浏览数:470

机械设计基础教学与创新资源库开发

参赛方向: 3D设计与3D打印

参赛赛区: 新疆赛区

参赛组别: 教师组

参赛院校: 塔里木大学

参赛院系: 机械电气化工程学院

参赛教师: 丁羽 赵劲飞 马雪亭 冯伟

项目简介

机械设计基础是机械类、机电类、近机类专业必修的一门技术基础课,是对学生进行设计能力、创新能力、工程意识培养的基础核心课程。该课程通过理论教学和实践环节使学生掌握关于机构的结构分析、运动分析、受力分析和机器动力学方面的基本理论和基本知识,具有初步的分析和设计能力,特别是创新设计能力和培养创新意识。通过该课程学习,使学生掌握通用机械零件的设计原理、方法,掌握典型机械零件的实验方法及技能;具有运用标准、规范、手册和查阅有关技术资料的能力,具有设计一般通用零部件和机械装置的能力。它在教学计划中起着承先启后的作用,为学生学习后续专业课程打下必要的基础。它不仅具有较强的理论性,同时具有较强的实践性、创新应用性;它在培养机械类、机电类、近机类工程技术人才的创新能力中,具有非常重要的作用。

在我校在该课程以往的教学过程中,理论讲解较多,缺少实践和创新;教学资源库建设不全,缺乏机构应用创新实物模型;基于此项目组依托于塔里木大学“机械原理”重点课程建设进行了机械设计创新教学模型3D设计与3D打印,以此丰富教学资源,拓展课程创新教学、训练课程创新方法,提升课程创新能力。

通过项目的实施为我校机械设计制造及其自动化、机械电子工程、农业机械及其自动化等工科类专业机械原理、机械设计课程教学服务,为学生创新提供全面的参考和支持,既提高了课程的教学质量,又极大地提升了同学们创新的积极性,可吸引更多的学生参加3D创新大赛。

项目创新应用点

(1)通过3D模型的设计到3D模型打印,实物装配,使课程内容及课程创新设计思想从理论转变成实实在在的存在,更能激发学生的学习兴趣、学习动力和创新意识;

(2)改变目前单一单调的多媒体教学演示模式,将3D打印教具、3D模型和3D动画有机结合起来,提升课程学习兴趣,提高学习效率;

(3)开拓学生创新思路,丰富3D模型和实物,为创新提供素材支持;通过丰富大量的3D设计和3D打印模型,为同学们的创新提供激发同学们创新设计的激情,并通过参加全国3D大赛来展现自己的设计才华。

(4)通过该资源库3D数字模型和3D打印模型建设的带动,使我校学生从大二开始即可组队进行3D创新设计,参加3D大赛,改变之前一般大三、大四开始参加3D大赛的现状,使同学们能更早参与3D大赛,通过大赛锻炼自己;

项目技术成熟度及可行性

(1)项目组教师,长期从事3D设计的教学研究,熟练掌握SolidWorks、UG等三维设计软件的操作,教学经验丰富,教学效果优秀,多次获得校优课称号。

(2)项目组教师多次参加全国3D大赛,多次获得过全国奖项和省级奖项,具有丰富的3D创新设计经验。

(3)项目组老师来自于与机械原理、计算机辅助设计教学一线以及实验实训中心,3D扫描、逆向工程、再创新设计、3D打印、3D检测等三维数字化全流程项目实操应用方面具有熟练的操作经验;

(4)项目硬件方面,塔里木大学机电学院拥有3D打印机和三维扫描仪等3D硬件设备,项目组基于此进行了相关的训练,并开发制作了部分机械创新设计资源;

        (5)项目资金方面得到塔里木大学“机械原理”重点课程建设的支持。

项目详情

项目对现有各类大量机械装备机构进行提炼、归纳整理,进行3D建模、3D扫描、3D打印、逆向工程、再创新设计和实物装配形成创新模型库模型库,该库为动态库,实时添加各学生毕业设计项目、大学生创新项目、教师科研项目、3D大赛项目等相关的创新应用模型。目前已完成建模模型600余套,正在陆陆续续的3D打印和装配中。

Solidworks 3D建模

使用SolidWorks进行机构装置零件三维建模、在SolidWorks中进行装配并生成动画,创建数字模型库。

3D打印模型

对SolidWorks所建零件模型进行3D打印;并进行组装;

为获得3D打印机中快速、最佳的打印效果,除了设计优化外,还有一个更重要的环节就是切片软件,它对打印结果起着重要作用。在一些重要设置方面:

(1)在支撑方面:线性支撑相对于网格支撑更容易去除,建议采用线性支撑;支撑临界角:角度越大,自动加的支撑越少,一般建议为55 度,角度过小支撑太多不易清理,角度过大支撑过少,有些地方可能会塌陷;支撑距离Z:支撑与被支撑物体的垂直距离,太近难剥离,太远下悬丝会影响外观

(2)底层网格设置中:表面层数稍微多点,可使模型与底板分离后,模型底部质量更好,一般不少于1 层。相隔间隙和首层间隙一般在0.1和0.2之间

3D扫描及3D检测

对现有机械装置复杂模型进行3D扫描和3D检测,逆向设计。项目使用学院Creaform HANDY SCAN 3D扫描仪:

Handysca为手持式自定位三维激光扫描仪,自动生成STL三角网格面, 主要的技术操作方面有:(1)贴定点位置;(2)扫面软件VXelements;(3)调整表面设定;(4)配置传感器;(5)扫描定位点;(6)获得数据。

扫描技术要点:

(1)在贴定位标点时反光点在不少于20mm 的距离并且离开边缘12mm以上的位置,反光点使得系统可以在空间中完成自定位。在扫描的过程中应注意扫描仪的视野内必须有3~4个点。

(2)对于圆形工件分两段进行扫描,顺时针扫半圈回到原点,然后逆时针方向扫半圈;对于大型块状工件采用米字型发散记点的方式进行扫描;对于尺寸较小、形状较为复杂、表面特征区域较多的零件,无法通过直接在零件表面贴标记点的方式获得点云数据,扫描过程可以借助辅助板来进行:可用单板、双板和三板扫描法,其中三板扫描法具有较高的精度。

逆向设计

使用Geomagic Studio逆向设计软件,在其中完成点云拼合,消除噪声点、点云数据精简、数据补缺、在Geomagic Studio中对点云数据处理完成后将三维数字模型保存成STL格式。

难点创新

(1)通过3D模型的设计到3D模型打印,实物装配,使课程内容及课程创新设计思想从理论转变成实实在在的存在,更能激发学生的学习兴趣、学习动力和创新意识;

(2)改变目前单一单调的多媒体教学演示模式,将3D打印教具、3D模型和3D动画有机结合起来,提升课程学习兴趣,提高学习效率;

(3)开拓学生创新思路,丰富3D模型和实物,为创新提供素材支持;通过丰富大量的3D设计和3D打印模型,为同学们的创新提供激发同学们创新设计的激情,并通过参加全国3D大赛来展现自己的设计才华。

        (4)通过该资源库3D数字模型和3D打印模型建设的带动,使我校学生从大二开始即可组队进行3D创新设计,参加3D大赛,改变之前一般大三、大四开始参加3D大赛的现状,使同学们能更早参与3D大赛,通过大赛锻炼自己。

成果成效
      掌握3D设计、3D打印、逆向工程、再创新设计,提升教学质量,激发学习兴趣,增强创新意识,提高创新能力,更加积极参加3D创新设计大赛。
北京市海淀区学清路8号科技财富中心
公众号
移动端