2.3 三维打印的制造方案 教学设计-2023-2024学年高中通用技术粤科版（2019）选择性必修11 产品三维设计与制造

普 通 高 中 教 科 书 《通用技术》选择性必修11：产品三维设计与制造 第二章 三维产品技术分析 第三节 三维打印的制造方案 教学设计 教学背景 三维打印是近年来受到人们广泛关注的一项高新技术，被誉为开启新工业革命的钥匙，它的发明实现了人类的生产制造模式从等材、减材到增材的重大转变。由于其独特的优势，三维打印技术经历了30多年的发展仍方兴未艾，新技术、新材料、新应用仍源源不断问世，而且被广泛应用于工业制造、航空航天、医疗教育、艺术设计等领域，这一切都展示了三维打印技术强大的生命力和难以估量的发展前景。 教学目标： 知识与技能目标: 1.能结合三维打印的成型工艺特点，对设计的产品进行技术分析。 2.能根据产品要求制订合适的制造方案。 3.学会通过对比、权衡、优化，确定最佳的制造方案。 教学内容分析: 教材分四章：三维打印原理、三维产品技术分析、三维模型设计和三维打印技术应用。由浅入深，带领同学们了解三维打印技术的产生和发展历程，了解三维打印的基本原理、设备的结构和操作方法；熟悉不同材料和成型工艺的特点，能结合产品设计要求制订合适的产品制作方案；学习三维建模，掌握三维模型设计的基本思路和方法；通过实践操作教学，设计和制作出哨子、台灯等立体模型。 学情分析: 学生对三维打印的了解认识有限，面对未来，他们需要学习有关三维打印的知识。 教材注重发展同学们的核心素养。通过了解三维打印的原理及其应用，感悟三维打印技术对人们生产、生活的影响。选取能突出反映三维打印特点的案例，通过对不同工艺的对比，让同学们深刻体会三维打印技术和传统制造技术的区别，帮助同学们树立技术意识。所选案例贴近日常生活，方便同学们学以致用，在制订方案的过程中，引导同学们从实际出发，具体问题具体分析，通过对比、权衡和优化得到最佳方案，以此培养工程思维。在实践操作教学中，帮助同学们较全面地掌握三维打印的设计技巧和制作方法，引导同学们思考与探究，从而提高实践能力和创新能力。 教学重难点: 能结合三维打印的成型工艺特点，对设计的产品进行技术分析。 能根据产品要求制订合适的制造方案。 学会通过对比、权衡、优化，确定最佳的制造方案。 教学策略: 在教学过程中，注重对同学们科学态度、价值观的引导和培养。本书设计的案例、实践活动、思考、讨论等栏目充分融合了科技与人文理念，如为体育老师制作哨子、为母亲制作杯子、三维打印是否可取代传统制造业、三维打印文物仿品可否代替真品进行展览、三维打印器官的伦理思考等，引导同学们从社会、科技、人文等方面进行考虑，从而发展综合素养。 运用三维打印技术，不用依赖机床和车间，也不用削、钻、铸等手段，只要借助一台计算机和一台三维打印机，我们就能变成产品的设计者、制造者。让我们一起走进三维打印的世界，领略它的神奇与不凡；让三维打印技术成为我们的好帮手，助我们实现脑海中奇妙的构想吧。 教学准备: 展示用的图片、其他技术产品、多媒体课件。 教学过程: 情景导入: 老师：本节课我们学习《通用技术》选择性必修11：产品三维设计与制造　第二章 三维产品技术分析　第三节 三维打印的制造方案。 通过第一章的学习，同学们了解了三维打印的发展历史、概念原理及打印机的结构和操作方法。 实际上，由于打印材料的不同或材料叠加方式的多样，三维打印技术有很多种，人们根据不同的技术研发出了不同类型的打印机，这些打印机有的打印得快速，有的打印得精细，有的能打印金属，各有千秋。因此在开始打印操作之前，我们应该对三维打印的工艺和材料有全面的了解，掌握其特点。 在实际应用中，我们还应该从产品需求出发，根据不同工艺和材料的特点做出合理的技术分析，制订合适的三维打印制造方案。 一成型工艺的选择 三维打印的成型工艺和材料多种多样且各有特点，当应用三维打印技术来设计和制造立体实物时，我们肯定不希望得到的产品存在瑕疵甚至无法使用，也不希望大材小用浪费资源。 要在一定的条件下获得满意的产品，就需要我们在打印前精心设计出合理的制造方案。 案例 我国的铁路网络非常发达，部分列车要行驶数千公里跨越数十个城市才到达终点站，这么长距离的行驶对火车零件的性能要求非常高，零件需要具备较高的强度、韧性、耐磨性，并能承受冲击振动。 连接火车车轮与传动连杆的销轴，曾经是通过调质处理工艺进行加工的，这种工艺提高了销轴的韧性，但降低了硬度。销轴在火车长距离的行驶中会造成剧烈磨损，容易导致零件间隙增大而配合失效，甚至可能引发销轴断裂的安全事故。 后来，经过专家的讨论分析，针对零件的用途和工作环境，换了另一种工艺进行处理——通过表面淬火处理来强化销轴表面的硬度，同时保持了销轴芯部的韧性。这样一来，经过表面淬火处理的销轴在行驶中的磨损大大减少。 思考 上述案例给了我们什么启示？在制订三维打印的制造方案时，我们应当遵循什么样的原则？