《增材制造工艺与装备》 教案 项目二 FDM工艺3D打印设备的应用

任课教师项目(任务)名称21899项目二FDM工艺3D打印设备的应用 任务1操作FDM3D打印机授课班级课时2（90分钟）学习目标知识目标1.认识FDM3D打印机的操作界面与按键接口；2.了解3D打印机的调试方法；3.了解3D打印机的操作与打印方法。技能目标1.掌握3D打印机的调试方法；2.掌握3D打印机的操作与打印方法。素养目标1.了解什么是实践能力；2.为什么要提高实践意识；3.怎样提高实践能力。教学重点及难点教学重点：1.针对操作界面与按键接口的认识；2.掌握3D打印机的调试方法、操作以及打印方法。教学难点：1.熟练掌握3D打印机的调试方法、操作以及打印方法；2.熟知3D打印机的操作界面与按键接口的功能与作用。教学组织1.教师以班级为单位讲授FDM3D打印机、耗材、FDM3D打印机的应用领域等理论知识；2.后续以小组为单位进行操作方法的讲演与上机实践训练；3.学生根据分组实践过程总结问题，教师作现场答疑；4.练习、作业的安排：完成随堂训练，并进行整个设备调试、打印练习；5.多媒体等教学手段的应用：使用多媒体投影仪、拆装演示视频、拆装动画辅助教学。教学资源教学媒体一体化课堂展示媒体：投影仪、机房教学设备、工具、材料计算机、教材、投影仪、调试视频、调试动画、DPAM-1-2FDM拆装实操单元学习资料《增材制造工艺与装备》，魏青松、陈娟主编，机械工业出版社出版，ISBN：978-7-111-76393-2学业评价评价原则客观性：确保评价标准客观、公正，避免主观偏见。全面性：涵盖所有关键方面，确保评价的完整性。可操作性：评价标准应易于理解和操作，方便实施。评价方式定量评价：通过具体数据、指标进行量化评分。定性评价：依据描述性标准，进行主观判断和评价。评价内容学习成果：评估学生知识掌握的程度和质量。学习态度：考察学生的学习态度、认真程度等。团队协作：评价学生在团队中的合作能力和贡献。创新能力：评估学生在解决问题、创新思维方面的表现。学习环节教学内容及过程学生活动教师活动时间分配明确任务1.认识FDM3D打印机的操作界面与按键接口；2.了解3D打印机的调试方法；3.了解3D打印机的操作与打印方法。了解本节课需要掌握的内容。通过讲述，使学生了解本节课需要掌握的内容。5分钟问题导入设置本节任务的疑问引导学生进行提问，引发学生思考。问题1：FDM3D打印技术的核心原理是什么？描述一下它是如何逐层构建三维物体的？问题2：设备上存在急停按钮的目的是什么？问题3：在实际操作FDM3D打印机之前需要进行哪些关键的设备调试？复习之前学习的知识，并带着问题思考本节课所要掌握的内容。引导学生从已经掌握的知识中拓展延伸到新知识的学习。10分钟教学实施一、新知讲授FDM3D打印机的按键接口与操作界面：展示FDM3D打印机的按键接口与操作界面，介绍其功能和作用。图2-1按键接口认识操作界面的命令按键：强调每个命令在FDM3D打印机中的功能与作用。了解打印机的调试流程以及操作打印：强调调试的流程以及每一步骤的调试方法和重要作用。介绍调试完成后的设备如何进行打印操作。1.了解实践操作之前必要的硬件基础知识。1.根据幻灯片讲解本节课需要掌握的基础知识。根据课堂气氛，增加适当引导和互动。15分钟教学实施二、实践准备装配过程学习：播放设备调试视频，演示设备调试过程。分组与分工：将学生分为若干小组，每组4-5人，明确小组长和成员职责。发放材料与工具：为每组发放调试所需零部件（耗材、A4纸）、装配工具（如内六角螺钉、螺丝刀等）。2.