时，智能机床应具有智能故障检测、智能维修维护及知识智能维

护等能力。

5.1.3常见的智能机床

1.i5智能机床

i5智能数控系统是由沈阳机床股份有限公司（以下简称沈阳机床）自主研发的具有工业化（industry）、信

息化（information）、网络化（internet）、集成化（integiate）和智能化（intelligent）等特点的智能数控系统。

【教师】展示“i5智能机床”图片（详见教材），讲解新知

i5智能机床可以实现操作、编程、维护和管理的智能化，是基于信息驱动技术，以互联网为载体，以"轻

松制造"为核心，将人、物有效互联的新一代智能制造装备。

3)自动化

iNC-MT智能机床采用的iNC智能数控系统具有多通道功能，可对机床和机器人进行"一脑双控"，即一

个通道用于控制机床加工，另一个通道用于控制工业机器人上下料，两个通道独立控制，同时又互相配合，实

现了自动上下料，降低了成本。

4)智能化

iNC-MT智能机床具有自主维护、自主优化、自主学习、智能化管理、智能远程监控等全面智能化功能。例

如，iNCMT智能机床能够进行自主预测性维护机床健康状态、自主优化加工工艺参数、自主学习加工工艺数据

库、智能管理刀具寿命、智能远程监控加工过程等，从而提高生产效率和产品质量，降低生产成本。

【教师】组织"想一想"

i5智能机床与iNC-MT智能机床有哪些区别？

【学生】聆听、思考、回答

【教师】总结学生回答，再次提出问题，随机邀请学生回答

除了智能机床，制造业领域还有哪些智能制造装备？

【学生】聆听、思考、回答

【教师】总结学生回答，扫码播放“工业机器人的特点”微课视频(详见教材)，进行新知讲解

5.2工业机器人

JL业机器人是集机械、电子、控制、人JL智能、传感器和计算机等多学科先进技术于一体的现代制造业重

要的智能制造装备。它可以模仿人的一些行为，具有可狷程、通用性、良好的交互性等特点，被广泛应用于毛

坯制造(如冲压、压铸、锻造等)、焊接、装配、搬运、涂装、检测、仓库码垛、研磨抛光和激光加工等领域。

5.2.1工业机器人的结构

I.执行机构

【教师】展示“执行机构”图片(详见教材)，讲解新知

执行机构具有和人手相似的动作功能，可抓放物体或执行其他操作，主要由机身、臂部、腕部和手部等组

成，可进行扭转、俯仰、偏转、伸缩、摆转和旋转等运动。

(I)手部.手部是工业机器人的抓取机构,用于直接抓取工件或工具,并且可根据不同情况安装相应的专

业工具，如焊枪、电钻等.手部有机械夹4寺式、真空吸附式、磁性吸附式等不同的结构形式，

(2)腕部.腕部是连接手部和臂部的部件，用于调整手部的姿态和方位，其一般有三个方位的转动，如俯

仰、偏转、扭转。腕部扩大了工业机器人的柔性和灵活性。

(3)臂部.臂部是支撑腕部和手部的部件，由动力关节和连杆组成，用于承受工件或工具的负荷，改变工

件或工具的空间位置，并将它们送至预定的位置.

(4)机身。机身是支撑臂部的部件，用于扩大臂部的活动范围。

2.驱动系统

驱动系统是工业机器人向执行机构提供动力的系统装置，按动力源的不同，可分为气压驱动系统、液压驱

动系统和电力驱动系统3种。

【教师】提出问题，随机邀请学生回答

驱动系统与执行机构有什么区别？有什么联系？

【学生】聆听、思考、回答

【教师】总结学生回答，讲解新知

类别动力源加优点缺点

气压驱动气缸、气阀、气空气来源方便、动作迅速、结构简单、造价启动压力较小，适宜先枷

压缩空气

系统罐和空压机彳氐、维修方便、防火防爆、对环境无影响举力要求较小的场合

液压驱动液动机、伺服对密封要求较高，不宜在

压缩机油具有较大的抓举能力

系统阀、油泵和油箱高温或低温的场合工作

电源易取得，无环境污染，响应快，驱动力

电力驱动电动机、精密减

电动机较大，信号检测、传输和处理方便，控制方

系统速器

案灵活，运动精度高，成本低，驱动效率高

【教师】讲述“知识倍接”的相关内容

精密减速器是一种精密的动力传动机构,利用齿轮的速度转换器，降低转速，增加转矩.

