《增材制造技术》课程教学大纲

增材制造技术一、课程介绍《增材制造技术》是材料成型及控制工程专业学生的专业选修课程，该课程是对学生进行现代制造工程技术培养的重要内容，旨在在帮助学生拓宽视野、活跃思想、增强创新意识。本课程所讲述的内容首先介绍了增材制造技术概念、发展历程、技术特点、工艺和材料种类以及发展趋势。然后按照工艺分类讲述了光敏材料选择性固化技术、叠层实体制造技术、熔融沉积成形技术、激光选取烧结技术、激光选区熔化技术、激光工程净成形技术、电子束选区熔化技术等共8章，教学部分共包含理论20学时，实验4学时，期末考试以开卷考试形式结课。Introduction"Additivemanufacturingtechnology"isaprofessionalelectivecourseforstudentsmajoringinmaterialformingandcontrolengineering.Thiscourseisanimportantpartoftrainingstudentsinmodernmanufacturingengineeringtechnology,aimingtohelpstudentsbroadentheirhorizons,activatetheirthinkingandenhancetheirconsciousnessofinnovation.Thiscourseintroducestheconcept,developmentprocess,technicalcharacteristics,processandmaterialtypesofadditivemanufacturingtechnologyanditsdevelopmenttrend.ThispaperintroducestheStereoLithographyApparatus（SLA）,LaminatedObjectManufacturing(LOM),FusedDepositionModeling(FOM),SelectiveLaserSintering(SLS),SelectiveLaserMelting(SLM),LaserEngineeredNedShaping(LENS),SelectiveElectronBeamMelting(SEBM)andsoon,atotalofeightchapters.Theteachingpartincludes20hoursoftheory,4hoursofexperiment,andthefinalexamiscompletedintheformofopen-bookexam.课程基本信息课程名称增材制造技术课程编码432516英文名称Additivemanufacturingtechnology课程学时24课程学分1.5课程类别专业教育课程课程性质选修课开课学期第7学期课内实验学时4适用专业材料成型及控制工程专业开课单位材料加工工程系锻压教研室选用教材《增材制造技术原理及应用》.科学出版社.魏青松主编.主要参考书1.《3D打印和增材制造的原理及应用》.国防工业出版社.蔡志楷主编.2.《增材制造与3D打印技术及应用》.清华大学出版社.杨占尧主编.3.《3D打印成型工艺及材料》.高等教育出版社.吴国庆主编.二、教学大纲1、教学目的《增材制造技术》是材料成型及控制工程专业本科生的专业选修课程。开设此课程旨在拓展学生的视野，了解增材制造和3D打印这种20世纪80年代出现的全新概念的制造技术，掌握这种制造新技术的工艺、材料、装备及应用范围，为后续课程的学习做好必要的知识储备。2、教学要求教师要积极备课，认真准备实验，对课程内容要融会贯通，切忌照本（幕）宣科。授课在多媒体教室，充分利用多媒体动画教学课件，结合每种增材制造工艺的典型应用案例进行教学。做到授课内容与大纲相符，注重平时成绩（作业和实验）积累，成绩评价体系标准真实、严谨、公平、公正、公开，能促使学生学习的积极性。3、预备知识或先修课程要求学生学习本课程之前应先对《材料成型工艺》、《材料成型原理》等相关课程的知识有初步了解。4、教学方式课程由理论课堂和实验操作引导两部分组成，一律采用多媒体动画教学。理论授课22学时，教师讲授与课堂讨论相结合；实验操作引导2学时，以学生操作、设计为主，教师引导、答疑为辅。5、实验环境和设备（1）硬件环境:激光选区熔化成形设备，三维喷印设备。（2）软件环境：增材制造设备操作软件。6、课程教学内容及学时分配第1章概论（2学时）1.1增材制造技术概念1.2增材制造技术发展历程1.3增材制造技术特点1.4增材制造的工艺种类1.5增材制造使用的材料1.6增材制造技术的发展趋势教学重点、难点：①增材制造的工艺原理及特点。②增材制造的主要工艺种类思考题：增材制造方法与传统制造方法有什么区别和联系？