3D打印技術(shù)在車輛工程專業(yè)教學中的應(yīng)用

0 引言

課程思政是當代學生教育的重要發(fā)展方向與教育理念，其本質(zhì)是將思想政治教育及思想理念運用到各專業(yè)的課堂教育與學習中

，潛移默化地對學生的世界觀、價值觀及人生觀產(chǎn)生影響，對學生的日常舉止行為起到一定的引導(dǎo)與約束作用，實現(xiàn)教學多元化發(fā)展，在實現(xiàn)本專業(yè)基礎(chǔ)知識學習的同時，拓寬先進技術(shù)的學習與應(yīng)用質(zhì)量，進一步提高學生的理性認知能力和水平，把學習、觀察、實踐同思考緊密結(jié)合起來，緊跟專業(yè)發(fā)展潮流與先進技術(shù)，在培養(yǎng)學生基礎(chǔ)知識的同時，將專業(yè)知識、先進技術(shù)和思想政治教育相融合

。

傳統(tǒng)制造(減材制造)中，工件構(gòu)造越復(fù)雜，單位生產(chǎn)制造成本越高，而3D打印無論工件構(gòu)造復(fù)雜與否，單位制造成本相同，越復(fù)雜就越有競爭力。當3D打印降低了成本之后，其目標市場也將進一步擴大，其中，低成本小批量生產(chǎn)、復(fù)雜零件加工、部件功能提升、個性化定制產(chǎn)品、綠色生產(chǎn)、新的供應(yīng)鏈和零售模式等成為3D打印在工業(yè)應(yīng)用中的驅(qū)動力

。3D打印在車輛制造中的應(yīng)用前景廣闊，相關(guān)研究表明，2021年全球新銷售乘用車8 210萬輛，其中國內(nèi)約2 630萬輛。其中，3D打印具有縮短研發(fā)周期、降低研發(fā)成本、加速產(chǎn)品入市時間，輕量化、低碳化、供應(yīng)鏈扁平化，快捷、個性化服務(wù)等優(yōu)勢，使其應(yīng)用貫穿了車輛制造的概念、研發(fā)、制造、維修全生命周期，在車輛工程制造中的模型設(shè)計、關(guān)鍵零部件研發(fā)具有重要意義

。

本研究基于課程思政教育背景下，對3D打印技術(shù)的優(yōu)勢及在車輛工程專業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展前景展開研究，研究結(jié)果以期為高校車輛工程專業(yè)的發(fā)展及教育模式優(yōu)化提供新思路及技術(shù)參考。

會整理的人，他就知道“今天跟客戶進行這個階段的商談”“客戶需要的是這個”等。因為很清楚，所以根本不會把有用的沒用的全裝進包里。頭腦清楚，做工作當然有節(jié)奏有秩序，工作也能夠順利開展。

圖6為寬頻傳感器接收聲發(fā)射信號主頻分布圖，從三維關(guān)系圖可以看出寬頻傳感器接收的聲發(fā)射信號比較豐富，在35～55kHz有一條明顯的主頻帶，在90～500kHz的頻域范圍內(nèi)均有信號分布，聲發(fā)射主頻值分布較均勻。從圖上也可以看出寬頻傳感器接收的信號整體幅值較低，其中幅值較高的信號主頻集中在35～55kHz與95～110kHz范圍內(nèi)，而在其他頻域內(nèi)信號幅值較低。故可以認為寬頻傳感器接收的巖石大尺度破裂信號聲發(fā)射主頻分布在35～55kHz與95～110kHz范圍內(nèi)。

1 3D打印技術(shù)的工作原理及應(yīng)用優(yōu)勢

與傳統(tǒng)制造工業(yè)相比，3D打印技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品不但質(zhì)量可靠，還可節(jié)約材料30%～60%、縮短工期50%～70%、減少人工成本50%～80%，3D打印技術(shù)可以生產(chǎn)更加堅固耐用、保護環(huán)境、高效、節(jié)能的產(chǎn)品，可以實現(xiàn)廢棄材料資源的再利用，具有綠色環(huán)保的優(yōu)勢。

1.1 工作原理

在具有完善設(shè)計概念與明確設(shè)計過程的基礎(chǔ)上，3D打印技術(shù)可以簡化生產(chǎn)制造過程，快速生產(chǎn)出單個物品，與傳統(tǒng)機械制造出的零件相比，3D打印出來的產(chǎn)品重量會降低60%，且堅固程度可以提高5%～11%，增加使用壽命、提升性能，滿足實際生產(chǎn)與應(yīng)用。

1.2 應(yīng)用優(yōu)勢

任何復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計均可以通過3D打印機來實現(xiàn)，無需機械加工或模具，可以直接從計算機圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的物體，從而極大地縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率。

1.2.1 無需模具與機械加工技術(shù)

