柏贵友　李萍　李乐祥　韩越　杨正威　朱营弟

摘 要：基于3D打印技术的灵活性、方便性等优点，3D打印技术在许多领域得到广泛的应用;因此引来诸多关注，并在自制教具模型方面得到推广。目前汽车变速器空间结构复杂、难以拆卸，所以在教学中存在抽象、枯燥等现象。为了提高“教、学、做”一体化教学效果，利用3D打印技术打印变速器教具模型，满足汽车专业教学需求。同时提高了学生的实践技能、还为教学节约了成本，还提高了课堂的趣味性及效率。关键词：3D打印技术;两轴变速器;教具模型中图分类号：TP334.8  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）02-193-03

Abstract： The 3D printing technology has been widely used in many fields based on the flexibility and convenience of the 3D printing technology. At present， the space structure of the automotive transmission is complex and difficult to remove， so there is an abstract and boring phenomenon in the teaching. In order to improve the teaching effect of the "teach， study， do"， a 3D printing technology is used to print the transmission teaching aid model to meet the needs of the professional teaching of the automobile. At the same time， the practical skills of the students are improved， the cost is saved for teaching， and the interesting and the efficiency of the class are also improved.Keywords： 3D printing technology; Two-axle transmission; Teaching aid modelCLC NO.： TP334.8  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）02-193-03

前言

3D打印技术作为“第三次工业革命”的三大技术之一，随着智能制造技术的进一步发展已逐步成熟，并在选材、打印精度和速度方面有较大提高，被广泛应用到汽车智能制造、航空航天及医疗产品等制造领域。在汽车行业中，汽车变速器起着至关重要的作用，即实现改变传动比、改变转矩、实现换挡、实现倒车的功能，由变速传动机构和变速操纵机构组成，它是利用若干齿数不同的齿轮搭配啮合传动来实现变速的。由于变速器结构复杂，不易拆卸，凭书上的一些文字和图片理解起来是很困难的，而且在实训室中的教学设备大多是金属材料，不易携带和拆解，因此，利用3D打印自制教具的很多优点，例如灵活、便于携带、轻量等。在“教、学、做”一体化教学过程中起到事半功倍的效果。

1 3D打印技术概述

1.1 3D打印技术的概念

3D打印技术属于一种快速成型的技术之一，是指通过连续的物理层叠加，逐层增加材料生成三维实体的技术，与传统的去除材料加工技术不同，因此又叫做增材制造（AM， Additive Manufacturing）作为一种综合性应用技术，3D打印综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识，具有很高的科技含量。

1.2 3D打印技术工作原理

2 3D打印教具的优越性

2.1 直观性

运用汽车教具可以使知识具体化、形象化，汽车专业教学中往往有很多原理和工作过程是非常抽象的，如果将教具模型的解剖和动画视频相结合，将运动情况和工作过程进行分析，化抽象为形象、化无形为有形、化静为动，达到多元化的运用，将会获得更好的教学效果。

2.2 实践性

教具可以给学生带来实物接触、使用、解剖等优势，既能培养学生学习技能的兴趣，而且还可以更好的掌握汽车工作原理、结构和性能，例如对汽车的发动机、变速器、各种传感器等，在教学过程中更加方便、直观、易懂，激发学生的求知欲，调动学生的学习积极性。

2.3 經济性

在使用教具模型的过程中，要抓住方便、低成本、实用的特点，教师在教学时先进行实物认知、拆卸、演示等，使学生熟悉结构和工作过程，然后在进行实物实践，不仅可以减少设备的消耗，还能突破教学设备数量和场地的限制。

3 3D打印技术的两轴变速器教具开发制作

3.1 3D打印机组装与调试

通过对3D打印机的学习和认知，初步选购的3D打印机零部件，根据使用说明进行组装与调试，学习（SOLIDWOR -KS）正向或逆向建模软件，建立待打印三维模型，并调整好装配关系，合理选择零件颜色，进行初步打印试机、调试，确保设备工作良好，进行模型初步打印。如下图2所示：

3.2 两轴变速器的设计与构建

两轴变速器的设计与构建阶段涉及到三维建模和三维扫描。3D打印的关键阶段是模型构建与设计，直接决定模型比例是否合理、是否恰当，三维建模决定了最终模型打印效果，先通过三维模型软件（正向建模软件：初选SOLIDWORKS）制作出两轴变速器的各零部件的三维模型，再将三维模型进行“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机打印。

3.3 打印输出

在打印输出过程中有几个重要的阶段：数据输出、模型分切、剖面信息读取、选材、切片打印和切片黏合。首先将三维模型数据输入3D打印机，通过打印机的配备，形成多个剖面。打出的截面厚度（即Z轴方向）以及平面方向（X-Y轴方向）是以像素英寸或者微米來计算的，除此之外，模型形状、打印介质和打印机的规格也会影响截面厚度。其次，采集所有切片的信息，构建每一层三维模型切片，逐层将这些切片打印出来;最后，将所有的切片堆叠起来，用不同的方式粘合成一个实体。其过程如下图3所示：

3.4 后期处理

在打印的过程中，除了3D打印机规格会造成零件的残缺之外，还有打印材质、打印精度的不同也会造成成品的表面粗糙的现象，这时就需要对打印出来的模型进行简单的后期处理，例如：表面打磨、上色、固化处理和涂抛光液等。

3.5 零件组装

根据所学的知识将打印好的两轴变速器的各个零部件模型进行装配，在装配的过程中，检查各零件模型的尺寸、表面、牢固性等问题，以便在教学中应用起来更加方便，最后将所有的零件模型依靠真实的两轴变速器进行组装，得到一个新的两轴变速器教具模型。如图所示：

4 教学应用与教学评价

将打印好的三维变速器应用到课堂中，老师通过设计教学和安排模型的应用时间，为学生创设一种轻松自由的学习环境。通过学生理论知识的学习，将模型进行实践证明，得出了结论的正确性，老师方便快捷的将教具模型带入课堂。所以，运用3D打印技术，制作便携、创意教具，活跃课堂气氛，激发学习热情;提高学生学习兴趣，激发学生动手实

践热情，达到了“教、学、做”一体化的效果。

5 结束语

3D打印是一种新型的技术，教育领域是未来3D打印技术推广的应用市场，本文通过分析3D打印原理、3D打印汽车两轴变速器教具模型、3D打印技术在教育中构建了“教、学、做”一体化的教学应用模式，教具模型达到了精密化、智能化、通用化、轻量化、以及便捷化等诸多优点，并且在汽车教学分析过程中提供了重要的理论分析和实践指导意义。因此，3D打印技术将来必然成为教具模型生产领域的重要核心技术，最大化发挥其现代科学技术的作用。

参考文献

[1] 王菊霞. 3D打印技术在汽车制造与维修领域应用研究[D].吉林大学，2014.

[2] 匡鑫.3D打印技术在教具制作与教学中的应用[J].南方农机，2015， （12）：64.

[3] 蒙少青.3D打印技术研发家具与陈设课堂教具中的应用研究[J].建材与装饰，2017（15）：111-112.