增材制造工艺与应用 教案 项目1 增材制造设备基本操作

增材制造工艺与应用教案课程名称增材制造工艺与应用课题名称（项目、任务、情境）项目1增材制造设备基本操作任务1认识增材制造设备及原理授课地点理实一体实训室课时课时教学目标知识目标认识常用增材制造设备；理解增材制造设备的工艺原理。能力（技能）目标了解增材制造技术的前沿发展，具备将新技术与设备结合的初步探索能力。情感目标使学生养成安全使用设备和工具的良好职业习惯。教学重点难点重点增材制造设备及原理难点增材制造设备及原理教学资源多媒体教学课件、教材能力训练任务及案例课堂反思步骤时间分配教学内容教学方法教学手段学生活动旧课复习通过上一节课学习后，教师带领学生复习以下内容，并请学生进行回答：1、什么是增材制造？2、增材制造有哪些应用领域？提问法PPT展示问题，引发学生思考抢答，赢得平时成绩告知本节课我们学习项目1增材制造设备基本操作中的任务1认识增材制造设备及原理，要求学生认识常用增材制造设备，能够正确完成齿轮视图及标注尺寸，了解增材制造技术的前沿发展，具备将新技术与设备结合的初步探索能力，使学生养成安全使用设备和工具的良好职业习惯。讲授法引入1988年，3DSystems公司推出的SLA-250是全球首台商业化光固化快速成型机（SLA），标志着3D打印技术进入商业化应用阶段。在目前所有的增材制造工艺方法中，光固化成型法(SLA)、激光选区烧结法(SLS)、熔融沉积法(FDM)得到了世界范围内的广泛应用，而不同工艺、不同厂家、不同结构的增材设备种类多达数百种。讲授法PPT展示图片操练任务1认识增材制造设备及原理1.认识FDM增材制造设备工作原理：FDM（FusedDepositionModeling）国内翻译为熔融沉积成型，是将热熔性材料（ABS、尼龙或蜡）通过加热器熔化，挤压喷出并堆积一个层面，然后将第二个层面用同样的方法建造出来，并与前一个层面熔结在一起，如此层层堆积而获得一个三维实体。组成：(1)机体框架图1-1三角形结构（Reprap系列）图1-2矩形杆结构（Printrbot系列）（2）机械轴（3）控制电路（4）喷嘴（5）挤出机（6）电源重难点知识讲授法图片展示法PPT展示图片学生记录笔记步骤时间分配教学内容教学方法教学手段学生活动2.认识光固化增材制造设备光固化快速成型工艺，也常被称为立体光刻成型，英文的名称为StereoLithography，简称SL。图1-83DSystems公司的SLA-250机型特点：研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的一种快速成型工艺。应用：能简捷、全自动地制造出历来各种加工方法难以制作的复杂立体形状，在加工技术领域中具有划时代的意义。类型：分别是SLA、LCD和DLP三种工艺。图1-15光固化3D打印机成型原理：是紫外灯发出光源，然后通过液晶屏“切割”出每一层形状的光源，投射到离型膜上，一次性固化将整个层面进行固化，层层叠加，直至完成。读书引导法图片展示法PPT展示图片学生记录笔记归纳教师带领学生进行知识梳理：1.FDM增材制造设备的工作原理、组成部分；2.光固化增材制造设备特点、应用、类型、成形原理。归纳法根据板书归纳总结教师总结本小节内容：学生认识FDM增材制造设备及光固化增材制造设备的工作原理、组成、特点及应用知识。讲授法布置作业1、增材制造设备选择主要依据哪些参数？2、不同种类的增材制造设备，其原理分别是什么？学生课下独立完成板书设计项目1增材制造设备基本操作任务1认识增材制造设备及原理1.认识FDM增材制造设备工作原理：通过加热器熔化，挤压喷出并堆积一个层面，然后将第二个层面用同样的方法建造出来，并与前一个层面熔结在一起，如此层层堆积而获得一个三维实体。组成：(1)机体框架（2）机械轴（3）控制电路（4）喷嘴（5）挤出机（6）电源2.认识光固化增材制造设备特点：应用：类型：光固化3D打印机工作原理：增材制造工艺与应用教案课程名称增材制造工艺与应用课题名称（项目、任务、情境）项目1增材制造设备基本操作任务2认识增材制造的工作流程授课地点理实一体实训室课时课时教学目标知识目标理解增材制造的工作流程。能力（技能）目标具有流程优化与问题解决的能力。情感目标培养学生分析问题、解决问题的主动思考习惯。教学重点难点重点增材制造的工作流程及技术原理。难点增材制造的工作流程及技术原理。教学资源多媒体教学课件、教材能力训练任务及案例课堂反思