【学生】聆听、理臊记忆

3.控制系统

控制系统是工业机器人的"大脑"，支配工业机器人完成预定的运动和功能。根据控制原理不同，控制系

统可分为程序控制系统、适应性控制系统和人工智能控制系流。根据运动形式不同，控制系统可分为点位控制

系统和连续轨迹控制系统.

1）点位控制系统

点位控制系统只关心工业机器人手部的起点和终点位置，而不关心这两点之间的运动轨迹。此控制系统能

够使工业机器人手部快速而准确地从一个位置移动到另一个位置，适用于需要高精度定位的操作，如点焊、上

下料、搬运等。

2）连续轨迹控制系统

连续轨迹控制系统是以点位控制系统为基础，通过在每两点之间使用满足精度要求的位置轨迹插补算法，

实现了轨迹的连续化，例如，喷漆、弧焊等都需要进行连续轨迹控制。

【教师】提出问题，随机邀请学生回答

控制系统和驱动系统有什么区别？

【学生】聆听、思考、回答

【教师】总结学生回答，讲解新知

4.感知系统

感知系统是工业机器人的重要组成部分，一般由内部传感器和外部传感器构成。

1）内部传感器

内部传感器是完成工业机器人运动控制所必需的传感器，用来检测工业机器人内部状态，如位置、角度、

速度、加速度、姿态和方向等。工业机器人常用的内部传感器有位置传感器、微动开关传感器、光电传感器、

差动变压式传感器、电位器式传感器、旋转角度传感器、测速传感器和力（或力矩）传感器等。

2）外部传感器

【教师】展示“工业机器人常用的外部传感器”图片（详见教材），讲解新知

外部传感器用来检测工业机器人所处环境（如离物体的距离）、外部物体状态（如抓取的物体是否滑落）

或工业机器人与外部物体的关系。工业机器人常用的外部传感器有力觉传感器、触觉传感器、视觉传感器、超

声波传感器和激光测距传感器等。

【教师】提出问题，随机邀请学生回答

简述执行机构、控制系统、驱动系统和感知系统四者的关系。

【学生】聆听、思考、回答

【教师】总结学生回答，讲解新知

5.2.2工业机器人的分类

1.按系统功能分类

（I）专用机器人是指有固定的地点和固定的工作程序的机器人，具有动作少、工作对象单一、结构简单、

实用可靠和造价低等特点,它没有独立的控制系统，一般应用于大批量生产系统。

（2）通用机器人具有独立的控制系统，可通过改变控制程序完成多种作业，具有动作灵活多样、结构复杂、

工作范围大、定位精度高、通用性强等特点。通用机器人一段用于不断变换生产品种的柔性制造系统。

(3)示教再现机器人采用示教法进行编程，即操作者通过手动控制，“示教”机器人做一遍操作示范，完成

全部动作后，机器人的存储装置便能记忆所有的工作顺序、位置和条件，后面机器人便能再现操作者教给的动

作。

(4)智能机器人采用计算机控制，具有视觉、听觉、触觉等多种感觉功能和识别功能，可通过比较和识别

自主做出决策和规划，自动进行信息反馈，完成预定的工作。

2.按是否移动分类

(।)固定式机器人通常固定在特定的位置，具有较大的基座和稳固的支撑结构。它们通常具有较大的力量

和精度,适用于重型操作和重复性任务，但其活动范围较小。

(2)移动式机器人是由固定式机器人与传送机组合形成的，其可进行物料的长距离运送和搬运工作，克服

了固定式机器人活动范围小、物料运送距离短的缺点，常用于加工设备多的场合。

