3D打印技术在车辆工程专业教学中的应用

0 引言

课程思政是当代学生教育的重要发展方向与教育理念，其本质是将思想政治教育及思想理念运用到各专业的课堂教育与学习中

，潜移默化地对学生的世界观、价值观及人生观产生影响，对学生的日常举止行为起到一定的引导与约束作用，实现教学多元化发展，在实现本专业基础知识学习的同时，拓宽先进技术的学习与应用质量，进一步提高学生的理性认知能力和水平，把学习、观察、实践同思考紧密结合起来，紧跟专业发展潮流与先进技术，在培养学生基础知识的同时，将专业知识、先进技术和思想政治教育相融合

。

传统制造(减材制造)中，工件构造越复杂，单位生产制造成本越高，而3D打印无论工件构造复杂与否，单位制造成本相同，越复杂就越有竞争力。当3D打印降低了成本之后，其目标市场也将进一步扩大，其中，低成本小批量生产、复杂零件加工、部件功能提升、个性化定制产品、绿色生产、新的供应链和零售模式等成为3D打印在工业应用中的驱动力

。3D打印在车辆制造中的应用前景广阔，相关研究表明，2021年全球新销售乘用车8 210万辆，其中国内约2 630万辆。其中，3D打印具有缩短研发周期、降低研发成本、加速产品入市时间，轻量化、低碳化、供应链扁平化，快捷、个性化服务等优势，使其应用贯穿了车辆制造的概念、研发、制造、维修全生命周期，在车辆工程制造中的模型设计、关键零部件研发具有重要意义

。

本研究基于课程思政教育背景下，对3D打印技术的优势及在车辆工程专业的应用现状与发展前景展开研究，研究结果以期为高校车辆工程专业的发展及教育模式优化提供新思路及技术参考。

会整理的人，他就知道“今天跟客户进行这个阶段的商谈”“客户需要的是这个”等。因为很清楚，所以根本不会把有用的没用的全装进包里。头脑清楚，做工作当然有节奏有秩序，工作也能够顺利开展。

图6为宽频传感器接收声发射信号主频分布图，从三维关系图可以看出宽频传感器接收的声发射信号比较丰富，在35～55kHz有一条明显的主频带，在90～500kHz的频域范围内均有信号分布，声发射主频值分布较均匀。从图上也可以看出宽频传感器接收的信号整体幅值较低，其中幅值较高的信号主频集中在35～55kHz与95～110kHz范围内，而在其他频域内信号幅值较低。故可以认为宽频传感器接收的岩石大尺度破裂信号声发射主频分布在35～55kHz与95～110kHz范围内。

1 3D打印技术的工作原理及应用优势

与传统制造工业相比，3D打印技术生产的产品不但质量可靠，还可节约材料30%～60%、缩短工期50%～70%、减少人工成本50%～80%，3D打印技术可以生产更加坚固耐用、保护环境、高效、节能的产品，可以实现废弃材料资源的再利用，具有绿色环保的优势。

1.1 工作原理

在具有完善设计概念与明确设计过程的基础上，3D打印技术可以简化生产制造过程，快速生产出单个物品，与传统机械制造出的零件相比，3D打印出来的产品重量会降低60%，且坚固程度可以提高5%～11%，增加使用寿命、提升性能，满足实际生产与应用。

1.2 应用优势

任何复杂结构设计均可以通过3D打印机来实现，无需机械加工或模具，可以直接从计算机图形数据中生成任何形状的物体，从而极大地缩短产品的生产周期，提高生产效率。

1.2.1 无需模具与机械加工技术

3D打印技术在进行制造时，不需要机械加工或任何模具，直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，可以制造出传统生产技术无法制造出的外形，在工业生产与制造中显著缩短产品的研制周期，提高生产率并降低生产成本，减少了材料浪费，与传统技术相比可大幅度降低工业生产成本。