观看设备调试视频。明确组员与组长，检查零部件是否与教材中要求的一致。2.播放设备调试视频。引导学生完成分组和零部件、装配工具的下发。10分钟教学实施三、实践操作学生按照教材中的调试指南和配套动画、视频的演示，完成设备的调试。学生按照教材中“3D打印机的操作与打印”中的内容，逐步完成模型的打印。小组内成员相互协作，共同完成设备调平、打印任务。3.小组合作进行实践操作练习。根据实践过程中遇到的问题，组内讨论无解后向老师提问。3.教师巡回指导，解答学生疑问，纠正错误操作。针对多次出现的问题，进行集中讲解。30分钟教学扩展知识扩展学生通过阅读知识扩展模块了解、熟悉其中的内容，思考后至少提出一个新的创新设计的想法。将创新设计想法与组内成员互相交流、讨论后，选择可行性最高的一条完善为创新设计方案。各个小组在课堂上分享组内形成的创新设计方案，并由其他小组同学提出疑问，教师根据方案提出可行性建议，各个小组完善后形成最终方案。将形成的最终方案在课后时，通过3D打印技术平台进行实验论证，将实验结果整理汇总后与最终方案一并提交至教师处。4.小组成员进行阅读学习，学习完成后与小组成员进行组内交流讨论自己的想法。针对有创意的想法收集起来，在课外时间进行实验论证。4.教师通过观察小组讨论学习状态，引导鼓励学生积极参与组内讨论，提高学生的组内参与度和思考能力。并且对于学生提出创新想法予以鼓励，条件允许的情况下支持学生的创新想法。15分钟评价总结使用“任务评价”中的评价表完成教学实施过程的评价，以自我评价、小组评价、教师评价的形式按照分值点评学生对知识点的掌握情况。学生进行自评，小组内组内成员打分。教师根据实际情况进行评价。5分钟任课教师项目(任务)名称项目二FDM工艺3D打印设备的应用任务2FDM3D打印机的耗材授课班级课时2（90分钟）学习目标知识目标1.掌握常见FDM3D打印机耗材的名称、特性。2.了解FDM3D打印机耗材中的工程塑料。3.了解FDM3D打印机的特殊性能耗材。素养目标1.了解什么是实践能力；2.为什么要提高实践意识；3.怎样提高实践能力。教学重点及难点教学重点：1.熟练掌握FDM3D打印机常见耗材的名称及特性；2.理解工程塑料在FDM3D打印中的应用及特性；3.认识特殊性能耗材的基本特点及应用场景。教学难点：1.准确理解不同材料的特性和应用场景；2.熟练掌握选择耗材并设置合理的打印参数。教学组织1.教师以班级为单位讲授FDM3D打印机的耗材理论知识；2.以小组为单位进行讨论；3.学生根据分组讨论无果问题，教师作现场答疑；4.多媒体等教学手段的应用：使用多媒体投影仪辅助教学。教学资源教学媒体一体化课堂展示媒体：投影仪、机房教学设备、工具、材料计算机、教材、投影仪学习资料《增材制造工艺与装备》，魏青松、陈娟主编，机械工业出版社出版，ISBN：978-7-111-76393-2学业评价评价原则客观性：确保评价标准客观、公正，避免主观偏见。全面性：涵盖所有关键方面，确保评价的完整性。可操作性：评价标准应易于理解和操作，方便实施。评价方式定量评价：通过具体数据、指标进行量化评分。定性评价：依据描述性标准，进行主观判断和评价。评价内容知识技能：评价学生的知识掌握程度和技能水平。过程方法：评价学生的学习方法和学科思维，包括解决问题的策略、学习策略。情感态度：评估学生的学习态度、兴趣、价值观等。综合素质：评价学生的综合素质，如创新能力、团队合作能力、社会责任感等。学习环节教学内容及过程学生活动教师活动时间分配明确任务1.掌握常见FDM3D打印机耗材的名称、特性。2.了解FDM3D打印机耗材中的工程塑料。