作品名稱：3D打印技術與設備
學校名稱：西京學院
參賽隊伍：五湖四海
參賽老師：胡亞南
《3D打印技術與設備》課程教學大綱
一、 課程基本信息
1．課程代碼：58010750011
2．課程名稱：3D打印技術與設備
3．課程類別：專業核心課程
4．授課對象：材料成型與控制技術專業
5．開課單位：機電技術系
6．教學時間安排：第二學期
7．先修課程：3D打印認知實訓
8．后續課程：3D掃描技術及應用、3D成型材料功能與應用、3D打印與電子商務
9．課程描述：本課程為專業方向課程，主要培養學生掌握3D建模與3D打印的知識和技能，從而為從事3D產品設計、三維掃描逆向造型、3D打印設備操作、設備維護及管理等工作奠定基礎。
10．學時安排：48學時
總學時 | 理論教學 | 實踐教學 | 周學時 | 學分 | 備注 |
48學時 | 8學時 | 40學時 | 4學時 | 3學分 |
二、 課程教學目標及教學任務
（一）教學目標
通過本課程的學習，使學生了解3D打印技術的現狀與前景，掌握3D打印機的構造及工作原理，能夠對3D打印機進行熟練操作與維護，掌握3D掃描儀器的使用、設置及維護，并且會使用三維數據處理軟件，打印各種實物零部件模型，為該專業的學習與日后從事相關技術培養良好的專業技能。
（二）創新應用型人才能力體系
1級能力指標 | 2級能力指標 | 課程培養能力指標 |
具備利用3D打印機打印產品的能力 | 能夠操作掃描儀 | 掌握掃描原理及后期修復掃描數據 |
具備設計產品能力 | 熟悉3D打印常用三維軟件及應用 | |
能夠組裝操作3D打印機 | 掌握3D打印機原理及總體構造 | |
學會操作Form打印機 | 掌握打印機操作步驟及打印技巧 |
（三）教學任務
本課程的教學任務是教會學生掌握3D打印技術從逆向處理到正向處理的整個過程。要完成的具體任務如下：
1．完成3D打印機的組裝與維護；
2．逆向過程項目案例：使用掃描儀，掃描人體頭像，并且后期處理掃描模型；
3．正向過程項目案例：通過三維設計軟件，設計制作筆筒、設計制作花瓶、設計制作耳機收納盒、設計制作零件模型，并且正向通過3D打印機打印出來。
4．學會Form打印機的操作。
三、 各單元教學內容及基本要求
單元項目一 3D打印技術概論
關聯項目：項目三、項目四、項目五
項目內容：3D打印新技術
實施方法：講授、討論、演示等
課內學時：2學時
實踐場所：多媒體教室
任務一：探討3D打印技術的現狀、應用及前景
1. 任務描述：了解3D打印技術的概念、研究現狀、應用領域及發展前景。
2. 任務分析：本次課主要通過講述3D打印技術與傳統加工方法的區別引出3D打印概念，通過打印案例講述3D打印的應用領域及其發展前景。
3. 知識鏈接：
① 了解3D打印技術發展的產業背景 ；
② 了解3D打印技術的現狀；
③ 熟悉3D打印應用的領域；
④ 認識3D打印發展前景；
4. 任務實施：以小組的形式探討3D打印技術概況。
項目成果：調查報告，PPT
考核方式：PPT演示，小組答辯。
單元項目二 3D打印機的組裝
關聯項目：項目三、項目四、項目五
項目內容：學生動手組裝3D打印機
實施方法：指導教學、實驗
課內學時：16學時
實踐場所：3D打印實驗室
任務一：3D打印技術
1.任務描述：掌握FDM成型技術的工藝原理，學會分析FDM成型工藝因素對打印模型的影響。
2．任務分析：本次課主要講解FDM成型技術的工藝原理，通過原理總結FDM成型特點，通過介紹FDM成型工藝過程，分析其工藝因素（材料性能、噴頭溫度、層厚等）對打印模型精度的影響。
