《3D打印技术及应用》课程大纲

《3D打印技术及应⽤》课程⼤纲

《3D打印技术及应⽤》课程教学⼤纲

⼀、课程名称（中英⽂）

中⽂名称：3D打印技术及应⽤

英⽂名称：3D Printing Technology and Application

⼆、课程编码及性质

课程编码：0840531

课程性质：专业选修课

三、学时与学分

总学时：32

学分：2.0

四、先修课程

材料加⼯⼯程、材料成型理论基础、材料成型装备及⾃动化、CAD技术基础、激光加⼯技术

五、授课对象

本课程⾯向材料成型及控制⼯程专业学⽣开设，也可以供材料科学与⼯程专业和电⼦封装技术专业学⽣选修。

六、课程教学⽬的（对学⽣知识、能⼒、素质培养的贡献和作⽤）

本课程是本专业的专业选修课程之⼀，其教学⽬的主要包括：1、系统全⾯的掌握3D打印技术所涉及的专业知识，具备应⽤所学的专业知识分析和

选择3D打印材料、3D打印技术以及与其他传统⼯艺结合，解决复杂零件的快速制造问题的能⼒；2、掌握各种3D打印技术的⼯作原理、所需材料及打印零件的特点等，具备操作、调

控⼏种主流3D打印设备，并进⾏维护的能⼒；3、理解不同种3D打印技术的共性特点以及相互间的个性区别，掌握各种3D打印材

料的性能特点及其所适⽤的3D打印技术，熟悉不同种3D打印技术及其材料和⼯艺的应⽤范围；4、了解3D打印的发展趋势及其前沿技术，具备主导或者参与研发新型3D打印系统、

材料或其⼯艺的基础和能⼒。

表1 课程⽬标对毕业要求的⽀撑关系

七、教学重点与难点：

教学重点：1）当前3D打印技术的实现⽅式⽐较多，每种⽅式对应的材料、装备和⼯艺⽅法各不相同，本课程以介绍3D打印技术的实现⽅式及其装备为主体，以讲述3D打印技术⼯艺流程和应⽤为重点；2）在全⾯掌握各种3D打印技术⽅式特点及其材料特性的基础上，重点学习⼏种主流3D打印技术，如选择性激光烧结/熔化、光固化以及熔融沉积制造等的特点，所⽤材料的性能以及应⽤范围和应⽤⽅式；3）课程将主要介绍现有3D打印技术中成熟度⾼、应⽤较为⼴泛的⼏种主流装备及其⼯艺特点，以及⽬前⽐较前沿、发展前景⼤的3D打印新⼯艺；简要介绍其他⽬前应⽤较少、技术相对较为落后的3D打印装备；4）重点学习的章节内容包括：第2章“快速成形技术的信息处理”，第3

章液态树脂光固化成形”，第4章“选择性激光烧结成形”，第6章“熔丝沉积成形”和第8章“快速成形材料”。

教学难点：1)通过本课程学习，需要掌握各种3D打印设备的⼯作原理、结构特点及其材料特点和应⽤领域等，培养学⽣通过分析需求来选择3D打印具体技术及材料，采⽤合适的⼯艺路线来实现零件制作的能⼒。2）3D打印技术涉及材料、控制、激光以及计算机多个领域，需要通过学习掌握3D打印装备各主要部件功能，材料的性能特点，具备动⼿使⽤3D打印装备，并在此领域进⾏创新性研究的初步能⼒。3）本课程实践性较强，需要结合学⽣的课程设计、⽣产实习等环节，培养学⽣对3D打印装备及⼯艺的认识能⼒，提⾼授课质量与效果。

⼋、教学⽅法与⼿段：

教学⽅法：1）采⽤现代化教学⽅法（含PPT演⽰，设备照⽚，影像资料等），讲授各类3D打印装备的⼯作原理、结构组成及应⽤特点，以提⾼教学效果及效率；2）采⽤课堂教学与学⽣PPT汇报、交流讨论等⽅式，进⾏课堂互动，吸引学⽣的注意⼒、激发学⽣的学习热情，提⾼学⽣的学习效果。

