3D打印在高分子成型設(shè)備課程中的應(yīng)用

1、    3d打印在高分子成型設(shè)備課程中的應(yīng)用    于二雷 胡蕊摘 要：高分子成型設(shè)備課程中設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零部件種類(lèi)多，課堂教學(xué)效果較差且學(xué)生積極性不高。本文利用3d打印結(jié)合工程制圖和高分子綜合實(shí)驗(yàn)營(yíng)造了設(shè)備及零件的模型制造平臺(tái)，從而提高學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解以及實(shí)際的動(dòng)手能力。關(guān)鍵詞：高分子成型設(shè)備;3d打印;教學(xué)改革1 課程簡(jiǎn)介高分子成型設(shè)備課程是高分子材料的專(zhuān)業(yè)課，對(duì)本科生認(rèn)識(shí)和了解加工工藝有重要意義。增強(qiáng)學(xué)生對(duì)塑料成型設(shè)備的認(rèn)識(shí)，使學(xué)生具有較好的分析、解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。1高分子成型設(shè)備是鞏固補(bǔ)充高分子化學(xué)、高分子物理、高分子成型

2、加工、工程制圖等課程知識(shí)的輔助環(huán)節(jié)，本課程著重塑料加工中的主要設(shè)備包括液壓成型機(jī)、混合攪拌機(jī)、開(kāi)煉機(jī)、密煉機(jī)、壓延機(jī)、螺桿擠出機(jī)、注射成型機(jī)的整體結(jié)構(gòu)、主要零部件以及相關(guān)產(chǎn)品聯(lián)動(dòng)線。2由于課程內(nèi)容較為繁多，與實(shí)際動(dòng)手能力結(jié)合較強(qiáng)，但是在教學(xué)過(guò)程中偏理論講解，教學(xué)效果較差。在課程中學(xué)生反映對(duì)于設(shè)備的理解缺乏空間的形象認(rèn)識(shí)，對(duì)于各種零部件的組成無(wú)法與實(shí)際相聯(lián)系。因此，本文試將高分子綜合實(shí)驗(yàn)課程中的3d打印3與成型設(shè)備相結(jié)合，提高教學(xué)效果以及學(xué)生的積極性。2 3d打印對(duì)課程的改進(jìn)目前的高分子成型設(shè)備主要是理論講解，但由于其中機(jī)械的零部件種類(lèi)繁多，在課堂上很難讓學(xué)生一次性接收大量的知識(shí)。4本人在綜合實(shí)

3、驗(yàn)課程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)于3d打印實(shí)驗(yàn)興趣濃厚，但是相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程較少，3d打印機(jī)經(jīng)常閑置。5因此，本文利用學(xué)生的課后時(shí)間設(shè)計(jì)零件的cad模型并用作3d打印，通過(guò)課堂講解-布置任務(wù)及設(shè)計(jì)-3d打印-課堂總結(jié)的模式提高學(xué)生的積極性以及對(duì)內(nèi)容的理解，以下將以壓延機(jī)為例對(duì)教改內(nèi)容進(jìn)行說(shuō)明：2.1 課堂講解壓延機(jī)6-7是高分子材料加工中的重要設(shè)備，可用于壓片、擦膠、貼合、壓型、壓光等操作。在相關(guān)課程講授中，其主要內(nèi)容包括基本結(jié)構(gòu)、主要零部件、主要性能與參數(shù)、聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)線等。在課堂講解過(guò)程中，主要講授這些內(nèi)容，以便學(xué)生有一個(gè)整體性的認(rèn)識(shí)。8-9然后對(duì)其中的主要零部件的構(gòu)造和影響因素進(jìn)行講解，讓學(xué)生在下一步的設(shè)計(jì)

4、思路有所把握。例如，壓延機(jī)中最主要的零部件輥筒有幾點(diǎn)參數(shù)需要注意：足夠的剛性，以保證撓曲變形最小;足夠的硬度，以抵抗磨損;良好的精度和表面光潔度;良好的導(dǎo)熱性，幾何形狀應(yīng)合理防止應(yīng)力集中等。2.2 布置任務(wù)及設(shè)計(jì)在課堂講解完以后，給學(xué)生布置課后任務(wù)來(lái)鞏固教學(xué)，為了提高學(xué)生的實(shí)踐能力，將學(xué)生分為幾個(gè)大組，每組做一種零部件，每組的人數(shù)根據(jù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)影響參數(shù)來(lái)定，給每組一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)零部件的圖，讓其在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改變。同樣以輥筒為例，由于輥筒有剛性、光潔度、精度、幾何形狀等可用于3d打印設(shè)計(jì)的參數(shù)，將此組人數(shù)定為4人，每人負(fù)責(zé)不同的結(jié)構(gòu)改變，并預(yù)測(cè)對(duì)零部件產(chǎn)生的影響。接下來(lái)學(xué)生在課后進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作業(yè)，在標(biāo)