3.知識鏈接：
① 掌握FDM成型工藝的基本原理和特點
② 了解FDM成型材料及設備
③ 掌握FDM成型工藝過程
④ 理解FDM成型工藝因素分析
4.任務實施：具體實施步驟：
① 通過引入打印視頻案例講解FDM成型技術的工藝原理；
② 學生以組為單位查詢FDM成型技術的相關知識并進行總結。
任務二：3D打印機工作原理及構造
1.任務描述：掌握3D打印機工作原理，認識3D打印機的基本構造。
2.任務分析：本次課主要講解3D打印機的基本原理，介紹其發展歷史，分析3D打印機的基本構造，及3D打印機內部視圖的講解。
3.知識鏈接：
① 掌握3D打印機基本原理
② 了解3D打印機的發展歷史
③ 清楚3D打印機的基本構造
4.任務實施：通過3D打印機實物及打印過程視頻講解基本原理及基本構造。
任務三：3D打印機配套的切片軟件
1.任務描述：掌握切片軟件的使用及基本參數設置，掌握3D打印機的日常維護。
2．任務分析：本次課通過3D打印機所識別的打印格式介紹切片軟件的作用，通過具體的切片軟件操作演示講解其操作，介紹切片軟件的基本參數（層高、填充密度、打印速度、打印溫度）設置、模型擺放方位的確定、支撐的添加類型等對打印效率及模型精度的影響。
3．知識鏈接：
① 掌握切片軟件的安裝
② 熟練掌握切片軟件的操作
③ 掌握切片軟件的基本參數設置
4.任務實施：通過電腦演示切片軟件的操作，以具體的案例講解切片軟件的基本參數設置。
任務四：組裝3D打印機
1.任務描述：掌握3D打印機的框架拼裝，Y軸組裝，X軸組裝，Z軸組裝，熱床安裝、限位開關安裝、線路連接及打印機外觀板的裝配。
2.任務分析：3D打印機結構件布局組裝和電子元件的連線；
3.知識鏈接：機械傳動，電子控制；
4.任務實施：以小組為單位基于所學知識完成任務，實施步驟如下：
① 3D打印機的框架拼裝；
② 3D打印機的Y軸組裝；
③ 3D打印機X軸組裝；
④ 3D打印機Z軸組裝；
⑤ 擠出機安裝；
⑥ MK3熱床安裝；
⑦ 熱床安裝；
⑧ 限位開關安裝；
⑨ 線路連接；
⑩ 3D打印機外觀板的裝配。
任務五：3D打印機的打印
1．任務描述：熟練的對3D打印機進行調平測試，掌握3D打印機的打印操作。
2. 任務分析：本次課介紹3D打印機打印前的調平測試以及調平對打印模型的影響，以3D打印機實物結合與其配套的切片軟件進行打印操作的講解。
3. 知識鏈接：
① 掌握3D打印機的調平測試
② 掌握3D打印機的打印操作
項目成果：組裝并且調試3D打印機；
考核方式：演示,答辯。
單元項目三 3D掃描與修復
關聯項目：項目四
項目內容：掃描儀的工作原理、三維數據掃描與數模重構
實施方法：指導教學、實驗
課內學時：6學時
實踐場所：多媒體教室+3D打印實驗室
任務一 3D掃描介紹
1.任務描述：掌握三維激光掃描儀的基本原理及工作流程。
2.任務分析：本次課主要介紹逆向工程中三維掃描的概念及三維掃描儀的種類（接觸式三維掃描儀和非接觸式三維掃描儀），三維掃描儀的工作流程、工作原理及其應用領域。
3.知識鏈接：
① 了解三維掃描及三維掃描儀定義
② 掌握三維激光掃描儀的基本原理
③ 掌握三維激光掃描儀的工作流程。
④ 了解三維掃描儀的應用領域。
4.任務實施：以小組的形式從以下幾點進行探討：
①概念
②工作原理
③應用領域
④代表企業(國內和國外)
任務二：三維數據掃描
1.任務描述：掌握逆向工程數據掃描系統的分類及相應的測量原理，學習使用3D掃描儀并進行頭像掃描。
2.任務分析：本次課主要講解三維數據掃描中數據獲取方法的分類，非接觸式光學掃描的幾種方法及其測量原理；通過講解演示，使學生掌握正確使用3D掃描儀進行掃描的方法。