3.按驱动方式分类

(1)气压驱动机器人采用气压驱动系统，具有动作速度快、结构简单和成本低等特点。

(2)液压驱动机器人采用液压驱动系统，具有动作灵敏、传动平稳和结构紧凑等特点。

(3)电力驱动机器人采用电力驱动系统，具有结构简单、响应速度快和控制精度高等特点。

4.按结构形式分类

【教师】展示“按结构形式分类”图片(详见教材)，讲解新知

(I)直角坐标机器人通过臂部沿着三个相互垂直的轴线移动来实现手部空间位置的变化，其常应用于生产

设备的上下料和高精度的装配与检测等作业。

(2)圆柱坐标机器人通过两个移动(如升降移动、手臂伸缩移动)和一个转动(如机身转动)来实现手部

空间位置的变化。

(3)球坐标机器人具有球坐标系统，其手部能够做里外伸缩移动，臂部可在垂直平面内摆动，机身可绕底

座在水平面内转动.

(4)关节机器人是指能够模拟人体关节运动的一种机器人，其各个关节都可以动作，与人的手臂类似，如

腕部的扭转、臂部的偏转、机身的旋转等.

5.2.3工业机器人的关键技术

【教师】提出问题，随机邀请学生回答

结合前面的内容，你认为工业机器人的关键技术有哪些？

【学生】聆听、思考、回答

【教师】总结学生回答，讲解新知

1.灵活操作技术

灵活操作技术是指工业机器人的手部可以模仿人手灵活操作的技术。利用该技术，工业机器人可进行握取

动作，承担工人在制造过程中的灵活性操作工作；还可以根据被抓持物件的形状、尺寸、质量、材料和作业要

求，灵活采用不同的结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等.

2,自主导航技术

自主导航技术是指工业机器人在由静态障碍物、车辆、行人和动物等组成的非结构化环境中，实现安全自

主导航的技术。工业机器人利用自主导航技术，可以在装配生产线上进行原材料的装卸工作，原材料到成品的

运输工作，原材料或成品的入库存储和调配的后勤操作工作等.

3.传感器技术

工业机器人利用传感器技术可获取各种信息(如位置、速度、力量、压力等)，感知周围环境，检测任务

进展情况、部件和产品组件的生产情况等。

4.人机交互技术

人机交互技术可提高工业机器人的感知能力和人机沟通效率，以实现更好的交互。其中，感知能力包括视

觉、听觉、触觉和运动控制等，是工业机器人实现自主感知的基础;人机沟通效率是通过视觉捕获、物体感知、

语音识别、自然语言处理等技术来提高的。

5.开放式控制技术

工业机器人采用开放式控制技术，可实现控制系统不同功能之间的无缝连接，通过合理划分模块，并搭载

高速通信总线的伺服控制系统，可降低控制系统集成难度，提高控制系统软件体系的实时性，从而实现精确控

制。

5.2.4工业机器人的应用

I.自动化生产

【教师】展示“自动化生产中的工业机器人”图片（详见教材），讲解新知

在自动化生产领域中，工业机器人可以进行重复、烦琐、危险或高精度的工作，使传统的劳动力解放出来

去学习更具有创新性的工作。在自动化生产线上，工业机器人可以自主进行零件装配、检测和包装等任务，提

高了企业的生产效率。此外，工业机器人还能够快速适应不断变化的生产需求，实现批量或小批量生产的快速

转换.