（3）A高漏电流混酸化成箔：皮膜抗水合性一般、漏电流大，高压水煮后皮膜耐压下降幅度大，化成箔容量转化率高、强度好，适用缩体引线式铝电解（表4、5是生产的大型铝电解，寿命短不适用），配合的电解液必须形成效率高、含漏电抑制剂。此类化成箔如果高压水煮出现无耐压，在实际使用中产品早期失效是大概率事件，因此，此类化成箔皮膜抗水合指标是首要指标。

3D打印技术与日常使用的打印机工作原理基本相同，普通打印机是以墨水为主要原料进行打印，而3D打印技术主要利用非金属原料，如陶瓷、塑料、尼龙等相关材料进行模具打印，普通打印机属于平面打印，而3D打印技术属于立体打印，其主要工作流程如图1所示，首先是进行三维建模，基于计算机软件对打印目标进行建模，将三维模型逐层切片，其次对切片进行处理，3D打印机通过读取三维建模软件进行模型逐层打印，完成打印后，如果想获取高分辨率的图像，可以进行模型表层打磨。

在车辆工程设计方面，由于3D打印的快速成型特性，科研人员可以通过3D打印技术对目标零部件进行研发设计，将三维建模零件快速转化为实物，减少传统机械生产中的多项作业流程及作业工序，同时可以保证开发质量与零部件的生产精度，研发快、效率高，对于车辆工程的研发与创新设计具有重要意义。因此，在高校车辆工程专业的教学中融入3D打印技术可以提高车辆工程专业教学质量，为车辆制造与发展提供良好的基础条件。

1.2.2 简化制造生产过程

3D打印技术是一种新型速成技术，主要包括立体打印技术、叠层打印技术、激光打印技术、沉积成型技术等。

2 3D打印技术在车辆工程专业教学中的应用

1.2.3 绿色环保

使用Mothur（version v.1.30）软件，对样品Alpha多样性指数进行评估。为比较样品间的多样性指数，分析时将样品所含序列数进行标准化。在97%相似度水平下，各样品Alpha多样性指数值统计如表3，在T1和T2期,曲块细菌多样性较高；在T0、T4和T5期，多样性较低；T3期的多样性最低。4种计算算法的结论基本一致。

2.1 优化车辆模型的制造工艺与流程

车辆制造模型是车辆工程专业的基础课程，又被称为车辆的“油泥模型”，是传统车辆设计中的车身模型，用于表现车辆整体效果与基本构造，为新型车辆的设计提供参考，用于车辆的审定。传统的车辆“油泥模型”主要依靠设计人员纯手工制作，不仅要求严格的工艺技术，且制造周期较为繁琐，时间较长，制造成本十分昂贵，在高校车辆工程专业极少让学生进行实际操作，造成学生基础知识薄弱。

一是对文本所传递的具体信息内容的理解。主要是通过引导学生查找描述作者言语活动和心理状态方面的语言理解其表达的概念，如假设、定义、推断、主张等。可以采用教师引导、学生小组讨论的形式找出文中主题句以及写文章概要的方式，以促进对篇章信息的理解。

随着3D打印技术的产生及广泛应用，为车辆工程中“油泥模型”制作提供更为高效的技术途径。汽车的外形相对复杂，由许多光滑的曲面组合而成，通常制作一个全尺寸的汽车模型需要3～4个月，而一个全尺寸内部“油泥模型”则需要2～3个月。而3D打印基于数字化制造模式，能在进行车辆研发作业中缩短新品研发设计生产周期，降低车辆研发成本，在高校车辆工程专业的教学中，可以为学生提供车辆模型制造的实验平台，为学生今后实习与工作打下良好的基础条件。

2.2 打印车辆零部件，提高车辆研发效率

传统车辆关键零部件进行设计与制造时，采用CNC机床或者手工制造，包括切削、钻孔、粘接等工艺，费时费力，甚至不少样件还需委外加工。车辆关键零部件的设计与实际应用需要较长的研发周期与生产成本，当试验出现问题时，还需经历漫长的修改周期，3D打印技术可以快速制作造型复杂的零部件，当零件试验出现问题时，只需在计算机建模软件中进行尺寸、结构的修改与调整，零部件重新设计完成后进行再次打印即可，可以加快研发流程与工作效率。目前，在同济大学、清华大学、华中科技大学、南京大学的车辆工程及机械设计制造相关专业中均开设3D打印技术课程；国际汽车知名制造商，如奔驰、宝马、丰田等在车辆的设计、研发、测试及维修中均已使用3D打印技术，实现生产效率的提升，弥补在产品研发验证方面的缺陷。因此，在高校车辆工程专业课程设计及科研中，应用3D打印技术可以提高我国车辆工程生产技术，提高学生的动手实践能力，紧跟国际先进技术，为车辆工程专业学生未来的发展及就业提供良好的基础条件。