3.了解FDM3D打印机的特殊性能耗材。了解本节课需要掌握的内容。通过讲述，使学生了解本节课需要掌握的内容。5分钟问题导入设置本节任务的疑问引导学生进行提问，引发学生思考。问题1：FDM3D打印机调试的关键步骤有哪些？问题2：目前可用的熔融沉积生产的材料有哪些？复习之前学习的知识，并带着问题思考本节课所要掌握的内容。引导学生从已经掌握的知识中拓展延伸到新知识的学习。10分钟教学实施一、新知讲授1.耗材的制备准备阶段：材料：线状耗材由基料+辅料混制，形态有片状、颗粒状。造粒优势：受热均、易混合、运输损耗小、不易吸湿、颜色均匀。制备流程（以PLA为例）：干燥：粉状材料80℃真空干燥12小时，添加材料同处理。混合：使用密炼机或高速粉碎机。片状加工：210℃混合→辊压成片→冷却剪碎→60℃二次烘干→注塑测试→螺杆挤出机（210℃）→1.75mm线材。颗粒加工：粉碎混合→造粒机塑化切粒→注塑测试→60℃烘干12小时→螺杆挤出机（调温）→1.75mm线材。2.常见耗材形态：线状，线径1.75mm-3.0mm，重量500g-3000g。材料：热塑性，需快速凝固。多为传统材料改性，性能有差异。常用材料：聚乳酸（PLA）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）、热塑性聚氨酯弹性体（TPU）等。3.工程塑料工程塑料：优于通用塑料，应用于多行业，增长迅速。可3D打印材料：PC：透明、耐热、抗冲击，用于照明、航空航天。PA（尼龙）：耐磨、高强度，广泛应用于各行业，可改性。打印参数：PC：温度250-270℃，底板90-110℃，速度40mm/s，全封闭。PA：温度265-280℃，底板80℃，速度<60mm/s，全封闭。应用与展望：PC用于灯罩、航空异形件；PA改性后应用更广；两者均持续发展。4.特殊性能耗材木质感材料：PLA+木质纤维，降低柔韧性和拉伸强度。夜光材料：PLA/ABS+荧光剂，黑暗中发光。碳纤维材料：PLA/尼龙+碳纤维，高强度，需硬化喷嘴。PEEK：耐高温、高强度，需高温FDM设备和烧结炉加工。1.了解实践操作之前必要的硬件基础知识。1.根据幻灯片讲解本节课需要掌握的基础知识。根据课堂气氛，增加适当引导和互动。45分钟教学扩展二、知识扩展概述聚乳酸及其改性材料在3D打印技术中的应用、发展历史、改性研究和市场情况。2.教师讲述完毕后，进行小组讨论。2.教师对知识拓展内容进行讲述。15分钟课后作业课后作业学生将分为四个小组，每组负责搜集和探究FDM3D打印技术在不同领域的应用实例和相关资料。具体分组如下：工业设计领域组：负责收集FDM3D打印技术在工业设计中的应用案例和资料。鞋帽服装领域组：专注于探索FDM3D打印技术在鞋类、帽子和服装制造中的使用情况。医疗领域组：搜集FDM3D打印技术在医疗行业中的应用实例，如定制化医疗器械等。工装夹具领域组：研究FDM3D打印技术在制造工艺中的夹具和工具的应用。各小组需要在下节课前准备好分享材料，包括案例分析、技术优势、实际效果等，并在课堂上进行展示和讨论。这将有助于同学们深入理解FDM3D打印技术的实际应用价值和潜力。3.课后进行资料查找分享。3.教师对分享的内容进行补充，对不正确的内容进行纠正，对问题进行解答。10分钟评价总结使用“任务评价”中的评价表完成教学实施过程的评价，以自我评价、小组评价、教师评价的形式按照分值点评学生对知识点的掌握情况。学生进行自评，小组内组内成员打分。教师根据实际情况进行评价。