《增材制造》课程教学大纲（本科）.docx

增材制造课程教学大纲一、课程基本情况课程代码：1011239068课程名称：增材制造/Additive nufacturing课程类别：学科专业选修课程学分：2总学时：32理论学时：32实验/实践学时：0适用专业：技术与工程适用对象：本科先修课程：程序设计基础、材料科学基础教学环境：多媒体教室开课学院：材料科学与工程学院二、课程简介增材制造是技术与工程专业的一门专业选修课程。通过本课程的学习，使学生系统 认识3D打印机的原理和结构，掌握3D打印成形工艺，了解3D打印技术的应用进展趋势。 培养学生对3D打印技术的兴趣和爱好，为今后的科研与工作奠定基础。对接岗位能力需求：通过学习，了解3D打印技术的现状，开阔学生的视野，丰富学 生的生活，发展学生的创意思维，激发学生学习技术的兴趣与热情。形成初步的3D制造 技术概念以和了解3D建模的方法，以及对技术作品的鉴赏能力。学习3D建模技能，提高 学生的动手能力；实现能力的迁移与拓展。同时培养学生的社会责任感；提高学生的技术素 养。营造浓厚的学习气氛，让学生在借鉴中模仿，在模仿中思考，在思考中创新，增强社会， 生活，知识产权观念，提高科学理论精神和技术素养。三、课程教学目标1 .通过对本课程的学习及实验练习，能对大学本科学生在将来的工作中解决材料的评 价、选用及改进材料性能等问题打下坚实的基础。使学生了解3D打印技术应用的现状和发 展趋势，知道所要从事材料科学研究领域中应当掌握哪些3D打印技术和知识。2 . 3D打印技术是综合了机械、电子、光学、材料等方面的学科，这就要求学生具备这 些学科的基础知识，以便的学习这门课程；耍求学生对3D打印技术的成型原理、成型工艺 及特点有比较全面而系统的认识；了解各种成型工艺中特定的材料、技术、影响因数、应用 环境及其优缺点等。3 .能灵活地相互借鉴，并对3D打印技术的研究方向有一定了解；培养学生对3D打印 技术学习的兴趣，培养学生的发散性思考，培养学生思考和解决问题的能力，培养和提高学 生应用3D打印技术处理解决实际问题的能力。4 .培养学生细心踏实、头脑敏锐、勇于创新、灵活变通的应用型思考。具有正确的科 学文化素养和不断学习和推广新技术的进取精神。四、教学课时安排（一）学时分配主题或教学内容总学时学时完成课程知识点讲课实验实践教学目标主题1绪论22001主题23D打印基础理论22001主题33D打印材料技术6600主题43D打印能源技术6600主题53D打印数据反求技 术4400主题63D打印软件技术4400主题7异质材料3D打印技 术4400主题8三维实体微打印技 术4400合计323200五、难点及教学设计主题1绪论L教学内容三维打印技术的发展进程、三维打印及其制品的定义分类、发展概况及发展方向。2 .教学三维打印技术的发展概况及有关新技术3 .教学难点三维打印技术的发展概况及有关新技术4 .教学方案设计(含教学方法、教学手段)启发式、互动式、讨论式主题2三维打印基础理论.教学内容掌握受迫成型、去除成型、和生长成型的成型过程；掌握离散/堆积成型的成型过程； 了解固化单元、CAD实体点的概念；掌握离散-叠加过程的三个层次；明确三维打印零件的 特点，了解其变形的宏观表现；了解三维打印零件的层内应力和层间应力的分析方法，掌握 抑制三维打印零件分层破坏的措施；掌握三维打印的精度分类，以及各精度的定义；了解三 维打印零件精度的测量次数的优化方法；掌握影响三维打印零件精度的因素；了解异质零件 (MP)、异质实体(E0)和STL文件格式的概念，以及微四面体的创建流程。1 .