“因为在儿子出生的第一天晚上，他就吐奶了，把奶吐在脸上，盖住了鼻子，这是非常危险的。于是，我就不敢睡了。你们的爸爸妈妈也是这样过来的。”看着孩子们沉默了，我继续说：“即使是现在，爸爸妈妈仍然小心地呵护着你们，可是我没有听到任何一个同学提出邀请你们的爸爸妈妈来参加生日会。”

3 3D打印技术在车辆工程专业教学中的应用趋势

3.1 建立专门的3D打印实训室

随着3D打印技术的逐渐发展，世界各国已经开始制定关于3D打印技术发展的战略要求。3D打印技术需要一大批专业技术人才，而高等教育是培养相关人才的重要环节。在高校中，培养3D打印技术不能只停留在理论基础上，需要建设专门的3D打印实训室为学生提供实践操作，促进学生综合素质与实践能力的提升与发展。

3.2 加强校企合作，拓展学习渠道

高校与相关汽车制造企业进行合作交流，一方面可以准确掌握车辆制造工程专业的市场发展趋势，另一方面可以为学生提供相应的实训基地，推动3D打印技术在车辆制造与生产中应用，为今后更好地服务社会车辆制造工程发展打下坚实的基础。可以在汽车制造厂商中邀请一些技术人才与专家进入学校与学生开展技术交流，开设相关技术讲座，帮助学生掌握先进技术，为学生的学习与发展指引方向。

3.3 加强研发资金投入，提高科研能力

3D打印技术需要专业实训室及研发设备，并且需要引进相关专业人员进行学生的培训与教学，但是由于3D打印设备造价较高，生产投入较大，相关学校及专业由于科研经费不足难以开设课程及完成实训室的建设，教学课程及内容较为传统与单一，限制了教学水平及教学质量的提升，3D打印教学与国际先进技术脱轨，限制了学生及学校的发展，因此，政府及学校应该加大设备的购置及专业人员的引进，提升课程的多元化与先进性，提高学生的综合素质，为今后走向社会岗位打下坚实的基础。

4 结论

目前，3D打印技术被广泛应用于概念车辆的设计，将成为支撑未来定制化、高性能汽车设计与制造发展的重要技术。本研究通过分析目前3D技术在车辆工程专业中的应用现状，提出未来3D制造技术的主要发展前景与研究重点，研究结果对于加强3D技术在车辆制造工程中的应用及发展提供理论参考，对于推动高校建设车辆工程制造专业的课程体系与人才培养方案提供借鉴。

[1] 张宁.论课程思政背景下的高校体育思政课程建设[J].太原城市职业技术学院学报,2022(3):89-91.

[2] 银珊.课程思政教学改革背景下高职英语教师教学能力发展研究[J].湖北师范大学学报(哲学社会科学版),2022,42(2):124-131.

[3] 金育安,陈剑斌,杜建科.3D打印技术融入车辆工程专业本科教育新探索[J].教育教学论坛,2020(31):248-250.

[4] 蒋阳. 车辆工程专业《3D打印技术》课程教学内容改革[C]//.四川省第十二届汽车学术年会论文集,2015:30-35.

[5] 丁祎,宋欣钢,刘海娜.论3D打印技术在机械自动化中的应用[J].农机使用与维修,2021(8):9-10.

[6] 党桐.3D打印技术在机械制造自动化中的应用[J].科技风,2019(19):83.

[7] 黄鸣远.3D打印技术在机械自动化领域的应用[J].电子技术与软件工程,2019(6):117.