2.汽车制造

【教师】展示“汽车制造中的工业机器人”图片（详见教材），讲解新知

在汽车制造中，工业机器人可以承担焊接、喷漆、装配和点胶等各种任务，从而提高汽车生产效率和汽车

产品质量.例如，在焊接环节,丁业机器人可以准确地执行惇接操作，提高焊接质量和效率；在嘀漆环节，丁

业机器人可以进行自动喷涂，减少人工操作中的误差和漆面不均等问题；在装配环节，工业机器人可以快速准

确地将零部件组装到汽车上，提高生产效率；在点胶环节，工业机器人可以精确控制点胶的位置和量，确保胶

水的均匀分布和黏合效臬

3.物流

【教师】展示“物流行业中的工业机器人”图片（详见教材），讲解新知

在物流行业中，工业机器人可以用于货物处理和分拣、仓储管理和运输等多个环节，提高了物流的效率和

安全性。工业机器人也可以帮助物流企业减少人员成本，并解氐操作风险。

4.3C电子产品

【教师】展示“3C电子产品行业中的工业机器人”图片（详见教材），讲解新知

3C电子产品主要是指计算机产品（computer）、通信产品（communication）、消费电子产品（consumer

electronics）等的简称。工业机器人被广泛应用于3c电子产品的制造和包装等方面，如图5-16所示。它以高度

灵活的方式移动和操作，可以精确地执行复杂的组装任务，为3C电子产品的高效自动化生产提供了关键技术支

持，提高生产效率.此外，工业机器人的高精度执行能力可以确保生产出的3C电子产品精度手喉量符合要求，

从而有效地避免了人工操作错误对3C电子产品品质带来的不良影响。

5.食品加工

【教师】展示“食品加工行业中的工业机器人”图片（详见教材），讲解新知

在食品加工行业中，工业机器人已经在生产和包装过程中得到了广泛应用。例如，饼干、糖果及其他种类

的食品正是通过这些工业机器人的精确动作和高效率完成生立的。与传统的人工操作相比，使用工业机器人可

以有效地减少生产过程中的人工错误和误差，保障食品卫生和安全。

【教师】提出问题，随机邀请学生回答

对于工业机器人的广泛应用，你有什么看法？谈谈广泛应用工业机器人的利弊。

【学生】聆听、思考、回答

【教师】总结学生回答，讲解新知

5.33D打印

【教师】先扫码播放“科技之光：3D打印技术“微课视频（详见教材），然后讲解新知

3D打印（又称增材制造）是基于离散、堆积原理，以CAD设计出的二维模型为基础，采用打印头、喷嘴

或其他打印技术，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过打印一层层的黏合材料来制造三维实

体的。

5.3.13D打印的工艺流程及特点

1.3D打印的工艺流程

【教师】展示“3D打印的工艺流程”图片(详见教材)，讲解新知

3D打印的工艺流程如下。

(I)利用CAD设计出所需物体的三维模型。

(2)CAD对三维模型讲行数字化处理，存储成STL文件格式.

(3)根据工艺要求，CAD将处理后的三维模型按一定厚度进行分层切片，分成二维平面几何信息，即层片

信息.

(4)CAD将层片信息进行一定的处理，设置加工参数并生成数控程序.

(5)3D打印设备根据数控程序，逐层进行单层片打印，并进行层片叠加，直至得到物体的立体原型。

(6)立体原型经过后期处理，最终得到所需要的三维实体。

2.3D打印的特点

(।)不需要传统的刀具、夹具、机床或任何模具，就能直接把三维模型生成三维实体。

(2)能做到较高的精度和复杂度，可以制造出采用传统方法制造不出来、非常复杂的三维实体.

(3)产品制造周期短，制造流程简单，省去了传统工艺模具设计与制作等工序。

(4)可实现个性化制造，容易在尺寸、形状和比例上做实时修改，为制作个性化产品提供了极大便利。

(5)无须集中的、固定的制造车间，具有分布式生产的特点。

(6)节省材料,不用剔除边角料，提高了材料的利用率。

(7)能在数小时内成形。

5.3.23D打印的主要工艺方法

1.立体光固化成形

立体光固化成形是指利用紫外线激光或激光束逐层固化光敏树脂或液体材料，从而完成物体的制造。

【教师】展示“立体光固化成形的示意图”图片(详见教材)，讲解新知

(।)容器中装满液态光敏树脂(光固化材料).

(2)升降台浸入装满液态光敏树脂的容器中，升降台的高度与液面相差一个层片的厚度.

