《激光制造技术》教学大纲

1、激光制造技术课程教学大纲课程名称：激光制造技术课程代码：IMEE1037英文名称：Laser Material Processing课程性质：专业选修课程学分/学时：2学分/36学时（30+6）开课学期：第5学期适用专业：智能制造、机械类等专业先修课程：材料加工、大学物理等后续课程：智能制造装备及技术、毕业设计一、课程性质和教学目标（在人才培养中的地位与性质及主要内容，指明学生需掌握知识与能力及其应达到的水平）课程性质：本课程是智能制造专业开设的专业选修课，通过对本课程的学习，使学生获得激光加工原理、激光加工工艺等方面的内容，并使其初步掌握激光激光器的种类，先进的激光制造技术以及激光制造装备的

2、应用和发展等方面的能力。教学目标：激光制造技术作为智能制造专业的选修课程，本课程的主要内容激光加工理论、激光器系统、激光去除加工、激光焊接技术、激光表面改性技术、激光3D打印技术（激光快速成形技术）、激光微细加工以及其他加工技术、激光加工中的安全防护及标准。通过本课程的学习，使学生能够初步了解激光加工理论的基本概念、激光器的类别以及各种先进激光制造技术的应用和发展。通过课堂教学和实验演示，使学生了解激光产生的机理、激光在材料加工中应用的接班方法、原理和技术特点，使其在今后的加工领域中能够采用先进的激光加工技术在工程应用中进行制造和加工，同时也为推动激光制造技术在我国生产制造领域中的应用培养必要

3、的工程技术人才。本课程的具体教学目标如下：1）初步掌握激光的基本原理，了解激光加工中材料与激光的相互作用机制；了解激光器系统的组成及其应用；2）了解激光焊接、激光切割、激光打孔、激光表面改性、激光快速成型技术、激光微细加工等各种材料加工技术的基本原理，了解相关技术的工艺特点；了解激光加工中的安全防护及标准3）在掌握激光制造技术的基础上，通过实践训练的方式，培养学生通过实验观察、对比测试和数据分析等方式，验证掌握激光制造技术理论的能力。教学目标与毕业要求的对应关系：毕业要求指标点课程目标对应关系说明毕业要求1：工程问题1-1掌握专业所需的数理知识，能用于专业问题的理解、建模、分析与求解； 教学目

4、标1掌握激光的基本原理，了解激光加工中材料与激光的相互作用机制；了解激光材料加工中的激光器系统及其应用毕业要求2：问题分析2-1能运用数理和工程知识进行专业领域复杂工程问题中的内涵识别与理解分析；教学目标2根据不同加工对象及领域，掌握选择合适的激光制造工艺、技术及装备；掌握激光束及设备的危险性，并能够采取适当的安全措施。教学目标3能够通过实验测试分析等方式，验证激光制造技术的基本原理和应用分析。毕业要求10：沟通10-1能够针对智能制造工程专业问题，以口头和书面等方式，准确表达自己的观点，跟公众和同行有效沟通并能够合理决策；教学目标2根据不同加工对象及领域，掌握选择合适的激光制造工艺、技术及装

5、备二、课程教学内容及学时分配（含课程教学、自学、作业、讨论等内容和要求，指明重点内容和难点内容。重点内容：«；难点内容：）1、 绪论（2学时）（支撑教学目标1和2）1.1 激光和工业激光器的发展1.2 激光加工的特点、类型及应用1.3 先进激光加工技术的发展方向1.4 激光加工技术术语及符号、单位Ø 目标及要求：1) 明确本课程研究的对象和内容«；2) 了解激光和工业激光器的发展；3) 对激光制造技术的发展有所了解。2、 激光材料加工理论（3学时）（支撑教学目标1）2.1激光产生的基本原理2.2激光的特性2.3激光与材料的相互作用2.4材料在激光作用下的热力效应与

6、组织效应Ø 目标及要求：1) 掌握激光产生的基本原理«；2) 了解激光的方向性、单色性及相干性；3) 了解材料在激光作用下的过程以及材料对激光的吸收与反射特性«4) 了解材料在激光作用下的热力效应与组织效应«；Ø 讨论内容：材料对激光吸收率的影响因素Ø 作业内容：材料在激光作用下的热吸收过程Ø 自学拓展：查看材料对激光吸收率对激光制造工艺选择的影响3、 激光器系统（1学时）（支撑教学目标2）3.1 固体激光器3.2 气体激光器3.3 其他类型激光器Ø 目标及要求：1) 掌握激光器的类别«；2) 了解不同激