3D打印技術(shù)在進行制造時，不需要機械加工或任何模具，直接從計算機圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件，可以制造出傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)無法制造出的外形，在工業(yè)生產(chǎn)與制造中顯著縮短產(chǎn)品的研制周期，提高生產(chǎn)率并降低生產(chǎn)成本，減少了材料浪費，與傳統(tǒng)技術(shù)相比可大幅度降低工業(yè)生產(chǎn)成本。

（3）A高漏電流混酸化成箔：皮膜抗水合性一般、漏電流大，高壓水煮后皮膜耐壓下降幅度大，化成箔容量轉(zhuǎn)化率高、強度好，適用縮體引線式鋁電解（表4、5是生產(chǎn)的大型鋁電解，壽命短不適用），配合的電解液必須形成效率高、含漏電抑制劑。此類化成箔如果高壓水煮出現(xiàn)無耐壓，在實際使用中產(chǎn)品早期失效是大概率事件，因此，此類化成箔皮膜抗水合指標是首要指標。

3D打印技術(shù)與日常使用的打印機工作原理基本相同，普通打印機是以墨水為主要原料進行打印，而3D打印技術(shù)主要利用非金屬原料，如陶瓷、塑料、尼龍等相關(guān)材料進行模具打印，普通打印機屬于平面打印，而3D打印技術(shù)屬于立體打印，其主要工作流程如圖1所示，首先是進行三維建模，基于計算機軟件對打印目標進行建模，將三維模型逐層切片，其次對切片進行處理，3D打印機通過讀取三維建模軟件進行模型逐層打印，完成打印后，如果想獲取高分辨率的圖像，可以進行模型表層打磨。

在車輛工程設(shè)計方面，由于3D打印的快速成型特性，科研人員可以通過3D打印技術(shù)對目標零部件進行研發(fā)設(shè)計，將三維建模零件快速轉(zhuǎn)化為實物，減少傳統(tǒng)機械生產(chǎn)中的多項作業(yè)流程及作業(yè)工序，同時可以保證開發(fā)質(zhì)量與零部件的生產(chǎn)精度，研發(fā)快、效率高，對于車輛工程的研發(fā)與創(chuàng)新設(shè)計具有重要意義。因此，在高校車輛工程專業(yè)的教學中融入3D打印技術(shù)可以提高車輛工程專業(yè)教學質(zhì)量，為車輛制造與發(fā)展提供良好的基礎(chǔ)條件。

1.2.2 簡化制造生產(chǎn)過程

3D打印技術(shù)是一種新型速成技術(shù)，主要包括立體打印技術(shù)、疊層打印技術(shù)、激光打印技術(shù)、沉積成型技術(shù)等。

2 3D打印技術(shù)在車輛工程專業(yè)教學中的應(yīng)用

1.2.3 綠色環(huán)保

使用Mothur（version v.1.30）軟件，對樣品Alpha多樣性指數(shù)進行評估。為比較樣品間的多樣性指數(shù)，分析時將樣品所含序列數(shù)進行標準化。在97%相似度水平下，各樣品Alpha多樣性指數(shù)值統(tǒng)計如表3，在T1和T2期,曲塊細菌多樣性較高；在T0、T4和T5期，多樣性較低；T3期的多樣性最低。4種計算算法的結(jié)論基本一致。

2.1 優(yōu)化車輛模型的制造工藝與流程

車輛制造模型是車輛工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程，又被稱為車輛的“油泥模型”，是傳統(tǒng)車輛設(shè)計中的車身模型，用于表現(xiàn)車輛整體效果與基本構(gòu)造，為新型車輛的設(shè)計提供參考，用于車輛的審定。傳統(tǒng)的車輛“油泥模型”主要依靠設(shè)計人員純手工制作，不僅要求嚴格的工藝技術(shù)，且制造周期較為繁瑣，時間較長，制造成本十分昂貴，在高校車輛工程專業(yè)極少讓學生進行實際操作，造成學生基礎(chǔ)知識薄弱。

一是對文本所傳遞的具體信息內(nèi)容的理解。主要是通過引導(dǎo)學生查找描述作者言語活動和心理狀態(tài)方面的語言理解其表達的概念，如假設(shè)、定義、推斷、主張等?？梢圆捎媒處熞龑?dǎo)、學生小組討論的形式找出文中主題句以及寫文章概要的方式，以促進對篇章信息的理解。

隨著3D打印技術(shù)的產(chǎn)生及廣泛應(yīng)用，為車輛工程中“油泥模型”制作提供更為高效的技術(shù)途徑。汽車的外形相對復(fù)雜，由許多光滑的曲面組合而成，通常制作一個全尺寸的汽車模型需要3～4個月，而一個全尺寸內(nèi)部“油泥模型”則需要2～3個月。而3D打印基于數(shù)字化制造模式，能在進行車輛研發(fā)作業(yè)中縮短新品研發(fā)設(shè)計生產(chǎn)周期，降低車輛研發(fā)成本，在高校車輛工程專業(yè)的教學中，可以為學生提供車輛模型制造的實驗平臺，為學生今后實習與工作打下良好的基礎(chǔ)條件。