第2章光固化制造技术（2学时）2.1SLA增材制造的原理及分类2.1.1SLA增材制造原理2.1.2SLA增材制造分类2.2SLA增材制造的基本过程和支撑结构2.2.1SLA增材制造的基本过程2.2.2SLA增材制造的支撑结构2.3SLA增材制造的材料及选择2.3.1SLA增材制造材料的要求2.3.2SLA增材制造材料的分类2.3.3SLA增材制造材料的选择2.4SLA增材制造的优点与缺点2.5SLA增材制造成形设备2.6SLA增材制造的典型应用教学重点、难点：①SLA增材制造的成形原理②影响SLA成形零件精度的因素思考题：SLA增材制造技术适合哪些领域或特殊零件的制造？第3章叠层实体制造技术（2学时）3.1LOM增材制造的工作原理3.2LOM增材制造的工艺参数和后处理3.2.1LOM增材制造的工艺参数3.2.2LOM增材制造的后处理3.3LOM增材制造的材料及选择3.4LOM增持制造的优点和缺点3.5LOM增材制造技术典型应用教学重点、难点：①LOM增材制造的工作原理②LOM增材制造的成形材料及特点③LOM增材制造的后处理方法思考题：①LOM增材制造工艺与其他增材制造技术工艺相比有哪些特点？②LOM增材制造工艺有哪些应用？请举例说明。第4章熔融沉积成形技术（2学时）4.1FDM增材制造的工作原理和成形过程4.1.1FDM增材制造的工作原理4.1.2FDM增材制造的成形过程4.1.3FDM增材制造装备构成4.2FDM增材制造的材料及选择4.2.1FDM增材制造对成形材料的要求4.2.2FDM增材制造对支撑材料的要求4.3FDM增材制造的优点和缺点4.4FDM增材制造常用控制软件4.5典型FDM增材制造装备简介教学重点、难点：①FDM增材制造的工作原理②FDM增材制造的材料选择③FDM增材制造过程中的台阶效应思考题：FDM增材制造还可应用于何种领域，试再列举一例？第5章激光选区烧结技术（4学时）5.1激光选区烧结技术发展历史5.2激光选区烧结工艺原理5.2.1激光选区烧结成形原理5.2.2激光烧结机理5.3激光选区烧结成形材料5.3.1粉末特征5.3.2成形材料分类5.4激光选区烧结核心器件5.5激光选区烧结成形设备5.6激光选区烧结工艺特点5.7激光选区烧结制件性能5.8激光选区烧结的典型应用教学重点、难点：SLS增材制造的形成原理和形成过程。思考题：①如何提高SLS增材制造的成形精度？②你认为SLS增材制造有哪些瓶颈问题，有没有可以改进的地方？如何改进？第6章激光选区熔化技术（4学时）6.1激光选区熔化技术发展历史6.2激光选区熔化工艺原理6.2.1激光能量的传递6.2.2金属粉体对激光的吸收率6.2.3熔池动力学6.2.4熔池稳定性6.3激光选区熔化成形材料6.4激光选区熔化核心器件6.5激光选区熔化成形设备6.5.1激光选区熔化成形的设备组成6.5.2典型SLM设备6.6激光选区熔化成形工艺流程6.7激光选区熔化优缺点6.8激光选区熔化冶金特点6.9激光选区熔化的典型应用教学重点、难点：①SLM增材制造技术的成形原理及成形工艺。②影响SLM增材制造成形件表面质量的因素。思考题：①SLM有哪些独特的冶金缺陷（区别于铸造）？如何优化SLM成形工艺改善这些缺陷？②SLM增材制造还可以应用在那些领域或特殊零部件的制造？第7章激光工程净成形技术（2学时）7.1激光工程净成形技术发展历史7.2激光工程净成形的工艺原理7.2.1粉末熔化和凝固过程7.2.2熔池特征7.2.3粉末穿过激光束到达熔覆层表面的状态7.3激光工程净成形材料7.3.1粉末粒度7.3.2粉末流动性7.3.3成形材料的种类7.4激光工程净成形的核心器件7.5激光工程净成形的设备7.6激光工程净成形的工艺流程7.6.1模型准备7.6.2材料准备7.6.3送料工艺7.6.4零件加工7.6.5零件后处理7.7激光工程净成形优缺点7.8激光工程净成形的冶金特点7.9激光工程净成形典型应用教学重点、难点：①激光工程净成形过程粉末流场特征与成形质量的关系。②激光工程净成形技术的优缺点。思考题：与粉末激光选区烧结技术相比，激光工程净成形技术的特点有何不同？第8章电子束选区熔化（2学时）8.1电子束选区熔化技术发展历史8.2电子束选区熔化技术工艺原理8.3电子束选区熔化成形材料8.4电子束选区熔化核心器件8.4.1电子枪系统8.4.2真空系统8.4.3控制系统8.4.4软件系统8.5电子束选区熔化的装备8.6电子束选区熔化工艺流程8.7电子束选区熔化的优缺点8.8电子束选区熔化的冶金特点8.8.1电子束选区熔化技术的冶金缺陷8.8.2典型材料的微观特征与力学性能8.9电子束选区熔化的典型应用教学重点、难点：①电子束选区熔化技术的原理及成形过程。②电子束选区熔化的冶金特点思考题：①电子束选区熔化工艺与激光选区熔化工艺的区别在哪里？②电子书选区熔化有哪些独特的冶金缺陷（区别于铸造）？如何优化电子束选区熔化成形工艺改善这些冶金缺陷？③电子束选区熔化技术还可以应用在哪些领域或特殊零部件的制造？7、实验项目内容、学时分配、实验小组序号实验项目内容提要实验类型学时分配分组人数实验地点教学要求1金属零件激光选区熔化成形实验以金属零件为例，完成其模型的SLM制造，了解SLM技术的特点和工作原理，掌握SLM增材制造设备的工作原理、工作方法及操作。综合性21材料加工工程锻压实验室依据实验效果进行评价：优秀、良好、一般、合格及不合格。2涡轮叶片砂型三维喷印成形实验以涡轮叶片砂型为例，完成砂型成形制造，了解三维