課題1-43D打印基礎(chǔ)知識-3D成型的技術(shù)原理

1、專業(yè)機(jī)械工程 /3D設(shè)計者學(xué)習(xí)任務(wù)名稱課題一 3D 打印基礎(chǔ)知識 學(xué)習(xí)活動 4 3D 成型的技術(shù)原理課時課程名稱FDM 3D 打印機(jī)應(yīng)用一體化授課日期教學(xué)對象系主任批準(zhǔn)教學(xué)內(nèi)容分析（學(xué)習(xí)任務(wù)情景描述） ：本課題內(nèi)容 3D 打印系列教材中 3D 打印概述第四章的內(nèi)容，從構(gòu)思、選材到編寫，力 求貼近中職教學(xué)和中職生的實(shí)際情況，力爭激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，不但掌 握 3D 打印技術(shù)，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。教學(xué)對象分析（學(xué)生基礎(chǔ)分析） ：學(xué)習(xí)本課的學(xué)生年齡一般都在 15 16 歲之間，該年齡段的學(xué)生對新鮮事物注意力較持久，他 們善于探索，敢于質(zhì)疑，敢于創(chuàng)新，這些學(xué)生都

2、已具有一定的自主學(xué)習(xí)能力，并初步掌握了電腦操 作。3D 打印的塑造性可以很好的激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。教學(xué)目標(biāo)：知識目標(biāo)： 1、了解 3D 打印技術(shù)的種類； 2、理解主要幾種成型技術(shù)的原理；能力目標(biāo)： 1、能利用網(wǎng)絡(luò)資源，查看、收集、了解 3D 打印成型技術(shù)的有關(guān)資料，提高對 3D 打印 的理解并進(jìn)行交流；情感目標(biāo)： 1、激發(fā)學(xué)生對 3D 打印技術(shù)的興趣； 2、形成正確的技術(shù)使用道德觀、法律觀和人文觀。教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)及其處理方法：重點(diǎn)：1、3D 打印技術(shù)的種類 理由：為今后接觸多種類型的打印機(jī)做知識儲備； 解決方法：結(jié)合視頻，圖片采用直觀演示法。2、3D 成型的技術(shù)原理 理由：掌握 3D 成型的技術(shù)原

3、理，為今后正確應(yīng)用 3D 技術(shù)做鋪墊； 解決方法：教師講授與小組討論相結(jié)合，增強(qiáng)學(xué)生對知識點(diǎn)的理解。難點(diǎn)：1、3D 成型的技術(shù)原理 理由：技術(shù)原理較抽象，學(xué)生不易理解； 解決辦法：直觀教學(xué)，利用 PPT 體手段進(jìn)行展示。教學(xué)環(huán)境及資源準(zhǔn)備：實(shí)訓(xùn)室：配備計算機(jī)及相關(guān)軟件、投影儀、 FDM 3D 打印機(jī)教學(xué)實(shí)施（教學(xué)策略） ： 依據(jù)探究學(xué)習(xí)理論，本課題采用“概念理解探索思考”四個環(huán)節(jié)實(shí)施教學(xué)。在探 索環(huán)節(jié)中，設(shè)計了“問題提出問題解決（動手實(shí)踐）互動交流”三或四個步驟引導(dǎo)學(xué) 生發(fā)揮創(chuàng)造力與協(xié)作學(xué)習(xí)的能力。教學(xué)過程：組織教學(xué)：師生問好，清點(diǎn)人數(shù)導(dǎo)入新課：復(fù)習(xí) 3D 打印流程，展示不同類型打印機(jī)，引入技