2.2 打印車輛零部件，提高車輛研發(fā)效率

傳統(tǒng)車輛關(guān)鍵零部件進行設(shè)計與制造時，采用CNC機床或者手工制造，包括切削、鉆孔、粘接等工藝，費時費力，甚至不少樣件還需委外加工。車輛關(guān)鍵零部件的設(shè)計與實際應(yīng)用需要較長的研發(fā)周期與生產(chǎn)成本，當試驗出現(xiàn)問題時，還需經(jīng)歷漫長的修改周期，3D打印技術(shù)可以快速制作造型復(fù)雜的零部件，當零件試驗出現(xiàn)問題時，只需在計算機建模軟件中進行尺寸、結(jié)構(gòu)的修改與調(diào)整，零部件重新設(shè)計完成后進行再次打印即可，可以加快研發(fā)流程與工作效率。目前，在同濟大學、清華大學、華中科技大學、南京大學的車輛工程及機械設(shè)計制造相關(guān)專業(yè)中均開設(shè)3D打印技術(shù)課程；國際汽車知名制造商，如奔馳、寶馬、豐田等在車輛的設(shè)計、研發(fā)、測試及維修中均已使用3D打印技術(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)效率的提升，彌補在產(chǎn)品研發(fā)驗證方面的缺陷。因此，在高校車輛工程專業(yè)課程設(shè)計及科研中，應(yīng)用3D打印技術(shù)可以提高我國車輛工程生產(chǎn)技術(shù)，提高學生的動手實踐能力，緊跟國際先進技術(shù)，為車輛工程專業(yè)學生未來的發(fā)展及就業(yè)提供良好的基礎(chǔ)條件。

“因為在兒子出生的第一天晚上，他就吐奶了，把奶吐在臉上，蓋住了鼻子，這是非常危險的。于是，我就不敢睡了。你們的爸爸媽媽也是這樣過來的?！笨粗⒆觽兂聊耍依^續(xù)說：“即使是現(xiàn)在，爸爸媽媽仍然小心地呵護著你們，可是我沒有聽到任何一個同學提出邀請你們的爸爸媽媽來參加生日會?！?/p>

3 3D打印技術(shù)在車輛工程專業(yè)教學中的應(yīng)用趨勢

3.1 建立專門的3D打印實訓室

隨著3D打印技術(shù)的逐漸發(fā)展，世界各國已經(jīng)開始制定關(guān)于3D打印技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。3D打印技術(shù)需要一大批專業(yè)技術(shù)人才，而高等教育是培養(yǎng)相關(guān)人才的重要環(huán)節(jié)。在高校中，培養(yǎng)3D打印技術(shù)不能只停留在理論基礎(chǔ)上，需要建設(shè)專門的3D打印實訓室為學生提供實踐操作，促進學生綜合素質(zhì)與實踐能力的提升與發(fā)展。

3.2 加強校企合作，拓展學習渠道

高校與相關(guān)汽車制造企業(yè)進行合作交流，一方面可以準確掌握車輛制造工程專業(yè)的市場發(fā)展趨勢，另一方面可以為學生提供相應(yīng)的實訓基地，推動3D打印技術(shù)在車輛制造與生產(chǎn)中應(yīng)用，為今后更好地服務(wù)社會車輛制造工程發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)?？梢栽谄囍圃鞆S商中邀請一些技術(shù)人才與專家進入學校與學生開展技術(shù)交流，開設(shè)相關(guān)技術(shù)講座，幫助學生掌握先進技術(shù)，為學生的學習與發(fā)展指引方向。

3.3 加強研發(fā)資金投入，提高科研能力

3D打印技術(shù)需要專業(yè)實訓室及研發(fā)設(shè)備，并且需要引進相關(guān)專業(yè)人員進行學生的培訓與教學，但是由于3D打印設(shè)備造價較高，生產(chǎn)投入較大，相關(guān)學校及專業(yè)由于科研經(jīng)費不足難以開設(shè)課程及完成實訓室的建設(shè)，教學課程及內(nèi)容較為傳統(tǒng)與單一，限制了教學水平及教學質(zhì)量的提升，3D打印教學與國際先進技術(shù)脫軌，限制了學生及學校的發(fā)展，因此，政府及學校應(yīng)該加大設(shè)備的購置及專業(yè)人員的引進，提升課程的多元化與先進性，提高學生的綜合素質(zhì)，為今后走向社會崗位打下堅實的基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

目前，3D打印技術(shù)被廣泛應(yīng)用于概念車輛的設(shè)計，將成為支撐未來定制化、高性能汽車設(shè)計與制造發(fā)展的重要技術(shù)。本研究通過分析目前3D技術(shù)在車輛工程專業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，提出未來3D制造技術(shù)的主要發(fā)展前景與研究重點，研究結(jié)果對于加強3D技術(shù)在車輛制造工程中的應(yīng)用及發(fā)展提供理論參考，對于推動高校建設(shè)車輛工程制造專業(yè)的課程體系與人才培養(yǎng)方案提供借鑒。

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