教学离散一叠加过程；三维打印零件的变形理论，包括零件特点，变形的宏观表现、层内/层 间的应力分析及抑制分层破坏的措施；三维打印的精度分类以及影响精度的因素。2 .教学难点三维打印零件的层内应力分析；三维打印零件的层间应力分析。3 .教学方案设计(含教学方法、教学手段)启发式、互动式、讨论式主题3三维打印材料技术1 .教学内容解目前对三维打印材料的研究工作;理解光固化的概念,光固化的,光固化的物质基础， 光固化成型过程，了解光固化成型技术的优点；掌握光固化树脂的特性，光固化组成体系中 预聚物、活性单体、光引发剂、添加剂的种类和作用；明确导电型光敏树脂、纤维树脂复 合材料、光敏树脂的陶瓷强化的作用与应用，了解光固化成型的发展与研究方向；了解适合 SLS工艺中应用的高分子粉末材料、石蜡粉末材料、陶瓷粉末材料、覆膜砂粉末材料、塑料 粉末材料、金属粉末材料；了解适合LOM工艺中应用的纸质材料、陶瓷材料；了解适合FDM 工艺中应用的熔丝线材、FDM陶瓷材料、木塑复合材料，以及适用于FDM工艺的支撑材 料；了解适合3DP工艺中应用的塑料材料、金属材料、陶瓷材料以及新发展起来的多孔钛 材料、粉末材料、生物材料，以及适用于3DP工艺的支撑材料；掌握剥离、修补、打磨、 抛光和表面涂覆的材料后处理方法。2 .教学满足三维打印系统特殊成型工艺的成型材料种类及应用。3 .教学难点光固化成型体系的组成，以及各物质的作用。4 .教学方案设计（含教学方法、教学手段）启发式、互动式、讨论式主题4三维打印能源技术1 .教学内容明确SL工艺中快速成型系统、光学系统、成型材料对光源的要求；掌握SL工艺的三种 光源：气体激光器、固体激光器、半导体激光器；了解SL工艺中的紫外辐射光学系统；了 解SLS工艺中的光学系统；了解FDM工艺中的加热系统；了解LOM工艺中的辐筒式加热系 统和平板式加热系统；了解LOM工艺中浮动辐热压、平板式热压、气囊式热压、板式热压； 了解3DP工艺中连续喷墨系统、按需滴落式喷墨系统。2 .教学三维打印工艺所使用的两类能源系统：以光源为主的能源系统、以加热为主的能源系统; SL工艺中对光源选择的依据，以及常用激光器光源：气体激光器、固体激光器和半导体激 光器。3 .教学难点本章节中各种结构示意图。4 .教学方案设计（含教学方法、教学手段）启发式、互动式、讨论式主题5三维打印数据反求技术L教学内容掌握实物反求工程的定义，三维反求工程的四个阶段和三维打印数据反求技术的面数 据采集法和体数据采集法；了解三维打印数据反求技术的应用以及的研究现状；了解体数据 反求技术中的CT测量法、MRI测量法和超声波测量法，掌握层去图像扫描测量法；了解面 数据反求技术中的激光三角形法、投影光栅法和立体视觉测量方法，掌握三坐标测量法和结 构光三维扫描法。5 .教学实物反求工程的定义，三维反求工程的四个阶段；体数据反求技术：层去图像扫描测量法；面数据反求技术：三坐标测量法、结构光三维扫描法6 .教学难点结构光三维扫描法中的关键技术，如系统标定、结构光编码、测量数据拼接处理技术。7 .教学方案设计（含教学方法、教学手段）启发式、互动式、讨论式主题6三维打印软件技术1 .教学内容了解三维打印软件的运行流程；了解三维打印软件设计方法分类，包括正向设计、逆向 设计、正逆向混合设计；掌握正向设计技术和逆向设计技术，包括正向建模方法、STL文件、 数据预处理、离散曲面建模方法；掌握模型支撑添加技术，包括支撑添加的类型，支撑添加 的途径；掌握STL切片技术，包括定层厚拓扑切片、定层厚容错切片、直接分层切片；了解 三维打印成型工艺数据处理流程。2 .