5、準(zhǔn)件的基礎(chǔ)上，以輥筒的幾何形狀為例，學(xué)生要做多個(gè)形狀的設(shè)計(jì)，包括橢圓形、圓柱形等，并對(duì)其應(yīng)力集中的點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算或者預(yù)測(cè)，在此基礎(chǔ)上通過(guò)所學(xué)知識(shí)與其對(duì)于其他零部件的影響作出判斷。2.3 3d打印3d打印采取分組分時(shí)間段打印的方法。由于有多臺(tái)3d打印機(jī)，每組可在同一時(shí)間進(jìn)行打印，提高了組員之間的交流協(xié)作能力。學(xué)校有3d大印大賽，優(yōu)秀的作品可推薦到學(xué)校比賽作品當(dāng)中，進(jìn)一步提高學(xué)生的積極性。在實(shí)驗(yàn)中會(huì)出現(xiàn)各種突發(fā)情況，比如在操作中會(huì)發(fā)現(xiàn)在設(shè)計(jì)中沒(méi)有考慮到的問(wèn)題，實(shí)際的模型與理論上的會(huì)有很多的差異性，學(xué)生通過(guò)對(duì)比，對(duì)零件進(jìn)一步優(yōu)化，提高了對(duì)零件設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)、動(dòng)手操作能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。2.4 課堂總結(jié)

6、每組學(xué)生將作品拍照放入ppt中并在課堂上講述設(shè)計(jì)原因，提高學(xué)生的表達(dá)能力。將學(xué)生的打印作品進(jìn)行編號(hào)并照相，對(duì)于其中出現(xiàn)的亮點(diǎn)給與肯定，并講解設(shè)計(jì)原因，出現(xiàn)問(wèn)題的作品進(jìn)行糾正，從而鞏固課堂講授的內(nèi)容。在整門(mén)課程結(jié)束后，將所有學(xué)生的作品整合成為作品合集，不僅可作為學(xué)生對(duì)這門(mén)課的印象，而且可以作為教學(xué)資料在下一屆學(xué)生課堂中進(jìn)行展示，提高教學(xué)效果。在課堂總結(jié)結(jié)束后，將各個(gè)組的學(xué)生作品進(jìn)行整合，每組學(xué)生會(huì)有一到兩個(gè)能夠形成一個(gè)壓延機(jī)結(jié)構(gòu)的多個(gè)零部件，然后進(jìn)行組裝，了解各個(gè)零部件在設(shè)備中的位置和作用，從而對(duì)基本結(jié)構(gòu)也形成了一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。3 結(jié)語(yǔ)高分子成型設(shè)備作為化工及材料類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的重要拓展課程之一，由

7、于其主要內(nèi)容是設(shè)備的結(jié)構(gòu)及參數(shù)，與其他專(zhuān)業(yè)課程的內(nèi)容差別較大，而且內(nèi)容繁雜，學(xué)生的積極性以及對(duì)模型結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)是提高教學(xué)效果的一個(gè)關(guān)鍵。常規(guī)的課堂教學(xué)的單調(diào)性很難讓學(xué)生對(duì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生系統(tǒng)性的理解，常常會(huì)形成只認(rèn)識(shí)書(shū)本上的圖，在實(shí)際操作中無(wú)法與書(shū)中知識(shí)相對(duì)應(yīng)的情況。因此，筆者結(jié)合3d打印實(shí)驗(yàn)，針對(duì)高分子成型設(shè)備課程的特點(diǎn)，提出了堂講解-布置任務(wù)及設(shè)計(jì)-3d打印-課堂總結(jié)的教學(xué)改革模式。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅能夠了解課程的基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)也具備了較好的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力和應(yīng)用能力。參考文獻(xiàn)：1羅權(quán)焜，劉維錦.高分子材料成型加工設(shè)備m.化學(xué)工業(yè)出版社，2011.2劉廷華，魏麗喬，吳世見(jiàn).聚合物成型機(jī)械m.中國(guó)輕工業(yè)出版社，2013.3王雪瑩.3d打印技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及前景分析j.中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2012，26（3）：6-8.4程虎，方志剛.應(yīng)用型高校材料成型設(shè)備課程教學(xué)模式的改革與探討j.科教文匯，2011，201（1）：16.5成思源，周小東，楊雪榮，等.基于數(shù)字化逆向建模的3d打印實(shí)驗(yàn)教學(xué)j.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2015，1.6周殿明.塑料壓延簡(jiǎn)明技術(shù)手冊(cè)m.機(jī)械工業(yè)出版社，2009.7甄延波.高分子材料成型加工技術(shù)的進(jìn)展j.化工中間體，2