增材制造工藝與應(yīng)用教案課程名稱增材制造工藝與應(yīng)用課題名稱（項(xiàng)目、任務(wù)、情境）項(xiàng)目四實(shí)踐SLA光固化成型工藝高階應(yīng)用任務(wù)1認(rèn)識(shí)SLA工藝的工作原理和成型過程授課地點(diǎn)理實(shí)一體實(shí)訓(xùn)室課時(shí)2課時(shí)教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)理解光固化成型工藝的基本原理掌握光固化成型工藝的基本流程能力（技能）目標(biāo)能正確進(jìn)行光固化成型設(shè)備的操作和調(diào)試情感目標(biāo)鍛煉學(xué)生觀察能力，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)穆殬I(yè)素養(yǎng)教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)光固化成型工藝的基本原理難點(diǎn)光固化成型工藝的基本流程教學(xué)資源多媒體教學(xué)課件、教材能力訓(xùn)練任務(wù)及案例課堂反思

步驟時(shí)間分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法教學(xué)手段學(xué)生活動(dòng)舊課復(fù)習(xí)15分鐘上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了目前最流行、最桌面化的3D打印技術(shù)——熔融沉積成型（FDM）。1.提問:FDM技術(shù)的基本原理是什么？預(yù)期學(xué)生回答：將熱塑性材料（如PLA、ABS）通過高溫噴頭加熱熔化，然后像擠牙膏一樣層層堆積，冷卻后凝固成型。2.提問:FDM技術(shù)有什么突出的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)呢？?jī)?yōu)點(diǎn)：設(shè)備成本低、操作相對(duì)簡(jiǎn)單、材料成本低、顏色豐富。缺點(diǎn)：表面有層紋、精度相對(duì)較低、需要添加支撐結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度有各向異性。提問法PPT展示問題，引發(fā)學(xué)生思考搶答，贏得平時(shí)成績(jī)告知2分鐘今天這節(jié)課，我們的核心任務(wù)就是深入探討這項(xiàng)技術(shù)。我們將圍繞以下三個(gè)核心問題展開：第一，它的原理是什么？它不是通過加熱融化，而是利用‘光’來固化液體樹脂，這個(gè)過程叫做‘光聚合反應(yīng)’。這到底是如何實(shí)現(xiàn)的？第二，它的完整工作流程是怎樣的？從電腦里的一個(gè)模型到拿到手里一個(gè)光滑的零件，中間經(jīng)歷了哪些關(guān)鍵步驟？特別是，它有一個(gè)非常獨(dú)特且重要的‘后處理’環(huán)節(jié)。第三，它和FDM相比，優(yōu)勢(shì)在哪，劣勢(shì)又在哪？學(xué)完之后，我們需要形成一個(gè)清晰的概念：在什么情況下應(yīng)該選擇FDM，什么情況下又應(yīng)該選擇SLA。講授法引入3分鐘FDM很好，但它的層紋和精度問題限制了它在一些高精度、高顏值領(lǐng)域（如手辦、精密零件、牙科模型）的應(yīng)用。今天，我們就來學(xué)習(xí)一種以高精度和表面光滑而聞名的3D打印技術(shù)——光固化（SLA），看看它是如何解決這些問題的。講授法操練5分鐘項(xiàng)目四實(shí)踐SLA光固化成型工藝高階應(yīng)用任務(wù)1認(rèn)識(shí)SLA工藝的工作原理和成型過程一、光固化成型工藝的基本原理1.定義利用特定波長(zhǎng)與強(qiáng)度的光聚焦在液態(tài)樹脂材料表面，控制光的形狀逐層固化樹脂，從而堆積形成所需的三維實(shí)體零件。利用這種光能固化液態(tài)樹脂材料的方法通常稱之為光固化法。原理【重點(diǎn)】首先在計(jì)算機(jī)上用三維CAD設(shè)計(jì)產(chǎn)品的三維實(shí)體模型，然后生成并輸出STL文件格式的模型。再利用切片軟件對(duì)該模型沿高度方向進(jìn)行分層切片，得到模型的各層斷面的二維數(shù)據(jù)群Sn（n=1，2，…，N）。依據(jù)這些數(shù)步驟時(shí)間分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法教學(xué)手段學(xué)生活動(dòng)10分鐘據(jù)，計(jì)算機(jī)從下層S1開始按順序?qū)?shù)據(jù)取出，通過一個(gè)掃描頭控制紫外激光束，在液態(tài)光敏樹脂表面掃描出第一層模型的斷面形狀。被紫外激光束掃描輻照過的部分，由于光引發(fā)劑的作用，引發(fā)預(yù)聚體和活性單體發(fā)生聚合而固化，產(chǎn)生一薄固化層。形成了第一層斷面的固化層后，將基座下降一個(gè)設(shè)定的高度d，在該固化層表面再涂覆上一層液態(tài)樹脂。接著依上所述，用第二層S2斷面的數(shù)據(jù)進(jìn)行掃描曝光、固化。然后第三層S3、第四層S4……，這樣一層層地固化、黏接，逐步按順序疊加直到Sn層為止，最終形成一個(gè)立體的實(shí)體原型。3.具體分析優(yōu)缺點(diǎn)：光固化成型工藝的優(yōu)勢(shì)在于成型過程自動(dòng)化程度高。光固化成型技術(shù)的系統(tǒng)非常穩(wěn)定，加工開始后，成型過程可以完全自動(dòng)化，直至原型制作完成。光固化成型工藝的優(yōu)勢(shì)在于表面質(zhì)量較好。雖然在每層固化時(shí)側(cè)面及曲面可能出現(xiàn)臺(tái)階，但上表面仍可得到玻璃狀的效果。在優(yōu)化參數(shù)設(shè)置之后，還可以做到讓肉眼可見的層紋“消失”。讀書引導(dǎo)法提出問題讓學(xué)生看書查找讀書回答問題深化15分鐘20分鐘二、光固化成型工藝的成型過程【難點(diǎn)】1.前處理前處理是為光固化成型工藝的原型制作準(zhǔn)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)。包括：工件的三維模型的構(gòu)造，CAD模型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，模型成形方向的選擇，支撐的施加和三維模型的切片處理。首先必須在計(jì)算機(jī)上利用三維設(shè)計(jì)軟件，根據(jù)產(chǎn)品的要求設(shè)計(jì)三維模型；或者用三維掃描系統(tǒng)對(duì)已有的實(shí)體進(jìn)行掃描，并通過逆向工程技術(shù)得到三維模型。2.分層疊加成形光固化成型系統(tǒng)根據(jù)切片軟件處理得到的斷面形狀，在計(jì)算機(jī)的控制下，使光源系統(tǒng)在X-Y平面內(nèi)按斷面形狀進(jìn)行掃描，掃描過的液態(tài)樹脂發(fā)生聚合固化，形成第一層固態(tài)斷面形狀之后，工作臺(tái)再下降一層高度，使液槽中的液態(tài)光敏樹脂流入并覆蓋已固化的斷面層。3.后處理液態(tài)光敏樹脂固化成形為完整制件后，從光固化設(shè)備上取下的制品需要去除支撐結(jié)構(gòu)，清洗制件表面殘余樹脂材料，然后表面烘干并將制件置于大功率紫外燈箱中作進(jìn)一步的內(nèi)腔固化。思政融入：在講解SLA后處理環(huán)節(jié)時(shí)，強(qiáng)調(diào)“安全操作規(guī)范”和“嚴(yán)謹(jǐn)負(fù)責(zé)的工匠精神”。圖片展示法小組討論法PPT展示圖片在筆記上記錄訓(xùn)練10分鐘1.光固化（SLA）技術(shù)最核心的工作原理是基于下列哪一項(xiàng)？