7、光器的系统组成及工作原理3) 了解激光器的应用；Ø 讨论内容：CO2激光器的分类和特性Ø 作业内容：半导体激光器的优点Ø 自学拓展高功率激光器的在工业生产中的应用4、 激光去除加工（4学时）（支撑教学目标2）4.1 激光打孔4.2 激光切割4.3 激光打标、雕刻Ø 目标及要求：1) 了解激光去除加工所包含的技术«；2) 了解激光打孔、切割、打标的工作原理及工艺«；3) 了解激光去除加工不同工艺的应用领域；Ø 讨论内容：典型材料的激光打孔Ø 作业内容：激光切割的特点Ø 自学拓展激光雕刻的工艺方法5、 激光焊

8、接技术（4学时）（支撑教学目标2）5.1 概述5.2 激光热传导焊接5.3 激光深熔焊5.4激光焊接的应用及设备Ø 目标及要求：1) 了解激光焊接的基本原理«；2) 了解激光焊接的工艺参数及影响因素«；3) 了解激光焊接的加工对象及应用领域；Ø 讨论内容：常用材料的激光焊接Ø 作业内容：激光深熔焊的主要影响因素Ø 自学拓展激光焊接的优缺点6、 激光表面改性技术（4学时）（支撑教学目标2）6.1 激光表面改性的特点与分类6.2激光相变强化和激光熔凝强化6.3激光表面熔覆及合金化6.4 激光表面非晶化6.5 激光冲击硬化6.6 复合表面改

9、性技术Ø 目标及要求：1) 了解激光表面改性的特点与分类«；2) 了解激光表面改性提高材料性能的原理«；3) 了解激光表面改性技术的影响因素4) 了解激光表面改性技术的应用实例Ø 讨论内容：激光表面熔覆的应用Ø 作业内容：影响激光熔覆中裂纹产生的因素Ø 自学拓展复合表面改性技术与传统改性技术的对比优势7、 激光3D打印技术（4学时）（支撑教学目标2）7.1 概述7.2 3D打印(快速成形)技术的基本原理及特征7.3 3D打印(快速成形)主要的工艺方法7.4 3D打印(快速成形)的软件与设备7.5 3D打印(快速成形)用材料7.6 激光

10、烧结3D打印(快速成形)7.7 反求工程与3D(快速成形)集成技术7.8 快速模具制造技术Ø 目标及要求：1) 了解3D打印(快速成形)技术的原理«2) 了解工艺参数对3D打印零件的影响«3) 了解3D打印技术的分类和特征;Ø 讨论内容：粉末材料选择性激光烧结的原理Ø 作业内容：3D打印(快速成形)工艺对材料的要求Ø 自学拓展3D打印(快速成形)集成技术8、 其他激光加工技术（3学时）（支撑教学目标2）8.1 激光清洗技术8.2 激光光存技术8.3 激光抛光技术8.4 激光复合加工技术Ø 目标及要求：1) 了解四种激光加工技

11、术(激光清洗激光光存激光抛光激光复合加工)的工作原理«2) 了解了解四种激光加工技术(激光清洗激光光存激光抛光激光复合加工)的应用案例;Ø 讨论内容：激光与电火花复合加工技术的系统组成Ø 作业内容：激光抛光技术的特点Ø 自学拓展激光清洗技术的应用前景9、 激光微细加工（4学时）（支撑教学目标2）9.1 准分子激光微细加工9.2 超短脉冲激光的微细加工9.3 激光微型机械加工9.4 激光诱导原子加工技术9.5 激光制备纳米材料9.6 脉冲激光沉积薄膜技术9.7 激光-扫描电子探针技术Ø 目标及要求：1) 了解激光微细加工技术的分类及工作原理

12、71;2) 了解不同激光微细加工技术的应用领域及典型案例«3) 了解不同激光微细加工技术的发展前景;Ø 讨论内容：飞秒激光加工的特点Ø 作业内容：激光制备纳米材料的特点Ø 自学拓展激光微纳加工技术10、 激光加工中的安全防护与标准（1学时）（支撑教学目标2）10.1 激光的危险性10.2 激光危险性的分类10.3 激光防护10.4 激光安全标准Ø 目标及要求：1) 了解激光的危险性及分类«2) 了解激光的防护技术及安全标准;Ø 讨论内容：激光防护的主要技术指标Ø 作业内容：激光危险性的分类Ø 自学拓展激光

13、防护的主要措施11、 实验一：金属材料的激光焊接实验（3学时）（支撑教学目标3）11.1 焊接材料及设备准备11.2 激光焊接参数的设置11.3 激光焊接接头制备Ø 目标及要求：1) 通过实验设备认知和材料准备，强化激光焊接技术的工作原理及特点«；2) 通过操作训练，强化掌握激光焊接的操作方法；3) 通过改变激光焊接参数，强化激光焊接技术的工作原理和影响因素«；Ø 自学拓展：熟悉激光在材料表面的作用原理12、 实验二：激光烧结3D打印实验（3学时）（支撑教学目标3）12.1 实验材料及设备准备12.2 激光烧结3D打印设备的参数设置及软件学习12.3 激

