3D打印在UG_CAD课程教学中的应用,本文是课程教学开题报告范文跟打印有关论文范文检索.
课程教学论文参考文献：
李路娜1,汤锐2,桑晶1
（1.南京机电职业技术学院机械工程系,江苏南京211135；2.南京安迈机械制造有限责任公司,江苏南京211200）
摘 要：3D打印技术是一种新型的快速成型技术,在许多领域具有广阔的应用空间.本文在介绍3D打印工作原理和特点的基础上,探讨将3D打印技术引入到UG课程教学中的意义和作用,并用一个完整的实例阐述了3D打印技术在UG_CAD课程教学中的应用.
关键词：3D打印技术；快速成型；UG_CAD课程
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）04-0200-02
一、引言
3D打印技术是一种新型的快速成型技术,是“第三次工业革命最具标志性的生产工具”,将对社会多个行业和领域带来深刻影响.3D打印的未来发展将使大规模的个性化制作与生产成为可能,在工业设计、建筑、医学、航空航天、教育等领域具有广阔的应用空间.
3D打印技术的发展和应用前景引起了教育工作者的关注.2013年版的《地平线报告》首次将3D打印的教育应用列入了“待普及”的新技术清单,并对3D打印作了比较详细的介绍,报告认为,该技术将会在4~5年内普及.本文在介绍3D打印工作原理和特点的基础上,探讨了3D打印技术在UG_CAD课程教学中的作用并以应用实例讲述了具体实施过程.
二、3D打印工作原理与特点
(一)工作原理
3D打印（3DP,Three Dimension Printing）,也称增材制造,该工艺是由美国麻省理工学院EmanualSachs等人研制,以三维数字模型为基础,采用陶瓷粉末和金属粉末作为粘合材料,通过逐层打印、层层堆积的方式打印三维实物的技术过程[1].
3D打印的基本过程分为3D模型建模、3D模型分层、激光逐层扫描和快速原型制作四个部分（见图1）.
3D模型建模可通过三维软件（如UG、Pro/ESolidworks等）建模或使用3D扫描仪进行逆向建模.模型分层则是借助切片软件对模型数据进行逐层分切,获取每层的截面信息.激光逐层扫描和快速原型制作,则是采用3D打印设备扫描读取各截面层信息,对分切的每一层进行构建、打印并逐层粘合,从而快速制造出实体.
(二)特点分析
3D打印技术最突出的优点是无需机械加工和模具,直接由计算机图形数据生成实物.与传统机加工相比,其特点和优势如下.
1.实现个性化制作.用户采用建模软件设计所需模型,进行个性化设计和创新设计,制造出传统生产无法加工的外形,满足设计者的需求.
2.制造周期短.3D打印省去了模具设计和制造等工序,生产周期大大缩短,简化了制造流程,节约了生产成本.
3.材料利用率高.3D打印时,材料成形方式改变,通过层层堆积的方法形成实物,废料较少.随着打印材料的进步,“净成形”制造可能成为更环保的加工方式.
三、3D打印在UG_CAD教学中的作用
(一)激发学习兴趣,提升自我学习能力
3D打印是UG课程的拓展,将数字化模型变为实物.它为学习活动开辟了新的空间,连接创新（创意）设计、三维数字化建模、3D打印制作和后处理等多个环节,学生为完成作品将通过多种渠道学习新知识、新技能,自我学习能力得到了提升.
(二)丰富学习体验,提高动手能力
由于3D打印不受刀具规格、机床类型及零件复杂程度的限制,学生可以充分发挥自己的想象力进行设计并打印制作,这种设计和制作一体化的学习体验,培养了学生的设计能力、观察能力和制造能力,同时动手能力也得到了全面提高.
（三）将“创”和“造”结合,培养“创客”
所谓“创客”（Maker）一般是指不以营利为目标,利用3D打印技术及各种开源硬件,努力把各种创意转变为现实的人（网络解释）.将UG_CAD课程教学与3D打印相结合,实现了创新、创意设计与3D打印制作一体化,是“创”与“造”的结合,达到了创客式教育[2（] 将动手操作、实践体验融合进教学过程）的目的.
四、应用实例
在UG_CAD教学中,将内容划分为基本操作、三维实体建模、曲面建模、装配图和工程图等[3]模块.曲面建模最能体现复杂产品的设计特点,风扇具备曲面建模特征,以其设计制作为例,讲述了3D打印在UG_CAD教学中的应用.
(一)风扇产品建模
1.新建文件夹”/D/fengshan.prt,进入建模模块.
2.采用设计特征.草图绘制、偏置曲面、投影曲线、编辑曲线和通过曲线组等命令,绘制如图2a所示图形.
3.进行片体加厚、边倒圆、偏置实体面等操作,效果如图2b所示.
4.使用移动对象命令,选择变换方式为“角度”,指定旋转矢量和轴点,绘制另外两个叶片,效果如图2c所示.
5.继续进行边倒圆、布尔运算、打孔等操作,完成风扇建模并保存,如图2d所示.
6“. .stl”格式导出.单击文件→导出→“.stl”格式→指定文件名“fengshan.stl”进行导出.
(二)风扇实物制作
采用学院3D打印（增材制造）中心MakerbotZ18设备（见图3（a））打印制作风扇产品,该设备提供三种方式将模型打印出来,即电脑连接3D打印机、U盘脱机打印或WiFi连接打印.笔者采用U盘脱机打印,具体打印步骤如下.
1. 将模型“fengshan.stl”数据导入到切片软件Makerbot中,选取设备型号Z18,调整模型尺寸、位置,设置好填充比例、速度、底座、支撑等,以“.x3g”格式将模型fengshan导出并保存到U盘中.
2.脱机打印.将U盘插入打印机USB接口中,开机启动,装丝并调平成型底板后选择“fengshan.x3g”模型进行打印.
3.成果.打印材料选用PLA（Polylactic acid）,这是一种从玉米中提取的可再生且无污染的生物树脂塑料.打印出实物如图3（b）、图3（c）所示,图3（b）中包含底座和支撑,图3（c）为经过处理（去支撑）后的产品.
五、结语
采用UG软件进行产品数字化建模和利用3D打印机进行快速原型制作相结合,丰富了学生的学习体验,拓展了学生的感觉和知觉,促进了学生思维能力的发展.学生在主动参与、善于思考的过程中提高了管理能力、动手能力和设计能力,并积极参与2015年中美创客大赛和CAD建模大赛,取得了优异成绩.
参考文献：
[1]侯琳,齐健.3D打印技术及产业前景展望[J].CAD/CAM与制造业信息化,2013,（9 ）：66-70.
[2]杨现民,李冀红.创客教育的价值潜能及其争议[J].现代远程教育研究,2015,（2 ）.
[3]彭湘蓉“. 任务驱动教学法”在UG教学中的应用[J].实践与探索,2012,（5 ）
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