快速成型機在教學實驗中的應用

1、    快速成型機在教學實驗中的應用    劉傳根 周海貝 龔春健摘要介紹了快速成型機的工作原理、應用范圍和教學實驗的過程，重點指出了快速成型機應用在教學實驗中的意義。實踐表明，將快速成型機應用于教學實驗，能規(guī)范學生的實驗行為，對學生的綜合素質的培養(yǎng)和動手能力的提高起到了重要的推動作用。關鍵詞快速成型機；教學實驗；模型中圖分類號g40057文獻標識碼a論文編號10098097(2009)13030502一引言教學實驗是理論結合實際的橋梁，是培養(yǎng)學生由知識型人才向能力型人才轉化的重要途徑，由于教學實驗具有直觀性、綜合性和創(chuàng)新性，對于學生能力的培養(yǎng)有著重要的

2、不可替代的作用。教學實驗不僅涵蓋了理論課的內容，而且比理論課更加復雜。經過多年的教學實驗，我們深深體會到：借助于先進實驗設備的使用，讓學生在各個環(huán)節(jié)中通過眼、手、腦等并用，可以很好地訓練和培養(yǎng)他們實事求是、嚴肅認真的科學態(tài)度，對提高學生動手能力及知識綜合運用和創(chuàng)新能力，強化教學質量具有重要作用。長期以來，在材料成型的教學實驗中所使用的儀器設備比較陳舊，實驗方法落后，本科生基本無緣接觸先進的儀器。然而，現(xiàn)在的學生有強烈的求知欲，他們渴望了解新知識，特別是代表學科發(fā)展前沿的專業(yè)知識，傳統(tǒng)的演示型和驗證型教學實驗總會招致他們的抱怨?；谶@種情況，并結合專業(yè)教材的更新，材料學院中心實驗室成立了數(shù)字制造

3、實驗室，配置了數(shù)控雕刻機、工業(yè)用掃描儀、影像測量儀、快速成型機等先進裝備，用于教學實驗。下面就快速成型機在教學實驗中的應用談點個人體會。二快速成型機及其應用范圍1快速成型機簡介快速成型技術是近幾年來發(fā)展起來的直接根據(jù)cad模型快速生產樣件或零件的成組技術總稱，它集成了cad技術、數(shù)控技術、激光技術和材料技術等現(xiàn)代技術成果，是先進制造技術的重要組成部分?？焖俪尚蜋C的工作原理是：將單面涂敷一層熱熔膠薄層材料(紙、塑料薄膜或復合材料)，通過熱壓裝置使材料表面達到一定溫度，薄層之間粘合在一起。隨后位于其上方的激光器按照cad模型切片分層所獲得的數(shù)據(jù)，將薄層材料切割出零件該層的內外輪廓。激光每加工完一層

4、后，工作臺下降相應的高度，然后再將新的一層薄層材料疊加在上面，重復前述過程。如此反復逐層切割粘合切割，逐層堆積生成三維實體，直至整個零件模型制作完成。非原型實體部分被切割成網格，保留在原處，起支撐和固定作用，制件加工完畢后，可用工具將其剝離。2快速成型機的應用范圍(1)可直接制作紙質功能件，用作結構驗證和功能測試。(2)成形速度快，精度較高，運行費用比較低。(3)經過技術創(chuàng)新，不僅可制作尺寸較大的制件，也可制作復雜薄壁件，工業(yè)應用面廣。(4)可以直接制作翻砂用模型，替代傳統(tǒng)木模。(5)可以用轉移涂料技術制造鑄造用金屬模。(6)制作出來的原型件可翻制各種模具，如硅橡膠模、金屬冷噴模、石膏模、合金

5、模、電鑄模、環(huán)氧樹脂模和氣化模等。三教學實驗過程1設備所用設備是hrpb型快速成型機。2準備過程本著實驗創(chuàng)新的原則，讓學生根據(jù)自己的意愿選題，將自己設計的要制作的模型完成數(shù)學建模，然后轉換成stl格式文件，將其復制到快速成型機的數(shù)據(jù)庫。3實驗過程(1)啟用系統(tǒng)軟件：打開hrp2006程序，打開要制造的模型文件，在“制造”中選擇“打開強電”；再在“制造”中選擇“打開加熱器”并根據(jù)材料型號設置加熱器溫度。再將其他的參數(shù)設置好。將設備的原理、結構、性能、應用范圍，參數(shù)設置的原則等向學生講解。(2)教師示教：約30分鐘后，數(shù)控柜操作面板上溫度控制器顯示溫度達到設定值，即可操作。將紙張鋪設好，在“制造”

