3D打印技术在大学物理实践教学中的应用
来源:用户上传
作者:赵琪琪 赵嵩卿 杨书博 唐天宁
摘 要 随着智能工业化的发展，3D打印技术在工业设计、制造及教育等领域的应用不断深入。基于培养创新型人才的教育理念，鼓钛生自主设计改进大学物理教学实验设备，指导学生进行学科竞赛及创新创业比赛。实践表明，将3D打印技术融入大学物理实践教学中，能够改善实验条件，提高实验效率，激发学生的创新能力，对于促进产学研教相结合具有重要意义。
关键词 3D打印技术;大学物理实践教学;实验设备;大学物理实验;光电设计竞赛;创新实验
中图分类号：G434 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2022）06-0047-04
Application of 3D Printing Technology in College Physics Practice Teaching//ZHAO Qiqi， ZHAO Songqing， YANG Shubo， TANG Tianning
Abstract With the development of intelligent industrializa-tion， the application of 3D printing technology continues to deepen in industrial design， manufacturing， education and soon. Based on the education idea of cultivating innovative talents， we encourage students to design experiment equip-ments， carry out innovative experimental teaching， guide stu-dents to participate in discipline competition and innovation competition. Practice shows that the integration of 3D prin-ting technology and college physics practice teaching can improve experimental conditions， improve experimental re-sults， stimulate students’ innovation ability and promote the combination of production， learning， research and teaching.
Key words 3D printing technology; college physics practice teaching; experiment equipments; college physics experi-ment; photoelectric design competition; innovation experi-ment
0 前言
3D打印技术是一种利用计算机辅助设计软件，将某种特定的加工样式进行一系列数字切片编辑，生成数字化模型文件，运用特定材料及特定设备，分层加工以叠加成型，最终打印出与模型图相同固态物体的新兴制造方法[1]。“第三次工业革命”被认为是人类继19世纪的蒸汽时代和20世纪的电气化时代之后的第三次历史性突破，而3D打印技术与互联网、新能源被并称为“第三次工业革命”的三大核心技术[2]。
目前，3D打印技术已经走进大多数高校，作为日常教学教具制作以及实验设备改造的重要工具。与此同时，3D打印技术也被引入各种实践教学及学科竞赛中，作为快速实现学生创新想法以及提高学生创新能力与实践能力的重要媒介。本文通过将3D打印技术应用在大学物理实践教学中，极大增加了学生的实验兴趣，激发了学生的创新思维，提高了学生的实践能力。
1 3D打印技术的原理及优势
3D打印又称增材制造，常见的3D打印技术包括[3]分层实体制造技术（Laminated Object Manu-facturing，LOM）、熔融沉积技术（Fused Deposi-tion Modeling，FDM）、光敏树脂选择性固化技术（Stereo Lithography Apparatus，SLA）、三维打印快速成型技术（Three-Dimensional Printing，3DP）、粉末材料选择性激光烧结技术（selective laser sintering，SLS）等。本文所采用熔融沉积3D打印技术，又称为丝状材料选择性熔覆3D打印技术，具有成本较低、易于操作的优点。该技术的具体步骤包括[1]：
1）热塑性丝状材料被热熔喷头加热并熔化成半液态;
2）通过喷头挤压出工件的横截面轮廓;
3）通过喷头在工作台上的往复运动，逐层形成薄片。
与传统制造工艺相比，丝状材料选择性熔覆3D打印技术在应用于大学物理实践教学时具有以下优点[4-5]：
1）小批量生产时，成本不受产品复杂度的影响，3D打印工艺不会因为产品复杂程度而产生开模及制造等由工艺造成的废品率高的问题;
2）不受产品种类数的影响，3D打印机可以在一定时间内打印多种样件，打印种类数不影响其整体打印时间;
3）不受产品设计方案选择的影响，设计方案可以多样化，产品的最大尺寸小于打印机整机大小即可;
4）易于掌握，便于上手，一到两周内即可具有设计制造能力;
5）生产过程安全且环境污染较小，避免了传统车钳刨铣操作的危险性，且生产过程无废屑粉尘，不影响操作者健康;
nlc202207081547
转载注明来源:https://www.xzbu.com/9/view-15435750.htm
