張寶玉 趙剛 王洋

摘 要：3D打印技術(shù)作為今年新興起的智能制造技術(shù)，目前在汽車工業(yè)、藝術(shù)品創(chuàng)作、醫(yī)療器械、航空等諸多領(lǐng)域已經(jīng)開始得到廣泛應(yīng)用。文章主要基于3D打印技術(shù)進(jìn)行汽車發(fā)動(dòng)機(jī)教具方面的開發(fā)與應(yīng)用研究，通過選材、設(shè)備調(diào)試、模型建立和打印比例模型進(jìn)行裝配，實(shí)現(xiàn)在課堂上靈活運(yùn)用，輔助教學(xué)，從而解決在一定程度上調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性，提高課堂教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：3D打印;發(fā)動(dòng)機(jī)教具;教學(xué);應(yīng)用

中圖分類號(hào)：G642.0? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）22-189-03

Abstract： As an emerging smart manufacturing technology this year， 3D printing technology has been widely used in many fields such as automobile industry， artwork creation， medical equipment， aviation and so on. This article is mainly based on 3D printing technology for the development and application of automotive engine teaching aids. Through material selection， equipment debugging， model building and printing scale models for assembly， it can be used flexibly in the classroom and assisted in teaching to solve the problem of mobilizing students to a certain extent. Learning interest and enthusiasm to improve classroom teaching effect.

Keywords： 3D printing; Engine teaching aid; Teaching; Application

CLC NO.： G642.0? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）22-189-03

1 3D打印技術(shù)概述

3D快速打印成型技術(shù)是指快速成型打印技術(shù)的一種，它主要用一些數(shù)字模型或者文件使用來繪圖作為打印基礎(chǔ)，運(yùn)用各種粉末狀的復(fù)合金屬或者彈性塑料等各種可快速粘合的成型材料，通過一層一層的快速打印各種方式使用來快速構(gòu)造矩形物體的一種打印技術(shù)。

3D數(shù)字打印掃描技術(shù)已經(jīng)是“第三次工業(yè)革命”的三大核心技術(shù)其中之一，隨著現(xiàn)代人工智能工業(yè)制造打印技術(shù)的更進(jìn)一步的成熟發(fā)展?jié)u漸成熟，被廣泛的研究運(yùn)用于各到電子汽車配件制造、航空航天和電子醫(yī)療保健產(chǎn)品等各個(gè)領(lǐng)域。發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車核心部件，在汽車行駛中起到關(guān)鍵作用。因此，本文針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)物模型在課堂理論講解中不便于攜帶、難搬運(yùn)、難拆卸等問題，利用3D打印技術(shù)制作發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)零部件打印模型并設(shè)計(jì)教具，可實(shí)現(xiàn)“教、學(xué)、做”一體化教學(xué)，以提高課堂效果。

3D打印技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.1 直觀性

通過3D打印將發(fā)動(dòng)機(jī)教具模型，化抽象為形象，化繁為簡(jiǎn)，達(dá)到多元化的運(yùn)用，將會(huì)獲得更好的教學(xué)效果。

1.2 實(shí)踐性

3D打印教具在教學(xué)上的應(yīng)用可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)和技能的興趣，本文打印的發(fā)動(dòng)機(jī)教具較傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)臺(tái)、翻轉(zhuǎn)架更加直觀、便捷與易懂，激發(fā)學(xué)生的求知欲，濃郁課堂氛圍，提高課堂教學(xué)效果。

1.3 經(jīng)濟(jì)性

教師先通過運(yùn)用3D打印教具進(jìn)行結(jié)構(gòu)和工作原理講解，相比模擬拆裝軟件更具真實(shí)性和直觀性，之后再進(jìn)行實(shí)物拆裝，可降低耗材消耗和設(shè)備損壞率，具有較好教學(xué)經(jīng)濟(jì)性。

2 研究目標(biāo)與意義

本文主要完成：（1）3D打印機(jī)的初期調(diào)試和耗材安裝;（2）實(shí)現(xiàn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體、活塞、活塞環(huán)、連桿、曲軸、氣門以及氣門彈簧等零部件的打印，并進(jìn)行零件表面處理和最終裝配。

本文主要對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)主要零部件進(jìn)行三維建模，軟件分析、打印設(shè)置、打印輸出。最后進(jìn)行實(shí)物裝配成教具。

3 發(fā)動(dòng)機(jī)零部件建模及軟件設(shè)置

3.1 利用Pro/E三維建模軟件進(jìn)行零部件建模

作為正向三維建模軟件，Pro/E具有較好的可視化和可操作性。其繪圖界面見圖1所示。

經(jīng)過前期零部件建模最后將各個(gè)零件模型進(jìn)行裝配，整體效果圖片如圖2所示。

3.2 導(dǎo)入切片軟件進(jìn)行打印設(shè)置

如圖3所示，將零件模型導(dǎo)入切片軟件進(jìn)行打印前必要設(shè)置。

由于打印的東西作用的地方不同，所以需要的材料也都不相同，而打印的設(shè)備對(duì)不同的零部件也會(huì)有不同的打印方式，所以材料的選擇和打印設(shè)備的調(diào)試都是必不可少的。設(shè)置項(xiàng)如圖4所示。

防止在打印過程中由于零件結(jié)構(gòu)中的斜角或懸空導(dǎo)致打印材料堆積不穩(wěn)定導(dǎo)致脫落，需要設(shè)置成支撐，本次打印零件氣缸體和氣缸蓋局部設(shè)置的支撐如圖5所示。

3.3 文件輸出打印

3D打印輸出流程圖如圖6所示。

4 零部件3D打印

前期工作準(zhǔn)備完成，在打印之前，打開打印機(jī)電源，檢查工作情況。如圖5所示為本次打印設(shè)備，其結(jié)構(gòu)包括：

4.1 打印平臺(tái)

Z軸方向自上而下運(yùn)動(dòng)，根據(jù)設(shè)置的層高進(jìn)行Z方向運(yùn)動(dòng)，打印噴頭在X和Y方向運(yùn)動(dòng)。

4.2 打印機(jī)觸控面板

如圖8所示。通過操作觸控面板進(jìn)行不同功能的設(shè)置，如，對(duì)平臺(tái)進(jìn)行調(diào)平，設(shè)置打印材料、打印速度、噴頭溫度以及平臺(tái)溫度等。此外，通過SD按鈕可選定指定要打印文件，監(jiān)控打印進(jìn)度等。

一切設(shè)置準(zhǔn)備就緒，開始進(jìn)行模型打印。在打印過程中，會(huì)出現(xiàn)斷絲、材料堆積不規(guī)則導(dǎo)致材料被刮下等異常現(xiàn)象，通過終止打印，退料進(jìn)行調(diào)整設(shè)備，再重新運(yùn)行打印，最終打印出符合設(shè)計(jì)和裝配要求的單個(gè)零件，并完成裝配。打印零部件及整體裝配圖見表1所示。

5 結(jié)論

本文在對(duì)3D打印技術(shù)的研究學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，通過三維建模軟件進(jìn)行模型建立，導(dǎo)入切片軟件進(jìn)行打印前必要參數(shù)設(shè)置以及3D打印設(shè)備的操作（包括選材、設(shè)備調(diào)試）等，最終打印出與預(yù)設(shè)計(jì)和裝配相符的發(fā)動(dòng)機(jī)零部件，很好實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)3D打印教具的設(shè)計(jì)開發(fā)，將很好地應(yīng)用到汽車專業(yè)教學(xué)，提高了課堂效果。

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