教学⼿段：1）按照3D打印技术的⼯艺流程，按照三维图形设计、材料、设备以及⼯艺的顺序进⾏讲解。以主流的⼤类3D打印技术形式为主线，深⼊分析其共性特点，适⽤材料种类及特性，使学⽣具备根据特定零件性能要求制定3D打印零件⽅案的能⼒；2）以典型零件为例，讲解具体3D打印种类的⼯艺流程和要点，深⼊分析打印过程中的关键要点，使学⽣具备开发3D打印装备以及研发3D打印新⼯艺的初步能⼒；3）借助影像或者图⽚⽅式做好课堂教学前的3D打印设备、零件以及材料的展⽰教学；再结合必要的实验教学与实践环节，加深学⽣对3D打印⼯艺的理解与掌握，提⾼授课质量与效果；4）采⽤⼩组⽅式，要求学⽣根据⾃⼰的兴趣⽅向，⾃由组成若⼲⼩组，针对典型零件选择合适3D打印⽅式及⼯艺进⾏介绍，并能⽤PPT展⽰汇报，全体

学⽣进⾏讨论交流，提⾼课堂互动频率与⽔平。

九、教学内容与学时安排

（1）总体安排

教学内容与学时的总体安排，如表2所⽰。

表2 基本教学内容与学时安排

（2）具体内容

各章节的具体内容如下：

第1章概述1.1 快速成形技术发展简史

1.2 快速成形技术的种类

1.3 快速制模、快速制造技术的发展

1.4 快速成形技术的应⽤

1.5 快速成形技术展望

第2章快速成形技术的信息处理2.1 STL⽂件-RP软件的标准数据输⼊格式

2.2 RP软件的信息处理流程

2.3 RP软件介绍

第3章液态树脂光固化成形3.1 光固化成形原理

3.2 光敏数值的固化特性3.3 光固化成形系统和成形⼯艺

3.4 光固化成形的精度

3.5 应⽤案例

第4章选择性激光烧结成形技术4.1 选择性激光烧结成形原理

4.2 选择性激光烧结成形机理

4.3 选择性激光烧结成形⼯艺

4.4 影像选择性激光烧结成形质量的主要因素

4.5 选择性激光烧结成形系统

4.6 选择性激光烧结成形应⽤案例

第5章薄材叠层快速成形技术5.1 薄材叠层快速成形⼯作原理

5.2 薄材叠层快速成形系统结构

5.3 薄材叠层快速成形的控制系统

5.4 薄材叠层快速成形零件的后处理

5.5 薄材叠层快速成形技术应⽤案例

第6章熔丝沉积成形6.1熔丝沉积成形的⼯作原理

6.2熔丝沉积成形过程

6.3熔丝沉积成形系统结构

6.4熔丝沉积成形的控制软件

6.5熔丝沉积成形设备介绍及应⽤案例

第7章快速制模技术7.1 软模技术

7.2 过度模技术

7.3 硬模技术

7.4 ⾦属薄板成形模具的快速制造技术

第8章快速成形材料8.1 薄材叠层成形材料

8.2 选择性激光烧结成形材料

8.3 液态树脂光固化成形材料

8.4 熔丝沉积成形材料

8.5 快速成形材料的发展趋势

（3）各章节的课后思考题（作业）及讨论要求思考题（课后作业）：

第1章思考题：1、快速成形技术主要有哪⼏种？

2、每种不同的快速成形技术材料有哪些特点？

3、阐述快速成形技术在⼯业⽣产中的⽤途。

5、概述快速制模和快速成形技术结合应⽤⽅式。

第2章思考题：1、快速成形技术的⽂件表述格式？

2、STL模型的表⽰⽅式？

3、STL⽂件格式的⼀致性规则？

4、STL⽂件的容错⽅法？

5、STL模型的切⽚⽅式以及不同切⽚⽅式的优缺点？

6、不同快速成形技术的加⼯路径区别？