教学正向设计技术中正向建模方法，几何建模的分类和特征建模的定义及分类；逆向设计的 概念，离散数据的表示，STL文件遵循的规则，STL文件性检查和修复；数据预处理的作用 和方法，离散曲面建模方法；模型支撑的类型，以及添加途径；拓扑切片流程运用到的方法， 扫描工艺中的扫描设计准则和扫描。3 .教学难点特征建模中的参数化设计和变量化设计，二者都是基于特征设计和全数据实现尺寸驱动 设计修改；不同点在于参数化设计强调尺寸全约束，利用尺寸约束，而变量化设计可以过约 束，也可欠约束，可是尺寸约束，也可几何、工程约束；STL文件遵循规则，不满足规则可 能出现的缺陷，修 复文件用到的算法和流程；拓扑切片流程包括拓扑信息重建，奇异点排 除，搜索求交，整序保存四个过程；直接分层切片在精度上要注意阶梯效应和包容问题这两 方面；如何运用坐标极值判别法进行零件层片内外轮廓的设别，扫描数据的3个步骤及扫描 设计的3个准则。4 .教学方案设计（含教学方法、教学手段）启发式、互动式、讨论式主题7异质材料三维打印技术1 .教学内容了解异质实体分类：人造型E0、自然型E0、变异型E0,异质材料在零件上的应用以 及异质材零件的发展现状；掌握静态型异质材料建模：结构空间描述、材料空间的描述；了 解E0静态建模方法的研究现状：基于体素E0建模、基于B-Rep的E0建模；掌握基于微四 面体的E0内外表面材料设计方法；掌握动态异质材料的概念，了解基于特征节点的动态E0 材料建模方法；掌握微滴喷射工艺在三维打印技术中的应用，了解在此基础上的异质材料模 型的设计和制造流程。2 .教学静态型EO CAD空间描述；E0静态建模方法：基于体素E0建模、基于B-Rep的E0建 模；基于微四面体的E0内外表面材料设计；微滴喷射工艺与三维打印技术的结合。3 .教学难点基于微四面体E0内外表面材料设计；基于微滴喷射的E0零件成型方法。4 .教学方案设计（含教学方法、教学手段）启发式、互动式、讨论式主题8三维实体微打印技术.教学内容掌握液料光固化微立体光刻过程；掌握液滴微喷射原理，微液滴沉积成形原理；了解热 气泡式液滴微喷射、压电容积式微喷射、气动液滴微喷射、脉冲惯性式液滴微喷射；了解三 维实体微打印成型设备；了解三维实体微打印的应用和发展趋势。1 .教学液料光固化微立体光刻过程；微液滴喷射原理，以及热气泡式、压电容积式和气动式液 滴微喷技术；微液滴沉积成形机理。2 .教学难点热气泡式、压电容积式和气动式液滴微喷技术的微液滴喷射机理。3 .教学方案设计（含教学方法、教学手段）启发式、互动式、讨论式六、学生成绩评定根据课程类型、课程性质、课程内容及特点，确定适合的考核及成绩比例，考核学生获 取知识的能力、应用所学知识分析问题和解决问题能力、实践动手能力和等；考核采用多种 形式（测验、答辩、文章、项目等）、多个阶段（平时测试、作业测评、课外阅读、社会实 践、期末考核等）、多种类型（作品、课堂实训、课堂讨论、社会调查、竞赛等）等全过程 的考核。学生成绩评定样表注:考核平时成绩期中 考试期末 考试出勤作业课堂表现阶段测验答辩项目小文章其他VV实验 报告成绩比例10102060L过程考核包括平时成绩和期中考试，根据本课程要求在所采取的考核下方打2,期末考试为必修选，且占总成绩的比例不低于40%；4 .采用其他考核的要写明具体形式。七、教材、参考书目、重要文献以及课程网络资源建议教材：杨继全等主编.三维打印设计与制造,科学,2013参考书：（1）胡迪利普森主编.3D打印:从想象到现实.中信,2013（2）吴怀宇主编.3D打印：三维智能数字化创造,电子工业,2015（3）徐旺主编.3D打印：从平面到立体.清华大学,2014课程网络资源：（1） 6dcalf7143d#/?resld=ff8080815001e3ff015017a0f97el547