《汽车新技术》课程教学改革实践

王利鹤，赵永来，高 伟，牛文学，张 艺，吴朕国

(内蒙古农业大学职业技术学院，内蒙古 包头 014109)

0 引言

随着国家汽车生产和消费政策的调整，我国汽车产业呈现爆发式增长[1]，为适应社会发展的需要，汽车后市场急需一批素质高、专业过硬的维修人员。然而，当前汽车类专业教学仍以传统讲授和期末考试考查为主[2]，辅之多媒体及实物教具，学生对于汽车基础知识仍难以完全掌握。

1 当前汽修专业学生在学习过程中存在问题

传统教学模式，任课教师授课进度慢，理论与实践结合性较差，教学效果不显著，学生对抽象的理论学习内容缺乏积极主动性，学生毕业之后，进入工作岗位不能将学校学习的知识转化为技能从而直接上岗，一直以来是任课教师寻求突破的难点[3]。

2 3D打印的发展及在汽车维修中的运用

3D 打印技术的不断发展，在产品设计开发的过程中该技术的应用也变得越来越广泛，目前主要用于航空工业、汽车工业、专业设计和医疗外科等领域。作为一种快速成型技术，具有打印速度快、材料类型多、精度高等优点[4]，国内外研究人员尝试将3D打印技术应用于教具领域，提升教学效果，进而实现职业教育的发展与转型[5-8]。

笔者认为：3D打印应用于《汽车新技术》实践教学中，有助于深化学生对于解剖位置的空间理解，建立三维立体的形象思维，提升学习乐趣及效率，从而提高教学质量。

3 3D打印在《汽车新技术》课程应用实例——转子发动机教学教具制作过程

3.1 3D打印机装配与调试

本文组装的 3D 打印机型号是 ANYCUBIC Kossel，是开源 RepRap 3D 打印机 Prusa Mendel 的第三代机型。相对于 Mendel 一代和二代的版本，第三代结构简单，造型更趋向于产品化，产品参数一览表如表 1 所示。我们组装后要进行固件的烧录，虽然固件是厂家根据现有机器进行调试后，进行相对完善的修改后才提供我们进行烧录使用的。但我们进行组装使用时不可避免会有微小误差，有些重要参数，在调试时需要修改。

表1 产品参数一览表

3.2 3D 打印过程

目前可实现商业用途3D 打印技术主要有3种: 光固化成型、熔融沉积制造、选择性激光烧结[9]。而本篇论文涉及到的打印机选择以熔融沉积制造类型。打印过程简略的划分为“三维建模—实体模型分层切片—打印”3个阶段。

(1)三维建模

打印伊始，需要利用建模工具完成模型的建模。目前，简单实用的建模工具有犀牛、3Dmax、SketchUp；工业零件的建模用ProE、UG、Solidworks、CAD等；人物雕刻的建模用ZBrush、Maya等。建模工具的代表软件多种多样，可以根据建模特点及软件熟练程度选择软件。以转子发动机的Solidworks2012建模为例，具体步骤如图1～图2所示：先用Solidworks2012绘图软件绘制零部件转子的草图，然后进行拉伸处理，生成立体图，如果尺寸有错误，需要返回草图界面，进行参数修改，绘制好后，保存为stl.格式。

图1 建模基本步骤：草图绘制

图2 建模基本步骤：生成立体图

(2)实体模型分层切片

切片软件的主要作用是将模型分层切片，根据模型形状生成不同的路径，从而生成整个三维模型的GCode代码，可导出方便脱机打印，导出的文件扩展名为“.gcode”，利用SD卡、USB2.0或网线接口接入3D打印机就可以打印了。以Cura软件为例，切片过程如图3～图6所示：首先，打开Cura软件，添加stl.格式三维零件模型，添加成功后，适当的调整三维零件模型位置，待打印参数设置完成后，软件就可以自动生成G代码，只需要保存G代码即可。

图3 分层切片基本步骤：添加文件

图4 分层切片基本步骤：模型调整

图5 分层切片基本步骤：设置打印参数

图6 分层切片基本步骤：保存G代码

(3)进行打印

将Cura软件生成的代码通过上述方法，下载到3D打印机控制软件内，与此同时，设置热床和加热喷头到指定温度，待PLA材料融化后，按照GCode代码要求，打印堆积成型。打印过程如图7所示：

图7 打印过程

3.3 制作实验教学台架

本文设计了“3D打印汪克尔转子发动机实验教学台架”，各零件均有上述操作打印而成。在实践教学过程中，既可以将各部分零件按照顺序摆在实验台架上，用于教学展示，还可以组成拼装，通过手摇来演示转子发动机的工作过程，如图8所示。

图8 组装实验教学台架

4 结语

在理实一体化教学的要求下，如何提高高职院校教师的实践教学能力及教学质量，最大可能提升学生的学习积极主动性，显得十分重要。笔者及学生通过实践和探索，尝试将3D打印技术在《汽车新技术》课程实践教学中的应用及教学改

革实践得以实现，并且在《机械制图与CAD》《汽车构造》课程的实践教学过程中起到了很好的教示作用。