7、概述主要的快速成形数据处理软件及其特点。

8、现有快速成形技术⽂件格式的缺点以及将来的发展⽅向。

第3章思考题：1、简要介绍液态树脂光固化成形的⼯作原理及特点。

2、液态树脂的光扫描曝光原理。光固化成形能量源的特点？

3、光固化成形对液态树脂的要求及树脂特性。

4、简述光固化成形的⼯艺流程。

5、光固化成形中⽀撑的作⽤及形成原则？

6、影响光固化成形精度的因素有哪些？

7、光固化成形技术的主要应⽤领域。

第4章思考题：1、简要介绍选择性激光烧结成形的⼯作原理及特点。

2、思考与前⾯光固化成形技术的区别。能量源与光固化成形有何区别？

3、选择性激光烧结材料的特点。

4、思考选择性激光烧结过程中粉末熔化的机理。为什么需要预热？

5、简要概述选择性激光烧结成形的⼯艺流程。

6、分析选择性激光烧结⼏种主要材料的区别及应⽤范围。

7、影响选择性激光烧结成形精度的主要因素有哪些？

8、选择性激光烧结成形技术的应⽤领域有哪些？能和那些传统⼯艺结合？第5章思考题：

1、简述薄层叠材成形技术的⼯作原理及特点。

2、薄材叠层成形系统的结构特点及控制系统特点。

3、薄层叠材成形的数据处理特点，为什么要⽹格化划分？

4、薄层叠材成形零件的后处理⼯艺。

5、薄材叠层成形技术的应⽤领域，现在有什么新的材料？第6章思考题：1、简述熔丝沉积成形的⼯作原理和特点。

2、⽐较其前述⼏种⼯艺的区别，优势和劣势？

3、熔丝沉积成形系统的软硬件结构特点？

4、为什么现在这种技术能够得到⼤⾯积推⼴？

5、熔丝沉积成形技术的主要应⽤领域。

第7章思考题：1、概述快速制模技术有哪⼏种及其特点。

2、快速制模技术和快速成形技术结合的⼯艺流程。

3、软模技术如何跟快速成形技术结合？

4、过度模技术相对软模技术的优势？

5、和快速成形技术结合的硬模技术的优势？

第8章思考题：1、概述每⼀种快速成形技术所对应材料的特点。

2、⽤于薄材叠层技术的材料除了纸以外还可以⽤什么材料？

3、⽤于选择性激光烧结成形技术的材料种类很多，可⽤的基本原则是什么？

4、⽤于选择性激光烧结的材料主要有哪些⽤途？

5、光敏树脂可以成形具有哪些特性的零件？

6、将来还有哪些材料可⽤于快速成形技术？

讨论（思考题及作业）要求：1、每章节学习结束后，学⽣都要按上课教师的具体要求以书⾯的形式做⼀

定数量的思考题，作为平时的作业成绩（按约10%计⼊课程总成绩）。2、每位学⽣，根据⾃⼰的兴趣以3-4⼈为1⼩组，以1种典型零件为⽬标，选择1种3D打印⼯艺，⽤PPT展⽰汇报⼯艺流程，其它同学对该学⽣的汇报情况进⾏评价与交流。汇报表现与成绩，按约10%计⼊课程总成绩。

⼗、教学参考书及⽂献1、《快速成形及快速制模》，电⼦⼯业出版社，2006年，莫健华等编；

2、《快速成形技术及其应⽤》，电⼦⼯业出版社，2009年，范春华等编；

3、《快速成形技术与应⽤》，机械⼯业出版社，2012年，韩霞等编。

⼗⼀、课程成绩评定与记载考核⽅式1、课程考核及评价细则

课程考核及评价细则，详见表3。

2、终结性考试形式：

根据考试试题的难度，可以实施开卷或闭卷考试，以卷⾯成绩的70%计⼊总成绩。

撰稿：《3D打印技术及应⽤》课程组（主笔：⽂世峰）

审核：材料科学与⼯程学院本科教学指导委员会2015－11－22