步骤时间分配教学内容教学方法教学手段学生活动旧课复习通过上一节课学习后，教师带领学生复习以下内容，并请学生进行回答：1、上节课我们学习了哪些增材设备？2、桌面3D打印机中硬件结构中都有哪些部分组成？提问法PPT展示问题，引发学生思考抢答，赢得平时成绩告知本节课我们学习项目1增材制造设备基本操作中的任务2认识增材制造的工作流程，要求学生理解增材制造的工作流程，具有流程优化与问题解决的能力，培养学生分析问题、解决问题的主动思考习惯。讲授法引入了解增材制造的基本工作流程和特点，理解各流程的基本工作内容，区分不同增材制造工艺的具体流程差异，思考学习增材制造的各流程的合理顺序。讲授法PPT展示图片操练任务2认识增材制造的工作流程1.增材制造工艺的基本工作流程增材制造技术根据路线不同，可分为五个类别：光固化立体造型（SLA）、叠层实体制造（LOM）、三维打印快速成型（3DP）、熔融层技术（FDM）和选择性激光烧结成型（SLS）。工艺主要包括以下五个步骤，如图1-16所示：图1-16AM工艺流程（1）建立三维模型格式：采用*STL格式存储途径：使用三维画图软件去建立模型、从网络下载模型、使用三维扫描设备扫描获得模型。绘图软件：PROE、3DMAX、SOLIDWORKS、NX等模型：利用网络下载、使用3D扫描仪获得图1-18各式各样的三维扫描仪重难点知识讲授法图片展示法PPT展示图片学生记录笔记步骤时间分配教学内容教学方法教学手段学生活动（2）数据处理切片厚度需要根据不同机型和制件来调整。而厚度的精准度往往取决于分层件的性能优劣和3D打印设备的精度，分别实现STL文件格式转存和切片处理。（3）设备准备图1-22加工设备（4）加工选择合适的技术参数（如温度、速度、填充密度等），就能确保层与层之间粘连良好，即可保证逐层叠加打印成型。（5）后处理一般的后处理方式有：打磨、浸喷树脂、瞬时高温气流、溶剂蒸汽等。读书引导法图片展示法PPT展示图片学生记录笔记深化2.其他类型增材制造技术的原理增材制造工艺的全过程可以归纳为三个步骤图1-23增材制造的基本工作流程（1）前处理主要包括三维CAD数字模型的建立、数字模型的近似处理和分层切片处理。（2）分层叠加成型包括模型二维截面轮廓的制作与叠加。（3）后处理主要包括工件的剥离、后固化、修补、打磨、抛光和表面强化处理等目的：提高模型表面质量、改善零件的机械性能。3.增材制造技术的优势（1）使复杂模型的直接制造成为可能，提高了制造复杂零件的能力，大大提升产品形状和结构的复杂度；（2）使模型或零件的制造时间缩短数倍甚至数十倍，大大缩短新产品研制周期；（3）可以及时发现产品设计的错误，做到早找错、早更改，避免更改后续工序所造成的大量损失，显著提高新产品投产的一次成功率；（4）增材制造让企业以更低廉的成本，快速制造个性化产品。其小批量生产的优势，与现代消费者日新月异的需求更完美地契合；（5）使设计、交流和评估更加形象化，使新产品设计、样品制造、市场订货、生产准备等工作能并行进行，支持同步（并行）工程的实施；（6）解决人才短缺问题和降低生产成本:相较于传统生产方式，增材制造能有效降低生产成本与进入门槛。（7）节省了大量的开模费用，成倍降低新产品研发成本。4.增材制造行业发展前景（1）国\t"/news/chanye/20220718/_blank"家政策支持（2）行业生态体系成形（3）行业应用场景潜力巨大（4）行业应用不断深化（5）精度控制技术（6）高效制造技术（7）复合材料零件增材制造技术重难点知识讲授法图片展示法PPT展示图片学生记录笔记归纳教师带领学生进行知识梳理：1.增材制造工艺的基本工作流程；2.其他类型增材制造技术的原理；3.增材制造技术的优势；4.增材制造行业发展前景。归纳法根据板书归纳总结教师总结本小节内容：要求学生理解这些增材制造的工作流程，具有流程优化与问题解决的能力，培养学生分析问题、解决问题的主动思考习惯。讲授法布置作业1、增材制造的基本工作流程是什么？2、增材制造技术的优势有哪些？学生课下独立完成板书设计项目1增材制造设备基本操作任务2认识增材制造的工作流程1.增材制造工艺的基本工作流程（1）建立三维模型（2）数据处理（3）设备准备（4）加工（5）后处理2.其他类型增材制造技术的原理（1）前处理（2）分层叠加成型（3）后处理3.增材制造技术的优势4.增材制造行业发展前景增材制造工艺与应用教案课程名称增材制造工艺与应用课题名称（项目、任务、情境）项目1增材制造设备基本操作任务3FDM成型设备的基本操作授课地点理实一体实训室课时课时教学目标知识目标掌握增材制造设备的基础应用。能力（技能）目标具有增材制造设备基本操作的能力。情感目标使学生养成安全使用设备和工具的良好职业习惯。教学重点难点重点FDM成型设备的基本操作步骤。难点FDM成型设备的基本操作步骤。教学资源多媒体教学课件、教材能力训练任务及案例课堂反思