A.熱塑性材料熔融后層層堆積

B.激光燒結(jié)粉末材料

C.液態(tài)光敏樹脂在特定光照射下發(fā)生固化

D.通過噴頭粘接石膏粉末答案：C2.與熔融沉積成型（FDM）相比，光固化（SLA）技術(shù)一個(gè)非常重要的不同點(diǎn)是其必須包含哪一環(huán)節(jié)？

A.模型切片

B.添加支撐

C.二次固化

D.加熱噴頭答案：C

3.在光固化（SLA）技術(shù)的后處理過程中，操作人員必須佩戴防護(hù)手套，其主要原因是？

A.防止打印件被手上的油脂污染

B.防止未固化的液態(tài)光敏樹脂刺激皮膚

C.方便更用力地去除支撐結(jié)構(gòu)

D.保持建造平臺(tái)的清潔答案：B1.光固化（SLA）打印機(jī)在打印過程中，制作支撐結(jié)構(gòu)的主要目的與FDM一樣，都是為了支撐模型的懸空部分。()答案：錯(cuò)誤（×）

解析：

此題意在考察對(duì)SLA技術(shù)細(xì)節(jié)的深度理解。SLA的支撐結(jié)構(gòu)確實(shí)有支撐懸空部分的作用，但更主要的作用是抵抗打印過程中模型從離型膜上剝離時(shí)產(chǎn)生的巨大剝離力，這是SLA技術(shù)一個(gè)非常獨(dú)特且關(guān)鍵的特點(diǎn)。2.光固化（SLA）打印完成后得到的模型，從平臺(tái)上取下后即可直接使用，表面光滑且性能已達(dá)到最佳。()答案：錯(cuò)誤（×）搶答法PPT展示搶答，為小組得分歸納5分鐘SLA技術(shù)的基石是光聚合反應(yīng)，它利用紫外激光‘雕刻’液態(tài)光敏樹脂，實(shí)現(xiàn)從液體到固體的精準(zhǔn)轉(zhuǎn)變。其工作流程可以概括為‘打印前處理-精密打印-必要后處理’三大階段，其中添加支撐是為了抵抗剝離力，二次固化則是為了確保材料性能穩(wěn)定，這兩個(gè)是區(qū)別于FDM的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。正是這種原理和流程上的差異，造就了SLA在精度和表面質(zhì)量上的巨大優(yōu)勢(shì)，但也帶來了材料成本較高、部件較脆且需謹(jǐn)慎后處理的特點(diǎn)歸納法根據(jù)板書歸納總結(jié)3分鐘今天我們深入學(xué)習(xí)了光固化（SLA）這項(xiàng)高精度3D打印技術(shù)。它并非要取代我們上節(jié)課所學(xué)的FDM，而是為我們提供了一種全新的、面向高精度需求的解決方案。FDM像是實(shí)用的‘工匠’，而SLA則像是精細(xì)的‘藝術(shù)家’。希望大家通過學(xué)習(xí)，不僅掌握了SLA的原理和流程，更能建立起一種‘根據(jù)需求選擇最合適技術(shù)’的工程思維。同時(shí)，也牢記SLA