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 机械设计制造及其自动化专业双百实验班应用型课程建设之二《逆向设计与快速成型技术》

——一篇来自学生(机电BG17s张亚军)的心得体会

2019-09-27 11:04     (点击: )

本学期我们学习了《逆向设计与快速成型技术》这门课程,听到这个课程名字感觉非常新奇独特,觉得学的知识很前沿很先进,与学习其他课程有很大的不同,首先授课环境打破了常规教学的教课形式,在3D打印教室上课,双人一组使用一台计算机和桌面级打印机,调动学生好奇心,使每个同学都参与课堂,增加学习效率。与传统老师书本授课不同,这种方式能直观的让我们观看打印实践过程,便于我们理解和学习逆向设计和3D打印的知识。通过一段时间的学习,发现这门课程融合的学科比较多,材料力学,工程材料热处理,机械原理,机械设计等,还要熟练运用软件进行辅助分析。

这门课程的授课老师是杨志强老师,杨老师的授课方式与其他老师不同,在授课观念上,让我们注重各个学科之间知识链的互溶贯穿,不要死记硬背知识点,记得快忘得快。在授课内容上,打破书本限制,经常讲解实际工程应用上的案例,将知识点与实践结合,生动形象便于理解记忆。

在讲逆向设计的时候,杨老师先给我们讲解正向设计:传统产品的开发实现通常是从概念设计到图样,再创造出产品,其流程为构思—设计—产品。而逆向设计与之相反,根据零件或者原型生成图样,再制造成产品。老师列举一个实例:汽车的逆向工程,手绘图—效果图—制造油泥模型—设计师对模型修改—采集点云数据—曲面构造—造型设计装配—装配后的效果图—制作样车—风洞试验—碰撞试验—路试等后续细节处理。让我们对逆向设计有了大体的认识。老师用这个实例过程去给我们深入讲解逆向工程,首先是讲解逆向工程中的重点之一,采集数据。方法有接触式和非接触式,在介绍其不同时,老师还讲了目前国内外某些企业和高校在这方面达到的程度。使我们对此产生浓厚的兴趣。

数据采集完成后是数据的精简:坏点去除,点云精简,数据插补,数据平滑,数据分割等等。在这个过程中老师采取与同学一起亲身实践来完成一个吹风筒的逆向数字模型重构,代替传统的灌输概念方式。把收集的点云数据输入SolidWorks软件中,利用SCAN to3D插件进行数据处理。每操作一步,老师都提问一些问题来激发学生的思维,让大家都融入到课堂中。同时也教我们一些SolidWorks软件的使用方法,使得我们既学到概念又学会软件使用。

在学习3D打印技术过程中杨老师先讲解3D打印技术原理、特点、3D打印典型案例与行业发展现状和典型3D打印技术。3D打印是一类将材料逐层添加来制造三维物体的“增材制造”技术的统称,其核心原理是:“分层制造,逐层叠加”,类似于高等数学里柱面坐标三重积分的过程。区别于传统的“减材制造”,3D打印技术将机械、材料、计算机、通信、控制技术和生物医学等技术融合贯通,具有缩短产品开发周期、降低研发成本和一体制造复杂形状工件等优势。之后老师讲解现有实验室3D打印机的工作原理和使用方式,让我们用学过的SolidWorks软件进行零件建模,零件进行装配看看尺寸设计是否合格并进行更改,最后将零件存成STL格式,使用打印机打印模型。再此过程中很多同学遇到一些问题,老师都对其进行讲解。图中的齿轮啮合是杨老师给同学的任务,分组进行讨论,手绘设计零件—建模装配—分析整改—打印安装。在这过程中,同学们不仅用所学知识完成任务,还加深了对3D打印机的使用方法和注意事项,在打印过程中发现底板“翘边”,老师并没有第一时间解答我们的问题,而是引导我们学会分析问题,寻找“翘边”存在的因素,对其产生的因素进行逐一排除。后来我们发现打印机的基台平面没有调平,存在偏差,在进行调平后顺利完成老师给的任务。

当前普遍逆向工程所提及内容基本都是狭义的逆向。而杨老师却从广义逆向角度结合3D打印给我们展示了这门课程更符合实际的用途,用来解决真正的工程问题。比如在涉及工件受力问题时,使用simulation插件进行有限元分析,直观的向我们展示工件受力状况。也可以通过软件画出横梁的剪力弯矩图,便于我们对其进行受力分析。这样,在我们完成狭义的外观逆向的同时,也能完成选型、校核、工艺等广义逆向问题。让上课内容不局限于所要讲解的学科而是把所学的知识“回炉重塑”,各科之间有知识链的连接。也方便知识的记忆。让我们在遇到实际问题时能灵活运用。

通过这段时间的学习,让我们对逆向设计和3D打印技术有了基础性的认识。大量的工程案例让我们把所学的知识与实际实践进行连接,受益匪浅。

 
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