繆玉桂 苗 磊

（淮南師范學(xué)院 機(jī)械與電氣工程學(xué)院，淮南 232038）

1 研究背景

目前，多數(shù)高校機(jī)械專業(yè)或機(jī)械類相關(guān)專業(yè)都開設(shè)了與3D打印和傳統(tǒng)制造技術(shù)相關(guān)的課程，但比較分散化。如何才能將多方面關(guān)聯(lián)起來，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力和設(shè)計(jì)能力。本文依托校級(jí)科研項(xiàng)目，選取設(shè)計(jì)一輛純電動(dòng)跑車為載體實(shí)現(xiàn)這一設(shè)想。很多喜歡汽車的朋友，都想擁有一輛像法拉利或蘭博基尼這樣的跑車，可對(duì)于普通大眾來說，很難實(shí)現(xiàn)這個(gè)愿望。本文嘗試將3D打印技術(shù)和傳統(tǒng)電動(dòng)汽車加工制造方式相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生一起設(shè)計(jì)制造一輛汽車實(shí)物。

2 實(shí)踐教學(xué)研究過程

將3D打印和傳統(tǒng)電動(dòng)汽車制造相結(jié)合開展實(shí)踐教學(xué)，其主要內(nèi)容是用先進(jìn)的制造技術(shù)——3D打印，制造部分零件，而跑車的主體部分則是采用機(jī)加工和電焊技術(shù)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)、制造過程中可以讓學(xué)生參與進(jìn)來，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。結(jié)合實(shí)踐教學(xué)在應(yīng)用型本科院校中的重要性，團(tuán)隊(duì)通過三維繪圖軟件Solidworks設(shè)計(jì)一輛法拉利Aliante跑車。經(jīng)過評(píng)審、反復(fù)修改，形成純電動(dòng)跑車的三維模型。再利用3D打印機(jī)、機(jī)床、電焊和鉗工等技術(shù)加工出仿制的法拉利跑車，最后調(diào)試和試駕。

此過程不僅有利于學(xué)生掌握3D打印技術(shù)原理、鍛煉學(xué)生三維建模能力、掌握機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)的一些基礎(chǔ)知識(shí)，還能使學(xué)生了解我國新能源汽車發(fā)展?fàn)顩r，進(jìn)而向?qū)W生講解新能源汽車對(duì)我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要性。

2.1 教學(xué)改革內(nèi)容

結(jié)合3D打印和傳統(tǒng)制造電動(dòng)汽車在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用與研究，該過程不是一個(gè)人的設(shè)計(jì)行為，而是一個(gè)團(tuán)隊(duì)將先進(jìn)3D打印技術(shù)引入到實(shí)踐教學(xué)的行為。

主要研究?jī)?nèi)容可以分為三大模塊：機(jī)加工、電焊技術(shù)和3D打印制造技術(shù)，如圖1所示。

機(jī)械加工主要有手動(dòng)加工和數(shù)控加工兩大類。手動(dòng)加工是指通過機(jī)械工人手工操作銑床、車床、鉆床和鋸床等機(jī)械設(shè)備來實(shí)現(xiàn)對(duì)各種材料進(jìn)行加工的方法。手動(dòng)加工適合進(jìn)行小批量、簡(jiǎn)單的零件生產(chǎn)。數(shù)控加工（CNC）是指機(jī)械工人運(yùn)用數(shù)控設(shè)備來進(jìn)行加工，這些數(shù)控設(shè)備包括加工中心、車銑中心、電火花線切割設(shè)備、螺紋切削機(jī)等。絕大多數(shù)的機(jī)加工車間都采用數(shù)控加工技術(shù)。通過編程，把工件在笛卡爾坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)（X，Y，Z）轉(zhuǎn)換成程序語言，數(shù)控機(jī)床的CNC控制器通過識(shí)別和解釋程序語言來控制數(shù)控機(jī)床的軸，自動(dòng)按要求去除材料，從而得到精加工工件。數(shù)控加工以連續(xù)的方式來加工工件，適合于大批量、形狀復(fù)雜的零件[1]。

圖1 實(shí)踐教學(xué)框架圖

跑車的主體部分仍然要用電焊技術(shù)焊接而成，掌控好這一環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車的過程才能順利進(jìn)行。電弧焊技術(shù)主要包括：手弧焊技術(shù)、埋弧焊技術(shù)、鎢極氣體保護(hù)電弧焊技術(shù)、等離子弧焊技術(shù)、熔化極氣體保護(hù)電弧焊技術(shù)、管狀焊絲電弧焊技術(shù)。電阻焊主要是以電阻熱為能源的一類焊接方法，包括以熔渣電阻熱為能源的電渣焊和以固體電阻熱為能源的電阻焊[2]。