4、術(shù)原理 講授新課：課題一 3D 打印基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)活動 4：3D 成型的技術(shù)原理 一、熔融沉積成型技術(shù) 二、數(shù)字光學(xué)處理技術(shù) 三、選擇性激光燒結(jié)技術(shù) 作業(yè)布置：課題一工作頁 相應(yīng)部分完成學(xué)習(xí)活動 4 熔融沉積成型技術(shù) （6 課時）教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖概念1. 熔融沉積成型技術(shù)2. 數(shù)字光學(xué)處理技術(shù)3. 選擇性激光燒結(jié)技術(shù)創(chuàng)建思維導(dǎo)圖 展現(xiàn)知識系統(tǒng)學(xué)習(xí)思維導(dǎo)圖法 明確知識重難點(diǎn)引入知識體系 傳授學(xué)習(xí)方法理解1. 熔融沉積成型技術(shù)及其應(yīng)用2. 數(shù)字光學(xué)處理技術(shù)及其應(yīng)用3. 選擇性激光燒結(jié)技術(shù)及其應(yīng)用點(diǎn)明關(guān)鍵詞 講解知識重點(diǎn)記錄關(guān)鍵詞 掌握知識重點(diǎn)1. 促進(jìn)學(xué)生對關(guān) 鍵詞的理解2.

5、 以點(diǎn)帶面構(gòu)建 知識體系探索【問題提出】 ：1. 利用 FDM我們能夠打印身邊的哪 些東西？2. 利用 SLA 夠打印身邊的哪些東 西？3. 為什么說 SLS是當(dāng)前 3D 打印技 術(shù)發(fā)展影響最深遠(yuǎn)的技術(shù)？提出問題并引導(dǎo) 學(xué)生思考解決辦 法【問題解決】 ： 引導(dǎo)學(xué)生們收集 相關(guān)資料，組織他 們進(jìn)行小組討論， 并各抒己見。1.分組上網(wǎng)搜索 3D 打印 的相關(guān)資料， 并進(jìn)行小組 討論。【互動交流】 ：1. 各抒己見；2. 形成小組報告。充分發(fā)揮學(xué)生的 創(chuàng)造力和協(xié)作學(xué) 習(xí)的能力，在探 索的過程中建構(gòu) 自己的知識世 界，從而獲得解 決問題的能力。思考關(guān)鍵詞： FDM、DLP、SLA、 SLS 思考問題：

6、1.FDM 無法打印哪些產(chǎn)品？這種技 術(shù)的局限何在？2.DLP 技術(shù)有什么優(yōu)缺點(diǎn)？3. 如何后期處理 SLS技術(shù)加工的零 件？1. 引導(dǎo)學(xué)生回顧 關(guān)鍵詞；2. 提出問題，引導(dǎo) 學(xué)生進(jìn)行反思。1. 回顧關(guān)鍵詞2. 反思問題突出關(guān)鍵詞，引 導(dǎo)學(xué)生抓住知識 重點(diǎn)，通過對問 題的反思，強(qiáng)化 知識重點(diǎn)的理解課后反思：附：具體教學(xué)過程課題一 3D 打印基礎(chǔ)知識 學(xué)習(xí)活動 4： 3D 成型的技術(shù)原理 引入新課復(fù)習(xí) 3D 打印流程，展示不同類型打印機(jī)，引入技術(shù)原理 一、熔融沉積成型技術(shù)【概念】熔融沉積成型技術(shù)： Fused Deposition Modeling 縮寫為 FDM，打印噴頭根據(jù) 3D 模型的數(shù)

7、據(jù)，噴射到打印平臺指定位置，熔融狀態(tài)材料在噴出后迅速固化，從而一層一層堆積起來 形成完整物品的技術(shù)。【理解】 FDM的材料包括一切熱塑性的材料，例如經(jīng)過改造的塑料、橡膠、硅膠等，只要具備“加熱時 熔化，降溫后固化”這個特征，就可以用來 3D 打印。所以，近年來人類逐漸開發(fā)出巧克力打印機(jī)、 糖果打印機(jī)，甚至水泥 3D 打印機(jī)。3D打印材料堆積的過程， 就像做蛋糕時擠在上面的奶油花一樣， 把奶油裝在一個錐狀 （像一把老式雨傘）的塑料里，頂部開個小孔，擠出來的奶油一層層堆積成特定的形狀熔融沉積成型技術(shù)工作原理探索】問題提出： FDM具有加熱時熔化，降溫后固化的特征，那么利用 FDM我們能夠打印身邊的