5分钟任课教师项目(任务)名称项目二FDM工艺3D打印设备的装调与维护任务3应用FDM3D打印技术授课班级课时2（90分钟）学习目标知识目标1.掌握FDM3D打印机耗材的应用领域2.了解FDM3D打印技术在工业设计领域的应用3.了解FDM3D打印技术在鞋帽服装领域的应用4.了解FDM3D打印技术在医疗领域的应用5.了解FDM3D打印技术在工装夹具领域的应用素养目标1.了解什么是实践能力；2.为什么要提高实践意识；3.怎样提高实践能力。教学重点及难点教学重点：了解FDM工艺在不同领域的工艺优势及其创新潜力；教学难点：掌握在不同领域中，FDM技术是如何贴合该领域特性，从而辅助完成各个领域中特定需求的。教学组织教师以班级为单位，讲授3D打印在日常生活和工业生产中的应用等理论知识；根据上节课课后作业各个小组进行本节课的成果展示与分享；学生根据分组再完成上节课布置的课后作业的过程中将遇到的问题进行总结归纳，在本节课教师进行现场答疑；多媒体等教学手段的应用：使用多媒体投影仪、播放相关视频等。教学资源教学媒体一体化课堂展示媒体：投影仪、机房教学设备、工具、材料计算机、教材、投影仪。学习资料《增材制造工艺与装备》，魏青松、陈娟主编，机械工业出版社出版，ISBN：978-7-111-76393-2学业评价评价原则客观性：确保评价标准客观、公正，避免主观偏见。全面性：涵盖所有关键方面，确保评价的完整性。可操作性：评价标准应易于理解和操作，方便实施。评价方式定量评价：通过具体数据、指标进行量化评分。定性评价：依据描述性标准，进行主观判断和评价。评价内容学习成果：评估实际完成的学习质量和数量。学习态度：考察学生的学习态度、责任心等。团队协作：评价学生在团队中的合作能力和贡献。创新能力：评估学生在解决问题、提出新想法方面的表现。学习环节教学内容及过程学生活动教师活动时间分配明确任务1.掌握FDM3D打印机耗材的应用领域2.了解FDM3D打印技术在工业设计领域的应用3.了解FDM3D打印技术在鞋帽服装领域的应用4.了解FDM3D打印技术在医疗领域的应用5.了解FDM3D打印技术在工装夹具领域的应用了解本节课需要掌握的内容。通过讲述，使学生了解本节课需要掌握的内容。5分钟问题导入设置本节任务的疑问引导学生进行提问，引发学生思考。问题1：FDM工艺3D打印机的耗材除了PLA还有哪几种材质的耗材？问题2：在日常生活中你所听说过的FDM工艺3D打印机的应用有哪些？复习之前学习的知识，并带着问题思考本节课所要掌握的内容。引导学生从已经掌握的知识中拓展延伸到新知识的学习。10分钟教学实施一、新知讲授FDM3D打印技术在工业设计领域的应用图2-18使用FDM技术3D打印的手板FDM3D打印技术在鞋帽服装领域的应用图2-19艾里斯·范·荷本的3D打印时装FDM3D打印技术在医疗领域的应用图2-223D打印心脏模型FDM3D打印技术在工装夹具领域的应用根据教材中的内容进行讲解的同时可将打印的模型进行展示，使学生更加直观的去了解。1.了解本节内容的基础理论知识1.根据幻灯片讲解本节课需要掌握的基础知识。根据课堂气氛，增加适当引导和互动。15分钟教学实施二、小组互动环节本次课程我们将以4-5人的小组形式进行，每组同学需展示并分享上节课后布置的作业成果。各小组成员需先阅读教材中的知识，通过查阅相关资料，并结合之前的课后作业，进行信息的整理和总结。整理完成后，组内成员应相互交流各自的总结，并进行讨论。在讨论过程中，注意记录下优秀的成果案例，以备后续使用。最后，每个小组将挑选出最佳的成果，在全班面前进行展示和交流。讨论过程中遇到解决不了的问题应及时收集归纳起来向老师提问。