(3)计算机根据层片信息控制紫外线激光照射容器中的最上层液态光敏树脂使其固化，并使其与升降台黏

在一起。

(4)升降台向下移动一个层片的高度，容器中最上层又被液态光敏树脂占据，准备进行下一次的固化。

(5)计算机控制紫外线激光进行新层片的照射，新固化的层片牢固地黏在前一层片上。

(6)重复(2)、(3)、(4)、(5)步骤，直到整个物体制造完毕，得到一个三维实体。

【教师】讲述“小提示”的相关内容

立体光固化成形具有制造快速、精度高、材料广泛、灵活度高等优点，但也存在成本高、制造周期长、局

限性和对环境影响大等缺点，其主要用于制造比较复杂的中小型零件.

【学生】聆听、思考、理解、记忆

2.选择性激光烧结成形

选择性激光烧结成形是指利用高功率激光器(一般为C02激光器)将细小颗粒的塑料、陶瓷或玻璃等材料

选择性烧结聚合，从而完成物体的制造。

【教师】展示“选择性激光烧结成形的示意图”图片(详见教材)，讲解新知

(I)整个工艺装置由粉末缸和成形缸组成，成形时，粉末缸的粉末传输平台上升，由铺粉滚轮将粉末材料

均匀地铺在成形缸的升降台上。

（2）计算机控制高功率激光器，按照层片信息有选择地对粉末材料进行扫描，使粉末材料加热至熔点而烧

结在一起，构成了物体的一个层片。

（3）一个层片打印完成后,成形缸的升降台垂直下移一个层片的高度,最上层则又被铺上一层新的粉末材

料，准备进行下一次的激光烧结.

（4）高功率激光器再次对新的粉末材料进行扫描使其烧结,形成新的层片，新的层片烧结成形后与上一个

层片牢牢地黏在一起。

（5）重复（I）、（2）、（3）、（4）步骤，层层叠加，直^得到f三维实体。

【教师】提出问题，随机邀请学生回答

选择性激光烧结成形与立体光固化成形的区别有哪些？

【学生】聆听、思考、回答

【教师】总结学生回答，讲述“小提示”的相关内容

选择性激光烧结成形具有原料选择性多、材料利用率高等优点，但也存在加工成本高、后处理麻烦、污染

环境等缺点，其主要用于制造金属磨具、小批量零件等。

【学生】聆听、思考、理解、记忆

3.熔融沉积成形

熔融沉积成形是指将各种热熔性的丝状材料（如靖、工程塑料和尼龙等）加热熔化成形，从而完成物体的

制造。

【教师】展示“熔副沉积成形的示意图”图片（详见教材），讲解新知

（1）计算机根据层片信息控制喷头按一定速度v在XOY平面内运动。

（2）丝材通过送丝机构（如丝轮）送至喷头，喷头利用电加热方法将丝材加热至熔融状态.

（3）熔融状态的丝材被挤压出喷头后涂覆在升降台上，冷却后形成一个层片。

（4）一个层片成形后,升降台沿Z方向下降一个层片的高度,等待下一个层片的熔融沉积。

（5）重复（I）、（2）、（3）、（4）步骤，新层片与上一层片熔结在一起，直至完成整个三维实体.

【教师】提出问题，随机邀请学生回答

熔融沉积成形相较于前两种方法,最明显的区别是什么？

【学生】聆听、思考、回答

【教师】总结学生回答，讲述“小提示”的相关内容

熔融沉积成形可选择多种材料（如聚碳酸酯、工程塑料及二者的混合材料等）进行加工，是最常见的3D

打印工艺方法，技术成熟度高，成本较低，可进行彩色打印。

【学生】聆听、思考、理解、记忆

4.分层实体成形

分层实体成形是指以薄片材（如纸片、塑料薄膜或复合材料）为原材料，通过对薄片材进行激光切割与层

片叠加而完成物体的制造.

【教师】展示“分层实体成形的示意圉”图片（详见教材），讲解新知

（1）送料机构将背面带有热熔胶的片材送到升降台上,利用热压馄将片材与升降台黏在一起。

（2）计算机按照层片信息控制激光器在加工平面内切割片材，形成一个层片。

（3）一个层片切割完成后，升降台垂直下移一个层片的高度，送料机构将新一层的片材叠加上去，利用热

压辑将片材与已切割的层片黏在一起，等待下次切割.