步骤时间分配教学内容教学方法教学手段学生活动旧课复习通过上一节课学习后，教师带领学生复习以下内容，并请学生进行回答：1、增材制造工艺五个步骤是什么？2、增材制造的基本工作流程是什么？提问法PPT展示问题，引发学生思考抢答，赢得平时成绩告知本节课我们学习项目1增材制造设备基本操作中的任务3FDM成型设备的基本操作，要求学生掌握增材制造设备的基础应用，具有增材制造设备基本操作的能力，使学生养成安全使用设备和工具的良好职业习惯。讲授法引入增材制造技术应用工种一般可以分为初级、中级和高级三个等级，每个级别的具体要求也不同，其中3D打印设备的操作又分为基本操作和进阶操作。通过本任务的学习，首先需要分清FDM成型设备基本操作有哪几种工况，具体操作步骤是什么，以及使用过程中的一些注意事项。讲授法PPT展示图片操练任务3FDM成型设备的基本操作1.工况一以桌面型三角洲FDM3D打印机为例，主要包括以下操作内容。（1）清理工作台打印前要确保工作台清洁，使用前可用铲子轻铲工作台表面，确保工作台表面无异物。必要时可松下工作台上的三个固定螺钉，拆下工作台清理，清理完成后再将工作台装回原位，拧紧固定螺钉，如图1-24所示。图1-24清理工作台（2）开机连接电源线，将电源线圆孔插入打印机电源插孔，电源线插头插入220V三孔插座中。打开打印机侧面红色电源开关，此时控制面板点亮，进入打印机主控制界面，如图1-25所示。操作触控面板按键“工具”→“手动”，在打开的界面中单击回零键，检查各运动轴是否能够正确回零。重难点知识讲授法图片展示法PPT展示图片学生记录笔记步骤时间分配教学内容教学方法教学手段学生活动图1-25打印机开机及回零（3）开始打印将待打印模型Gcode文件的拷入SD卡，然后SD卡将插入3D打印机的SD卡插槽（若打印程序已经存入SD卡，或批量件正在打印，则可以省略该步骤）；单击主控制界面的”打印”按钮，在文件列表中，选择要打印的Gcode文件（若当前页面找不到目标文件，可通过上下箭头键翻页查找）。选中待打印文件后，进入打印确认界面，单击三角箭头即可开始打印，待热床和喷头温度达到设定值之后，打印机喷头移动至打印准备位置，打印机开始工作，如图1-26所示。图1-26文件选择及开始打印（4）打印完成开始打印后3D打印机会自动工作直至完成打印，期间不需要人为干预，待打印完成后取下模型即可，操作者可根据需要继续打印或直接关机。读书引导法图片展示法PPT展示图片学生记录笔记深化2.工况二以桌面型三角洲FDM3D打印机为例，主要包括以下操作内容。（1）安装打印丝对于设备上没有打印丝的情况，直接安装耗材即可。单击主控制界面“工具”→“装卸耗材”→“进丝”按钮，在打开的界面中单击“E1”的温度图标，开始材料预热。待喷头达到预热值，将打印丝材放置在料盘架上，拉出一段丝材，用偏口钳进行修整并剪出斜口，左手按压挤出机手柄，使送丝搓轮松开，右手将打印丝插入送丝管中，单击“进丝”图标，直至熔融丝材从喷嘴中光滑挤出，单击“停止”图标，如图1-27所示。图1-27安装打印丝（2）卸载打印丝对于设备上有打印丝但需要更换材料的情况，必须先卸载原有打印丝，再安装新打印丝。操作方法与安装打印丝基本相同，如图1-27所示依次单击“工具”→“装卸耗材”→“退丝”按钮。但与安装打印丝所不同的是，卸载打印丝一般情况下必须先预热，待喷头部分的打印丝融化之后才能进行卸载操作；而安装打印丝尤其是第一次安装打印丝喷头内比较干净时，可以不用预热喷头，只是在开始打印时得有一段空走才会正常出丝。（3）开始打印更换耗材之后3D打印设备就处于完全就绪状态，剩余操作参照工况一执行。重难点知识讲授法图片展示法PPT展示图片学生记录笔记归纳教师带领学生进行知识梳理：1.工况一以桌面型三角洲FDM3D打印机为例，主要包括以下操作内容。