6、中選擇“基底”，系統(tǒng)進行一次循環(huán)的制造，設備正常即可，將操作中注意的事項向學生交代清楚，然后交給學生操作。(3)學生操作：打開hrp2006程序，打開要制造的模型文件，根據(jù)材料型號和模型的外型尺寸大小將所有的參數(shù)設置好。將紙張鋪設好，在“制造”中選擇“基底”，系統(tǒng)進行一次循環(huán)的制造，然后在模型基底的最大輪廓線內粘上雙面膠帶，再將設備設置成連續(xù)制造。模型作完后，用專用工具小心去掉廢料，再用木工工具將模型打磨好。四實驗結果二年多來，設備應用于教學實驗、綜合實驗、畢業(yè)設計和演示實驗，學生做出了不少成品，圖1(世博會標志)就是其中的一件。五實驗特點1直觀性通過實驗，學生可以直接接觸產品的制作過程，對設

7、備的運行有了充分的感覺，對產品由三維圖形轉換到實體，由理性認識上升到感性認識。2系統(tǒng)性通過實驗，學生可以對產品的全部制作過程，設備的性能、運行狀態(tài)和注意事項有了充分的認識。因此，通過實驗，使學生對產品的全部制作過程有了較為系統(tǒng)的認識。3互動性實驗使用的快速成型機為師生交流提供了一個互動平臺，教師可以在實驗室解答學生提出的問題，學生舉一反三，觸類旁通。六實驗意義與傳統(tǒng)的單項實驗相比，快速成型機應用于教學實驗中，顯示出以下優(yōu)勢：1對專業(yè)課的學習有很大幫助本實驗對專業(yè)課特別是模具設計有很大幫助，由于在模具設計時，設計的依據(jù)是產品圖紙，不太直觀，對沒有工作經驗的學生來說，難度比較大，而將該產品制作成模

8、型則將對模具設計有很大幫助，也能激發(fā)起學生做實驗的興趣。2提高了實驗的直覺效果由于實驗能直接將模型轉換成實物，因此，提高了實驗的直覺效果，使學生對模型的認識由理性上升到感性認識，增強了學生的感官認識。3容易獲得理想的實驗結果由于模型是用數(shù)學建模制作轉換的，因此需要什么模型，事前可以修改、控制，即使個別學生的實驗結果不理想，可以根據(jù)實驗結果修改原模型，以便做出更好的產品。他們從使用cad軟件設計，到用快速成型機做出工件，將綜合實驗的作用全部發(fā)揮了出來。4有利于發(fā)揮學生的動手能力傳統(tǒng)的實驗大都是教師做實驗，學生觀察，記下實驗結果，完成實驗報告就可以了。這導致實驗報告往往只有幾個版本，學生的創(chuàng)新意識

9、無法展現(xiàn)，實踐能力得不到提高。而本實驗不僅需要學生自己動手設置參數(shù)，需要處理實驗過程中出現(xiàn)的具體問題，而且產品出來后還要用專用工具將其剝離，并用木工工具將模型打磨好，需要嚴謹?shù)膽B(tài)度和細心地操作。5對“消極型”學生問題的解決具有促進作用“消極型”學生是指那種對實驗題目不明確，實驗課注意力分散，在分組實驗中只看熱鬧，抄襲實驗報告、對學習抱無所謂的態(tài)度，在學習上不努力的學生。而本實驗需要大家分工合作，共同努力才能完成實驗，而且產品做的好他們也有成就感，因此能吸引學生的實驗興趣，規(guī)范學生的實驗行為效果非常明顯，提高了學生的整體特別是差生的實驗能力。6有利于發(fā)揮教師的指導作用傳統(tǒng)的實驗大都是教師做實驗，

10、學生觀察，記下結果，完成報告就可以了，而本實驗是需要學生自己動手，教師可以隨時觀察學生的實驗過程，及時糾正學生實驗中存在的問題，充分發(fā)揮教師的指導作用。7有利于教學資源的開發(fā)和利用實驗需要使用計算機繪圖軟件和快速成型機，實驗內容可拓展到材料成型專業(yè)的綜合實驗、畢業(yè)設計和開放實驗，使教學資源得以充分利用。8有利于提高師生素質使用快速成型機互動實驗室可以激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生自主學習和探索學習的能力，調動學生做實驗的積極性，提高參與意識，使理論學習和實驗驗證相結合，促進學生的綜合素質全面提高。同時要求教師必須提高計算機的應用水平，特別是能熟練應用計算機輔助設計軟件和快速成型機，熟悉模具制造的工藝方法，并能及時解決實驗中出現(xiàn)的技術和理