王利鶴，趙永來，高 偉，牛文學(xué)，張 藝，吳朕國(guó)

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014109)

0 引言

隨著國(guó)家汽車生產(chǎn)和消費(fèi)政策的調(diào)整，我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)[1]，為適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要，汽車后市場(chǎng)急需一批素質(zhì)高、專業(yè)過硬的維修人員。然而，當(dāng)前汽車類專業(yè)教學(xué)仍以傳統(tǒng)講授和期末考試考查為主[2]，輔之多媒體及實(shí)物教具，學(xué)生對(duì)于汽車基礎(chǔ)知識(shí)仍難以完全掌握。

1 當(dāng)前汽修專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中存在問題

傳統(tǒng)教學(xué)模式，任課教師授課進(jìn)度慢，理論與實(shí)踐結(jié)合性較差，教學(xué)效果不顯著，學(xué)生對(duì)抽象的理論學(xué)習(xí)內(nèi)容缺乏積極主動(dòng)性，學(xué)生畢業(yè)之后，進(jìn)入工作崗位不能將學(xué)校學(xué)習(xí)的知識(shí)轉(zhuǎn)化為技能從而直接上崗，一直以來是任課教師尋求突破的難點(diǎn)[3]。

2 3D打印的發(fā)展及在汽車維修中的運(yùn)用

3D 打印技術(shù)的不斷發(fā)展，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的過程中該技術(shù)的應(yīng)用也變得越來越廣泛，目前主要用于航空工業(yè)、汽車工業(yè)、專業(yè)設(shè)計(jì)和醫(yī)療外科等領(lǐng)域。作為一種快速成型技術(shù)，具有打印速度快、材料類型多、精度高等優(yōu)點(diǎn)[4]，國(guó)內(nèi)外研究人員嘗試將3D打印技術(shù)應(yīng)用于教具領(lǐng)域，提升教學(xué)效果，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)職業(yè)教育的發(fā)展與轉(zhuǎn)型[5-8]。

筆者認(rèn)為：3D打印應(yīng)用于《汽車新技術(shù)》實(shí)踐教學(xué)中，有助于深化學(xué)生對(duì)于解剖位置的空間理解，建立三維立體的形象思維，提升學(xué)習(xí)樂趣及效率，從而提高教學(xué)質(zhì)量。

3 3D打印在《汽車新技術(shù)》課程應(yīng)用實(shí)例——轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)教學(xué)教具制作過程

3.1 3D打印機(jī)裝配與調(diào)試

本文組裝的 3D 打印機(jī)型號(hào)是 ANYCUBIC Kossel，是開源 RepRap 3D 打印機(jī) Prusa Mendel 的第三代機(jī)型。相對(duì)于 Mendel 一代和二代的版本，第三代結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造型更趨向于產(chǎn)品化，產(chǎn)品參數(shù)一覽表如表 1 所示。我們組裝后要進(jìn)行固件的燒錄，雖然固件是廠家根據(jù)現(xiàn)有機(jī)器進(jìn)行調(diào)試后，進(jìn)行相對(duì)完善的修改后才提供我們進(jìn)行燒錄使用的。但我們進(jìn)行組裝使用時(shí)不可避免會(huì)有微小誤差，有些重要參數(shù)，在調(diào)試時(shí)需要修改。

表1 產(chǎn)品參數(shù)一覽表

3.2 3D 打印過程

目前可實(shí)現(xiàn)商業(yè)用途3D 打印技術(shù)主要有3種: 光固化成型、熔融沉積制造、選擇性激光燒結(jié)[9]。而本篇論文涉及到的打印機(jī)選擇以熔融沉積制造類型。打印過程簡(jiǎn)略的劃分為“三維建?！獙?shí)體模型分層切片—打印”3個(gè)階段。

(1)三維建模

打印伊始，需要利用建模工具完成模型的建模。目前，簡(jiǎn)單實(shí)用的建模工具有犀牛、3Dmax、SketchUp；工業(yè)零件的建模用ProE、UG、Solidworks、CAD等；人物雕刻的建模用ZBrush、Maya等。建模工具的代表軟件多種多樣，可以根據(jù)建模特點(diǎn)及軟件熟練程度選擇軟件。以轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的Solidworks2012建模為例，具體步驟如圖1～圖2所示：先用Solidworks2012繪圖軟件繪制零部件轉(zhuǎn)子的草圖，然后進(jìn)行拉伸處理，生成立體圖，如果尺寸有錯(cuò)誤，需要返回草圖界面，進(jìn)行參數(shù)修改，繪制好后，保存為stl.格式。

圖1 建模基本步驟：草圖繪制

圖2 建?；静襟E：生成立體圖

(2)實(shí)體模型分層切片

切片軟件的主要作用是將模型分層切片，根據(jù)模型形狀生成不同的路徑，從而生成整個(gè)三維模型的GCode代碼，可導(dǎo)出方便脫機(jī)打印，導(dǎo)出的文件擴(kuò)展名為“.gcode”，利用SD卡、USB2.0或網(wǎng)線接口接入3D打印機(jī)就可以打印了。以Cura軟件為例，切片過程如圖3～圖6所示：首先，打開Cura軟件，添加stl.格式三維零件模型，添加成功后，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整三維零件模型位置，待打印參數(shù)設(shè)置完成后，軟件就可以自動(dòng)生成G代碼，只需要保存G代碼即可。

圖3 分層切片基本步驟：添加文件

圖4 分層切片基本步驟：模型調(diào)整

圖5 分層切片基本步驟：設(shè)置打印參數(shù)

圖6 分層切片基本步驟：保存G代碼

(3)進(jìn)行打印

將Cura軟件生成的代碼通過上述方法，下載到3D打印機(jī)控制軟件內(nèi)，與此同時(shí)，設(shè)置熱床和加熱噴頭到指定溫度，待PLA材料融化后，按照GCode代碼要求，打印堆積成型。打印過程如圖7所示：

圖7 打印過程

3.3 制作實(shí)驗(yàn)教學(xué)臺(tái)架

本文設(shè)計(jì)了“3D打印汪克爾轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)臺(tái)架”，各零件均有上述操作打印而成。在實(shí)踐教學(xué)過程中，既可以將各部分零件按照順序擺在實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上，用于教學(xué)展示，還可以組成拼裝，通過手搖來演示轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程，如圖8所示。

圖8 組裝實(shí)驗(yàn)教學(xué)臺(tái)架

4 結(jié)語

在理實(shí)一體化教學(xué)的要求下，如何提高高職院校教師的實(shí)踐教學(xué)能力及教學(xué)質(zhì)量，最大可能提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極主動(dòng)性，顯得十分重要。筆者及學(xué)生通過實(shí)踐和探索，嘗試將3D打印技術(shù)在《汽車新技術(shù)》課程實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用及教學(xué)改

革實(shí)踐得以實(shí)現(xiàn)，并且在《機(jī)械制圖與CAD》《汽車構(gòu)造》課程的實(shí)踐教學(xué)過程中起到了很好的教示作用。