8、 哪些東西 ?問題解決：開動腦筋，搜索資料，小組討論，然后向全班報告思考】：關(guān)鍵詞： FDM問題： FDM技術(shù)無法打印哪些物品？這種技術(shù)存在什么局限？、數(shù)字光學(xué)處理技術(shù)概念】數(shù)字光學(xué)處理技術(shù)： Digital Light Procession縮寫為 DLP，以“光”作為動力，照射到液態(tài)的光敏樹脂（對光很敏感的液態(tài)材料）上，光敏樹脂固化，從而成型。理解】與 FDM用“熱”作為動力不同， DLP是用“光”作為動力的 3D 打印技術(shù)，它使用高分辨率的數(shù) 字光學(xué)處理投影儀，把有輪廓的光，投影到光敏樹脂表面，使表面特定區(qū)域內(nèi)的一層樹脂固化，當(dāng) 一層加工結(jié)束后，就生產(chǎn)物體的一個截面，然后平臺移動一層，固化

9、層上面覆蓋另一層液態(tài)樹脂， 再進(jìn)行第二層投影，第二固化層牢固地黏接在前一層固化層上，這樣一層層疊加而成三維工件。與 DLP相似的是 SLA， SLA是 Stereo Lithography Appearance 的縮寫，即立體光固化成型技 術(shù)。不同的是， DLP是一下子可以成型一個面，而 SLA只可以成型一個點(diǎn)，故 DLP比 SLA要快。 SLA 用特定波長與強(qiáng)度的光聚焦到光固化材料表面，使之按由點(diǎn)到線在垂直方向移動一個層片的高度， 再固化另一個層面。這樣疊加而成一個三維實(shí)體。探索】問題提出：利用 DLP我們能夠打印身邊的哪些東西 ? 問題解決：上網(wǎng)搜索相關(guān)資料，然后進(jìn)行小組討論，各抒己見 思

10、考】：關(guān)鍵詞： DLP、SLA問題： DLP有哪些缺點(diǎn)三、選擇性激光燒結(jié)技術(shù)【概念】選擇性激光燒結(jié)技術(shù)： Selective Laser Sintering 縮寫為 SLS，是將粉末材料在激光照射 高溫條件下進(jìn)行燒結(jié)成型的一種技術(shù)。【理解】SLS技術(shù)是將粉末材料進(jìn)行燒結(jié)成型的一種技術(shù)，和 3DP技術(shù)相似，同樣采用粉末為材料。不 同的是，這種粉末在激光照射高溫條件下才能融化。它的原理是：噴粉裝置先鋪一層粉末材料，將 材料預(yù)熱到接近融化點(diǎn)，再利用激光照射，將需要成型模型的截面形狀掃描，使粉末熔化，將燒結(jié) 部分黏合到一起。此過程不斷循環(huán)，粉末層層堆積，直到最后成型。激光燒結(jié)成型技術(shù)工作原理如 圖 4

11、-6 所示。SLS的最大優(yōu)勢是產(chǎn)品質(zhì)量不受模型復(fù)雜程度的影響，而且產(chǎn)品強(qiáng)度高，使用金屬粉末打印的 模型強(qiáng)度在鍛造和鑄造強(qiáng)度之間。因此利用 SLS技術(shù)可以直接完成成品打印，也可以間接地打印金 屬零件。尤其適用于航空航天、軍事、船舶制造等領(lǐng)域復(fù)雜精密模型的制作，縮短制造周期，減小加工成本。激光燒結(jié)技術(shù)也存在一定的不足，粉末燒結(jié)黏合在一起以后，模型表面光滑度較低，需 要后期處理?！咎剿鳌繂栴}提出：為什么說 SLS是目前對 3D打印技術(shù)發(fā)展影響最深遠(yuǎn)的技術(shù) ?問題解決：上網(wǎng)搜索相關(guān)資料，然后進(jìn)行小組討論，各抒己見【思考】：關(guān)鍵詞： SLS問題：如何后期處理 SLS技術(shù)加工的零件？評價總結(jié)1.自評與互評學(xué)習(xí)活動 4 評價表序 號項目自我評價小組評價教師評價優(yōu)良Emmm優(yōu)良