3.知識鏈接：
① 了解逆向工程數據掃描系統的分類及相應的測量原理；
② 掌握接觸式測量與非接觸式測量的不同技術特點。
③ 掌握掃描儀使用的基本方法
4.任務實施：以小組的形式完成任務：
① 接觸式測量的特點；
② 激光掃描測量原理；
③ 非接觸式光學掃描特點
項目成果：掃描3D人體頭像模型。
考核方式：競賽，小組答辯。
任務三：三維數模重構
1.任務描述：學習使用逆向軟件對掃描數據修復進行三維數模重構。
2.任務分析：通過講解演示，使學生了解三維數模重構的方法。
3.知識鏈接：認識Geomagic Studio軟件
4.任務實施：
① 數據的處理
② Geomagic Studio軟件
項目成果：修復3D人體頭像模型
考核方式：競賽，答辯。
單元項目四 三維模型設計與打印
關聯項目：項目二、項目三
項目內容：學生學習三維數據處理軟件，打印3D作品；
實施方法：指導教學、實驗
課內學時：16學時
實踐場所：電腦機房
任務一：學習逆向工程軟件(Geomagic Studio)
1. 任務描述：學習了解逆向工程軟件功能，可根據實物零部件通過掃描點點云自動生成準確的數字模型。
2. 任務分析：學生從點云數據中創建優化的多邊形網格、表面或CAD模型。
3. 知識鏈接：Geomagic Studio數據修復
4. 任務實施：基于所學知識完成任務，實施步驟如下：
① 準確再現設計意圖
② 利用三維掃描數據創建參數模型
③ 約束曲面擬合使下游編輯最少
④ 自動延伸和剪截曲面使模型完善
⑤ 獲得網格邊界的半徑以在CAD系統中快速創建倒角
⑥ 獨特的區域探測算法創建最精確的表面
⑦ 交互式重塑物理模型
⑧ 自動探測并糾正網格錯誤
⑨ 生成更好的曲面
⑩ 快速填充復雜的孔
任務二：學習三維設計軟件
1.任務描述： 通過三維設計軟件設計三維數據模型后,操作3D打印機實施出設計模型.
2.任務分析：設計筆筒、花瓶、耳機收納盒
3.知識鏈接：三維軟件應用
4.任務實施：基于所學知識完成任務，實施步驟如下：
三維設計軟件：
① 可以實現同一視窗內建立多個獨立的零件和曲面；
② 可以快速進行三維設計，可以自定義動畫功能，輸出AVI格式動畫視頻；
③ 在同一設計環境下實現零件與裝配之間的關聯關系，修改三維CAD數據后可以進行二維圖紙的自動修改數據；
④ 具有識別圖片生成浮雕效果的功能，具有邊學邊用的功能；
3D打印機的操作
① 3D打印機切片軟件的使用；
② 打印模型的設置；
③ 3D打印機操作步驟；
④ 3D打印機使用過程注意事項；
項目成果：根據三維設計軟件的應用，獨立設計出三維數據模型，并且操作3D打印機打印模型并裝配出來實物。
考核方式： 模型設計、答辯、競賽
單元項目五 Form打印機
關聯項目：項目一、項目二
項目內容：打印機操作步驟及注意事項；切片軟件的操作。
實施方法：講授、案例
課內學時：8學時
實踐場所：多媒體教室+3D打印實驗室
任務：學習Form打印機的操作步驟，切片軟件的操作。
1.任務描述： Form打印機的使用
2.任務分析：本次課主要講解Form打印機的構成，Form打印機切片軟件Preform的操作，Form打印機的打印及其打印模型的后期處理。
3.知識鏈接：
① Form打印機的結構及工作原理；
② 切片軟件的使用技巧；
③ 案例藝術品的后期處理。
4.任務實施：
以組為單位基于所學知識完成Form打印機的操作及項目案例的后期處理。
項目成果： Form打印機的使用
考核方式：演示,答辯。