14、光烧结3D打印样件制备Ø 目标及要求：1) 通过实验设备认知和材料准备，强化激光烧结3D打印技术粉末的构成及技术工作原理«；1) 通过操作训练，强化掌握激光烧结3D打印技术设备的操作方法；2) 通过改变工艺参数，强化激光烧结3D打印技术工作原理和影响因素«；Ø 自学拓展：其他3D打印技术的工作原理；三、教学方法在教学方式上，根据具体教学内容，综合运用课堂讲授和演示、课堂讨论、课堂和课后练习、发现学习法和自学指导法，通过引入问题和启发式教学，使学生更加明确教学内容的知识体系，引导学生主动学习，激发内在学习动机，提高课堂的积极性。在目前的实验教学条件基础上，

15、及时采用实验练习法，强化所学知识的理解和运用，培养学生解决实际问题的能力。在实验教学过程中，引导学生发现问题，思考解决方案，为后续教学内容作铺垫。教学内容体系、前后关联和相关重点本课程中的内容第一章可以作为绪论内容，从激光制造技术的概念、特点及发展进行讲授，使得学生对激光制造技术有个初步的认知。随后在第二章和第三章中介绍激光材料的加工理论和激光器系统，从激光产生的原理、特性及与材料的相互作用、激光器的分类及应用进行讲授，为后续各种先进技术的学习提供理论基础。从本课程第四章至第九章根据前面对激光制造技术理论的学习内容，对各种激光制造技术的原理、特点、应用及发展进行详细的讲授，使学生了解和掌握不同

16、材料、不同领域所采用的不同激光制造技术，并与第二章关于激光与材料的相互作用进行衔接，对所学的内容进行巩固和复习。课程最后一张是对激光制造技术所涉及的安全防护及标准进行讲授，使学生掌握激光制造技术在应用过程中存在的危险以及保护标准。结合具体教学内容，本课程所采用的教学方法说明如下：1. 激光材料产生的基本原理及与材料的相互作用。教学内容的原理性比较强，所涉及量子力学、光量子理论和材料学等的相关知识点。在教学中采用讲授法、演示法和练习法相结合，将抽象问题具体化，并通过课堂和课后练习强化。在讲授基本原理的基础上，通过推导公式、激光与材料作用动画演示等直观的方式，帮助学生理解激光产生的基本原理，以及和

17、材料之间的作用关系，引导学生前后联系，思考激光在实际加工过程中的能量分布，促进学生掌握知识体系。2. 激光去除加工技术。教学内容所涉及激光打孔、激光切割技术的原理和特点，原理部分相对比较抽象，但可以帮助学生复习激光与材料的作用原理的知识来进一步讲授激光加工和激光切割的作用原理。教学过程中采用讲授法、演示法和发现学习法相结合，将抽象问题具体化，并通过课堂演示激光打孔和激光切割的实际典型案例，强化学生对两种激光去除加工技术的理解和掌握。3. 激光焊接技术、激光3D打印技术。教学内容所涉及激光焊接和激光3D打印技术的基本原理，属于原理性内容。帮助学生复习激光与材料的作用原理，进一步讲授激光能够实现材

18、料连接和3D打印的基本原理。教学过程中讲授法、演示法和发现学习法相结合，将抽象问题具体化，并通过课堂演示激光焊接技术对于不同材料所选择的焊接方式以及典型的生产加工案例，强化学生对激光焊接技术的掌握和理解；在此基础上，通过课堂演示3D打印技术在生产典型样件的过程，让学生理解激光焊接技术和激光3D打印技术实际上都为增材制造技术，但所选用的激光器和工艺参数会略有不同，同时让学生能够区分本课堂内容与前面所学习的激光去除加工技术的不同，增强学生在激光制造技术的知识体系。4. 激光表面改性技术。教学内容所涉及激光改性技术的特点与分类，涉及到激光相变强化、激光表面熔覆、激光表面非晶化、激光冲击硬化及复合表面改性技术等多种激光表面改性技术。对于缺乏实际经验的学生，内容相对比较复杂，对于各种激光表面改性技术的区别认知方面还存在较大难度。教学课程采用讲授法、演示法和发现学习法相结合，将抽象问题具体化，并通过课堂演示各种激光表面改性技术典型加工案例的视频来帮助学习相关的知识和区分各种技术。5. 激光微细加工。教学内容涉及的激光微细加工的原理和特点，属于原理性内容。帮助学生复习激光与材料的作用原理，以及激光器的分类的相关知识点。然后讲授超短脉冲激光、激光微型机械加工、激光诱导原子加工技术、激光制备纳米材料、脉冲激光