3D打印技術在《工業機器人裝配與調試》課程教學中的應用分析

鄭凱強 李愿 廖春麗

摘 要 《工業機器人裝配與調試》是工業機器人技術專業的一門專業核心課程，具有很強的實踐性，這門課程的掌握程度對學生整個專業的學習至關重要。隨著技術的發展，傳統的教學方式過于老化，無法保證良好的學習效果。隨著3D打印技術的迅猛發展與普及，許多高校已經將3D打印技術應用到實際課程教學中，更有甚者將3D打印技術作為理工科類的必修課程。研究如何將3D打印技術應用到《工業機器人裝配與調試》課程教學中，旨在利用3D打印技術來創新課程教學模式、提高教學效果，并從課程特點、3D打印介紹、3D打印教學模式創新等方面進行闡述。

關鍵詞 3D打印;教學模式;工業機器人裝配與調試

引言

《工業機器人裝配與調試》作為一門專業核心課程，其教學方式的改革一直是該專業教師的研究熱點之一。這門課程的學習效果直接影響著學生的整體專業水平，并且這門課程涉及的專業基礎知識較多，對學生基礎要求較高且有極強的實踐性。通過將3D打印技術運用到該課程的實際教學中，大膽地進行教學過程與教學模式的創新，獲得了學生的高度支持與好評，取得了良好的教學效果。

1《工業機器人裝配與調試》課程屬性

《工業機器人裝配與調試》的主要理論授課內容為工業機器人的機械結構與電氣結構等相關知識以及其拆裝方法;涉及較多的機械電氣基礎知識。但是這門課程的教學重點在于學生的動手拆裝，通過拆裝過程完成相關知識點的掌握，提高學生的動手實踐能力、解決問題的能力;使得學生在畢業之后能夠更快的勝任自己工作崗位上的工作內容[1]。

2《工業機器人裝配與調試》課程教學主要存在的問題分析

由于工業機器人技術的飛速發展，當前機器人的結構形式越來越多。由之前分析可知該門課程如果想要達到良好的教學效果需要學生動手拆裝工業機器人，這就導致傳統的教學過程會暴露出一系列問題：缺乏相關拆裝設備，導致該課程的教學主要為理論教學，學生無法動手拆裝工業機器人，無法深刻的理解知識點也無法達到該課程的培養目標;拆裝設備數量不足，無法達到每組學生一套設備，在有限的設備數量情況下，學生只有排隊進行操作（其他學生將無事可做），課堂教學不易組織，教學進度不易掌控;拆裝設備種類單一，僅有一兩種工業機器人結構形式，無法使學生對工業機器人的所有常用結構具有系統的認知，不利于學生適應更寬泛的工作崗位;學生通過專業拆裝站進行學習，可以深刻理解知識點與提升實踐能力，但是專業拆裝站都是標準件，學生無法體驗零件有誤差時的修配操作，不能很好地解決實際生產裝配問題[2]。

33D打印技術介紹及發展趨勢

3D打印技術也稱三維增材制造技術，建立在數字模型基礎上，目前廣泛普及與應用的技術主要是光固化液態樹脂以及絲狀塑料，通過逐層疊加打印的方式來直接制造出所需的產品。在整個制造過程中，該技術不需要任何切削加工或者模具成型，只需要計算機繪制出相應產品，再通過專業軟件進行模型處理，就可以直接利用3D打印機器制作出成品。相對于傳統的機械加工，它具有研發周期短、產品精度高、制造門檻低、材料浪費少等優勢，尤其適合運用于新產品的設計研發。目前，3D打印技術已經運用到機械、建筑、航空航天、醫療等諸多行業，并帶來了很大效益。《中國制造2025》文件中提到3D 打印技術，很多高校已經建立3D 打印實訓基地和研究室，甚至很多中小學都已經將3D 打印納入到課堂教學。南充職業技術學院審時度勢，組建了3D 打印實訓室，成立了研究團隊，并申報了重點實驗室[3]。

4在《工業機器人裝配與調試》課程教學中開展3D打印教學的具體做法

在理論教學時加入3D打印相關知識點，使學生對3D打印技術有一定的掌握。在實訓操作時將學生分為兩個部分，一部分操作專業拆裝站，一部分操作3D打印機。學院擁有工業機器人機械拆裝站2套，電控拆裝站1套，桌面級FDM打印機10臺，工業級光固化SLA打印機1臺，完全滿足實訓時每組分配一套設備的需求。教師提供給學生多種類型的機械臂圖紙與必備的零件，學生自行選擇并且通過3D打印技術制作零件，最終打磨裝配成機器人本體[4]。

5開展3D打印教學的優勢分析

通過3D打印技術讓學生根據圖紙自行加工零件并最終裝配成一個整體，可以提升學生的知識整合能力，是對學生綜合能力的一個提升與鍛煉。由于模型機械臂多采用電子設備而非電氣設備，所以制作成本低，制作過程安全可靠，并且學生完成整體組裝后可以利用所學的單片機、C語言等知識對機械臂進行編程控制研究，實現了課程與學科之間的交叉互補，提升了學生的自學能力與分析研究解決問題的能力。并且學生制作的機械臂可以作為學生的作品讓學生自行帶走，學生有成就感學習積極性就高[5]。

6結束語

在《工業機器人裝配與調試》課程教學中開展3D打印教學能夠使教學質量得到質的提高，對教學改革創新有著深遠影響。作為教師，要積極研究、探索3D打印技術，構建體系完整的教學模式，積極創新教學內容和改善教學手段;作為學校，要積極組建3D打印課程創客教師團隊，加大對3D打印教學的投入，建立完善的3D打印實踐基地，積極鼓勵教師對3D打印教學的研究和運用，為提高課程教學質量提供保障。

參考文獻

[1] 俞彥勤.3D打印技術及其在高等教育中的應用[J].科技創新與應用，2019（27）：161-162.

[2] 陳云.3D打印技術在高等教育中的應用研究及實踐[J].裝備制造技術，2019（8）：178-179，191.

[3] 史洪松.3D打印技術在《機械設計與原理》課程教學中的應用[J].信息與電腦（理論版），2018（16）：239-240.

[4] 路媛媛.3D打印在教學中的應用[J].黑龍江科學，2018，9（3）：32-33.

[5] 譚躍剛，陳章念，張帆，等.3D打印創新教學實驗室及其應用[J].實驗室研究與探索，2016，35（9）：246-249，295.