（4）计算机根据当前层片信息，控制激光器进行层片切割，得到新的层片.

（5）重复（I）、（2）、（3）、（4）步骤，直到完成整个三维实体。

【教师】讲述“小提示”的相关内容

分层实体成形具有成形速度快、可制造大尺寸零件等优点，但是材料浪费严重，表面质量差，主要用于制

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造磨具、模型、结构件和功能件等。

【学生】聆听、思考、理解、记忆

5・激光近净成形

激光近净成形是指激光在沉积区域产生熔池，并持续熔化粉末或丝状材料而使其逐层沉积,进而完成物体

的制造。

【教师】展示“激光近净成形的示意图”图片(详见教材)，讲解新知

(1)激光器将激光束通过反射镜聚焦在数控工作台的基体上并使其产生熔池。

(2)粉末材料由浅粉装首通i寸粉末分离器送到粉末喑腌中，与激光束同轴的粉末喷嘴将粉末材料在情性气

体的保护下送入熔池。

(3)计算机按照层片信息控制数控工作台的移动轨迹.

(4)激光束在移动的数控工作台基体上,逐点逐线地进行激光熔覆，形成一个层片。

(5)重复(1)、(2)、(3)、(4)步骤，通过层片的叠加，完成整个三维实体。

【教师】提出问题，随机邀请学生回答

激光近净成形与选择性激光烧结有什么不同？

【学生】聆听、思考、回答

【教师】总结学生回答，讲述“小提示”的相关内容

激光近净成形具有成本低、生产周期短等优点，但也存在粉末材料利用率较低，成形过程中热应力大、精

度较低等缺点，主要用于金属零部件的快速成形与修复.

【学生】聆听、思考、理解、记忆

5.3.33D打印的关键技术

1.计算机软件技术

计算机软件技术是3D打印的基础，主要用于设计和创建三维模型，以及将三维模型转换为可打印的格式和

打印机可以理解的语言，从而进行3D打印。

2.精密伺服驱动技术

精密伺服驳动技术是通过伺服电机来实现的.在进行3D打印时，伺服电机可根据指令精确控制打印头的移

动位置和平台的移动轨迹，打印精度可达0.1mm.

3.成形材料技术

3D打印通过成形材料技术，实现了产品“点一线T面T体”的快速制作。成形材料技术主要涉及立体光固化

成形、选择性激光烧结成形、熔融沉积成形、分层实体成形和激光近净成形等工艺方法，3D打印可根据不同的

成形材料，选择合适的工艺方法打印三维实体。

【教师】组织课堂讨论

想一想，3D打印与传统打印有什么区别？

【学生】聆听、思考、回答

【教师】总结学生回答，讲解新知

5.3.43D打印的S用

1.肮空航天

(।)在轻量化结构设计方面，3D打印可以直接将设计优化参数嵌入零部件设计中，获得最适当的构造方

式，还可以使用轻质材料，制造出更轻量化的零部件，降低飞机的质量和节省燃料，以实现飞机结构的更坚固

和更经济。

(2)在提高安全性方面，3D打印可以制造出更细致和更可靠的飞机零部件，还可以消除在飞机部件制造

和装配中的人为错误，进而提高整个飞行系统的安全性.

(3)在降低成本方面，3D打印可以减少复杂部件的生产环节和组装、减少所需的人力和设备投资、减少

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能源的浪费、减轻传统模具和设备的压力，从而降低零部件的生产成本，缩短生产周期。

2.；气车制造

【教师】展示“3D打印的汽车零部件”图片（详见教材），讲解新知

3D打印在;气车制造领域应用广泛，它能更精确地将;气车框架的3D设计图转换成实物，而且用时更短，可

提高汽车生产效率。另外，3D打印还能够快速制作出造型复杂的汽车零部件，目当测试出现问题时，修改3D文

件即可重新打印并进行再次测试