3D打印制造技術(shù)。執(zhí)行該環(huán)節(jié)必須首先對(duì)純電動(dòng)汽車進(jìn)行三維建模，結(jié)合本文就是將事先設(shè)計(jì)好的汽車三維模型逐一打印出來，然后安裝調(diào)試，如有不合適的地方還要重新設(shè)計(jì)并打印[3-4]。

2.2 實(shí)踐教學(xué)改革應(yīng)達(dá)到的效果

在應(yīng)用型本科院校轉(zhuǎn)型背景下，加大實(shí)踐教學(xué)所占比例，培養(yǎng)出具有創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，會(huì)動(dòng)腦筋、會(huì)實(shí)踐、懂設(shè)計(jì)、懂操作、有系統(tǒng)概念和較全面現(xiàn)代技術(shù)知識(shí)基礎(chǔ)的綜合型、創(chuàng)新型、高素質(zhì)工程技術(shù)人才，成為該項(xiàng)目要解決的關(guān)鍵問題。

如何解決《機(jī)械制圖》課程學(xué)習(xí)過程中理論與設(shè)計(jì)脫離的問題。利用三維繪圖軟件Solidworks去設(shè)計(jì)零部件，學(xué)生既學(xué)會(huì)了三維軟件的使用，又鞏固了機(jī)械制圖方面的基礎(chǔ)知識(shí)，具備一定的機(jī)械制圖基礎(chǔ)知識(shí)和三維繪圖能力，才能順利執(zhí)行。

目前，對(duì)于學(xué)生而言，3D打印技術(shù)只是停留在概念或新聞中，如何讓它更接地氣，讓學(xué)生也接觸、了解它的工作原理。還有就是純電動(dòng)汽車方面的知識(shí)，以及它對(duì)我國發(fā)展綠色、環(huán)保產(chǎn)業(yè)的重要性有所認(rèn)識(shí)[5-6]。

2.3 實(shí)踐教學(xué)改革解決的問題

明確實(shí)踐教學(xué)在應(yīng)用型本科院校中具有不可替代的地位，結(jié)合本文如何將3D打印純電動(dòng)汽車應(yīng)用到實(shí)踐教學(xué)中去、如何操作和如何考核，均是本項(xiàng)目要解決的問題。

結(jié)合工程制圖這門基礎(chǔ)課程，介紹三維軟件，以市場(chǎng)上常用的三維繪圖軟件Solidworks為例，鍛煉學(xué)生三維繪圖能力和空間想象力。

在充分準(zhǔn)備好前兩個(gè)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，以一個(gè)系統(tǒng)的工程給學(xué)生介紹純電動(dòng)汽車的原理、組成部分，制動(dòng)性能等。然后根據(jù)學(xué)生人數(shù)的多少布置任務(wù)，幾個(gè)人組成一個(gè)小組負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)汽車的某一部件。最后一起整合，項(xiàng)目評(píng)審，打印出需要打印的部件。

進(jìn)入調(diào)試階段，對(duì)于外購件該買的買，然后一起組裝、調(diào)試，直到可以行使、載人為止。最后總結(jié)該項(xiàng)目，給大家進(jìn)一步介紹一些新能源汽車對(duì)我們國民經(jīng)濟(jì)的重要性。

3 結(jié)語

本文教學(xué)改革總體可以概括為“三位一體”，即“機(jī)加工”“先進(jìn)的制造技術(shù)——3D打印”“電焊技術(shù)”，將這三個(gè)方面融為一體，進(jìn)而向?qū)W生滲透環(huán)境保護(hù)概念。雖然目前已經(jīng)通過3D打印機(jī)制造出了汽車，但他們離我們還很遙遠(yuǎn)，都只是停留在概念中或新聞中。把先進(jìn)制造技術(shù)應(yīng)用于高校教學(xué)，嘗試自己設(shè)計(jì)一款純電動(dòng)汽車，并用3D打印機(jī)打印出來，對(duì)于我們實(shí)踐教學(xué)以及團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)水平無疑是很大的提升。

由于缺少相關(guān)手續(xù)等因素的影響，我們最后設(shè)計(jì)制造出來的汽車只能停留在校園內(nèi)的試駕狀態(tài)，或者概念車階段。但通過3D技術(shù)打印汽車的過程確實(shí)鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，讓他們了解了當(dāng)前新的制造技術(shù)，掌握了3D打印技術(shù)的原理，加深了對(duì)我國發(fā)展新能源汽車重要性的認(rèn)識(shí)。

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[4]大堇，孟潔，卜洪權(quán).3D打印汽車是工業(yè)革命還是和平演變[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2014，（1）：108-117.

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[6]劉海濤.光固化三維打印成形材料的研究與應(yīng)用[D].武漢：華中科技大學(xué)，2009∶98-99.