（1）清理工作台（2）开机（3）开始打印（4）打印完成2.工况二以桌面型三角洲FDM3D打印机为例，主要包括以下操作内容。（1）安装打印丝（2）卸载打印丝归纳法根据板书归纳总结教师总结本小节内容：要求学生掌握增材制造设备的基础应用，具有增材制造设备基本操作的能力，使学生养成安全使用设备和工具的良好职业习惯。讲授法布置作业1、FDM成型设备的基本操作步骤？2、FDM成型设备的使用注意事项？学生课下独立完成板书设计项目1增材制造设备基本操作任务3FDM成型设备的基本操作1.工况一以桌面型三角洲FDM3D打印机为例，主要包括以下操作内容。（1）清理工作台（2）开机（3）开始打印（4）打印完成2.工况二以桌面型三角洲FDM3D打印机为例，主要包括以下操作内容。（1）安装打印丝（2）卸载打印丝增材制造工艺与应用教案课程名称增材制造工艺与应用课题名称（项目、任务、情境）项目1增材制造设备基本操作任务4光固化成型设备的基本操作授课地点理实一体实训室课时课时教学目标知识目标掌握光固化成型设备的基本操作方法。能力（技能）目标具有增材制造设备基本操作的能力。情感目标使学生养成安全使用设备和工具的良好职业习惯。教学重点难点重点光固化成型设备的基本操作方法。难点光固化成型设备的基本操作方法。教学资源多媒体教学课件、教材能力训练任务及案例课堂反思

步骤时间分配教学内容教学方法教学手段学生活动旧课复习通过上一节课学习后，教师带领学生复习以下内容，并请学生进行回答：1、FDM成型设备基本操作有哪几种工况？2、具体操作步骤是什么，以及使用过程中的一些注意事项？提问法PPT展示问题，引发学生思考抢答，赢得平时成绩告知本节课我们学习项目1增材制造设备基本操作中的任务4光固化成型设备的基本操作，要求学生光固化成型设备的基本操作方法，具有增材制造设备基本操作的能力，使学生养成安全使用设备和工具的良好职业习惯。讲授法引入光固化3D打印设备的操作也可以分为基本操作和进阶操作。通过本任务的学习，首先需要分清光固化成型设备基本操作有哪几种工况，具体操作步骤是什么，以及使用过程中的一些注意事项。讲授法PPT展示图片操练任务4光固化成型设备的基本操作以桌面型光固化3D打印机为例，主要包括以下操作内容。（1）清理工作LCD光固化3D打印机在成型过程中打印平台与离型膜是面接触，由于光固化打印层厚较小，因此任何小的杂质或异物都可能损坏打印机的成像屏，因此必须认真清理打印平台和料槽。进行清洗工作前，需佩戴好护目镜、口罩、医用橡胶手套等防护工具，确保清洗工作安全顺利地进行。使用沾有干净酒精的无纺布或者纸巾擦拭清洁打印平台、料槽以及成像屏幕，确保打印平台、料槽以及成像屏幕表面没有残余树脂和尘土，如图1-28所示。图1-28清洗打印平台、料槽、成像屏（2）开机连接电源线，将电源线圆孔插入打印机电源插孔，电源线插头插入220V三孔插座中。打开光固化打印机侧面电源开关，此时控制面板点亮，启动打印机控制系统，如图1-29所示。重难点知识讲授法图片展示法PPT展示图片学生记录笔记步骤时间分配教学内容教学方法教学手段学生活动图1-29开机界面操作触控面板按键“工具”→“手动”，再打开的界面中单击“”回零键，使运动轴归零，如图1-30所示。图1-30回零操作（3）装填打印材料根据打印制件的要求合理选择光固化树脂材料，在倒入料槽之前，一般需要对树脂材料进行手动摇晃，避免部分树脂材料因长时间存放而导致色素沉淀。装填树脂材料时，需谨慎操作，避免液态树脂材料四处飞溅。单次装填树脂材料的量一般不少于料槽容积的三分之一，且不超过料槽容积的二分之一即可，如图1-31所示。图1-31装填耗材（4）准备打印将U盘插入电脑，将待打印的CTB格式文件的从电脑上拷入U盘中，然后将U盘插入光固化3D打印机的USB卡槽，如图1-32所示。图1-32准备打印文件单击触控面板“打印”图标，在打开的界面中，选择要打印的CTB格式文件，若当前页面没有，可通过上下箭头键翻页，找到待打印文件后，单击开始打印按钮，打印机开始工作，如图1-33所示。图1-33打印文件（5）回收打印耗材当光固化成型设备完成打印之后，请佩戴好护目镜、口罩、医用橡胶手套等防护工具，将打印平台上面的制件取下，并连同打印平台一起进行清洗之后，就可以进行材料回收操作了，具体操作步骤如下：佩戴好护目镜、口罩、医用橡胶手套等防护工具；用过滤网配合漏斗置于树脂材料瓶口，做好材料回收准备；用酒精清洗