工程训练 教学方案 数字化设计与制造

《数字化设计与制造》课程教学方案学期：2022~2023学年第1学期主讲教师葛亚楠、洪颖所在部门公共实验教学部编号1授课周次第三周_1授课班级0519106、0519107、0519108、0519109、0519111所属专业机械工程课时安排4学时教学课型理论课☑实验课□习题课□实践课□其它□教学内容金属增材制造简介及分类（10min）金属增材制造技术简介及与传统制造的区别金属增材制造技术分类选区激光熔化技术（SLM）（40min）选区激光熔化（SLM）——精密构件制造选区激光熔化材料体系、粉末流动性对成型精度的影响选区激光熔化设备选区激光熔化工艺选区激光熔化打印步骤激光熔覆技术（LMD）（30min）激光熔覆（LMD）——大型构件制造激光熔覆材料体系激光熔覆设备激光熔覆熔覆步骤激光熔覆实例讲解金属增材制造应用及成品展示（20min）金属增材制造应用现状金属增材制造成品展示金属增材制造研究课题及高校团队（30min）嵌入式晶格减振超结构熔池温度场ANSYS仿真模拟国内五大高校研究团队结论与展望（20min）面临的挑战发展路线前沿拓展教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）课程总体目标：通过学习金属增材制造基本概念——原理、材料、工艺、设备，金属增材制造技术实际应用案例，以及其在航空航天等领域的应用现状与发展前景，使学生掌握金属增材制造的基本理论和基础知识，进一步提升对增材制造技术的认识，培养学生创新精神，为学生今后的学习、工作、实践打下良好的基础。第一章目标：掌握金属增材制造的基本原理、与传统制造方式的区别及分类；第二、三章目标：介绍金属增材制造的两类关键技术——选区激光熔化及激光熔覆技术，使学生掌握定义、发展历史，了解材料体系、设备、工艺、加工流程多个方面知识；第四章目标：掌握金属增材制造技术的应用领域，熟悉不同材料、不同结构特征的金属打印样件的外观及加工质量；第五章目标：了解金属增材制造相关研究课题和国内高校研究团队；第六章目标：了解目前金属增材制造的瓶颈难题、未来金属增材制造的前沿成果和发展趋势。教学重点和难点教学重点：掌握金属增材制造的概念、原理、应用领域和发展前景。教学难点：理解金属增材制造的四个实例及两个研究课题。教学方式讲授教学手段图表、视频、实物教学过程中使用的案例案例一：名称：粉末流动性对成型精度的影响。主要内容：讲述如何通过筛选获得不同流动性的粉末，然后打印成型，研究对成型精度的影响。对应章节或知识点：激光选区熔化材料体系。案例二：名称：鼓风机叶轮熔覆。主要内容：通过讲述激光熔覆具体成型鼓风机叶轮的过程，对比传统铸造技术，体现其优势。对应章节或知识点：激光熔覆技术。案例三：名称：液压活塞杆沉积。主要内容：通过详述液压活塞杆表面铁基沉积层的激光熔覆过程，让学生体会激光熔覆技术的表面强化作用。对应章节或知识点：激光熔覆技术。案例四：名称：钛合金薄壁件沉积修复。主要内容：详述激光熔覆技术修复钛合金薄壁件的实际应用案例。对应章节或知识点：激光熔覆技术。教学过程（含复习上节内容、引入新课、中间教学组织、以及如何启发思维等）一、课程的设计编排介绍金属增材制造的概念、与其他增材制造技术的区别；重点介绍两大代表技术——SLM和LMD（结合5院设备以及实际案例）；金属增材制造应用与实物产品展示，让学生更直观感受打印效果；介绍国内金属增材制造研究课题及高校团队；结论与展望二、针对不同专业的课程特色针对理工科学生：在讲述SLM和LMD技术应用案例时，详述背景，实际技术的参数，最终达到效果，激发学生科研兴趣。讲述金属增材制造研究课题与国内高校团队的内容时，开拓学生视野，从零基础开始讲授科研过程的逻辑，启迪学生科研思维，激发学生从事金属增材制造行业的兴趣。针对非理工科学生：以科普为目标，简述增材制造技术的应用案例，重点阐述金属增材制造技术的应用领域与发展前景，开拓学生的视野与眼界。板书设计一、课堂讨论SLS技术中的烧结是什么含义？SLM和SLS相比有什么优势？为什么SLM的熔池形貌中出现了涟漪状波纹以及分界线？3、3D打印在未来能否取代传统制造技术？3D打印在众多加工技术中的地位是什么？4、支撑最少原则是什么？3D打印中过多使用支撑的缺点？二、课后思考1、如何更好地发挥金属增材制造技术在航空航天领域的应用价值？2、金属增材制造技术的未来发展趋势？作业布置课后利用网络资源学习和了解国内外金属增材制造技术水平差距。参考资料一、论文[1]卢秉恒,李涤尘.增材制造(3D打印)技术发展[J].机械制造与自动化,2013,42(04):1-4.DOI:10.19344/ki.issn1671-5276.2013.04.001.[2]Gu,Shen,Yang,Wang.EffectsofprocessingparametersondirectlasersinteringofmulticomponentCubasedmetalpowder[J].MaterialsScienceandTechnology,2006,22(12).[3]DongdongGu,Yves-ChristianHagedorn,WilhelmMeiners,GuangbinMeng,RuiJoãoSantosBatista,KonradWissenbach,ReinhartPoprawe.Densificationbehavior,microstructureevolution,andwearperformanceofselectivelasermeltingprocessedcommerciallypuretitanium[J].ActaMaterialia,2012,60(9).[4]XiebinWang*,J.Yu,J.Liu,L.Chen,Q.Yang,H.Wei,J.Sun,Z.Wang,Z.Zhang*,G.Zhao,J.VanHumbeeck.EffectofprocessparametersonthephasetransformationbehaviorandtensilepropertiesofNiTishapememoryalloysfabricatedbyselectivelasermelting.AdditiveManufacturing,36(2020)101545.[5]LeeA,HudsonAR,ShiwarskiDJ,TashmanJW,HintonTJ,YerneniS,BlileyJM,CampbellPG,FeinbergAW.3Dbioprintingofcollagentorebuildcomponentsofthehumanheart.[J].Science(NewYork,N.Y.),2019,365(6452).[6]ChristosMichas,M.ÇağatayKarakan,PranjalNautiyal,JonathanG.Seidman,ChristineE.Seidman,ArvindAgarwal,KamilEkinci,JeroenEyckmans,AliceE.White,ChristopherS.Chen,Engineeringalivingcardiacpumponachipusinghigh-precisionfabrication,ScienceAdvances,8,16,(2022).二、网络资源1、《王华明谈金属3D打印技术应用航空/航天/月球基地/装备制造业》/video/BV1pt4y1478f?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=81791bea764064b1112b7e6b111a11952、《4D打印是什么？和3D打印有什么区别？对我们生活有什么影响？》/video/BV1Fp4y1S7UY?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=81791bea764064b1112b7e6b111a1195教学后记一、教学总结在课堂中通过实物展示的方式让学生对金属增材制造这项工艺留下了更加深刻的印象，实际教学中效果较好，学生对此很感兴趣。在第六章中介绍了一些国内外的前沿成果，比如4D打印、5D打印，增添了课堂的前瞻性，激发了学生们对未来科技的想象力，课堂反馈效果较好。二、教学反思第四章航空航天应用领域部分引入的视频时长过长，学生注意力不够集中。改进措施：应当对视频的内容做到更精简的把控，展示最重点的内容。设计的内容较多，环节较多，实例介绍和实物展示环节