3D打印在高分子材料成型加工中的应用

　　高分子材料成型论文（最新10篇）之第六篇

　　摘要：3D打印技术融入到高分子材料成型加工实验课程中, 是对传统教学模式的改革。并进一步分析了3D打印应用于国内教育。研究表明, 在高分子材料成型加工实验课程中引入3D打印可激发学生的创新精神, 培养学生的创新能力, 同时提高了学生的自我探索知识的能力, 培养了符合时代发展的复合型创新性高分子材料与工程的人才, 也为高分子材料成型加工实验课的教学改革提供思路和途径。

　　关键词：高分子材料成型加工实验,3D打印,创新

　　高分子材料与工程专业是一个实用性非常强的工科专业, 在现代生活中高分子材料占据着越来越显着的地位, 而高分子材料成型加工课程是高分子材料与工程专业的专业必修课之一, 这是一门实践性非常强的课程, 很多知识是从实验过程得出。单凭高分子材料成型加工课程的学习学生不能很好的掌握这门课程, 所以一般高等院校都开有高分子成型加工实验课, 理论课与实验课相辅相成, 实验课是理论课的补充、深化和探讨。开设高分子成型与加工实验课的教学目的是通过实验操作, 制备高分子材料产品, 从而使学生了解熟悉从原材料选择到性能和结构设计的过程与影响因素, 掌握高分子材料的成型加工原理、工艺流程, 能有效的培养学生的实践和科研能力, 为今后的学习与生产工作奠定了坚实的基础[1]。传统的高分子成型加工实验课压制、挤出、注射、压延成型和其他的如铸塑成型等。

　　在高分子科学的研究进展中, 基本上都是先是应用研究, 后再开展理论研究。高分子专业是一门经验性和实践性很强的专业, 所以高分子材料成型加工实验要符合时代发展, 开设具有先进代表的最实用的实验, 使其具有时代特征, 符合时代发展规律。

　　3D打印技术依据数字电脑模型, 运用粉末状金属或塑料等可黏合材料通过材料逐层堆积材料制成3D实物模型, 甚至直接制造零件或模具的先进制造技术[2]。3D打印技术分为6种, 包括熔融沉积、光固化成型、选择性激光烧结、叠层实体制造、3D喷涂黏结、直接金属激光烧结[3]。FDM是3D打印中最简单也是最常用的工艺, 也是唯一使用工业级高分子材料作为成型材料的积层制造方法[4], 它的原料主要是热塑性的塑料丝如ABS, 聚乳酸 (PLA) , 聚已内酯 (PCL) 。正因为此, 3D打印技术在高分子领域发展快速。3D打印是用数学模式, 不用实体模具, 这样节省了模具设计和制造的成本, 而且在工业领域提高了产品的设计能力;可生产出复杂、特殊、个性化的产品。正因为3D打印技术的这些优点, 3D打印技术正在受到越来越多的关注。

　　因此将3D打印技术应用到高分子材料成型加工实验中, 不仅能开阔学生的专业视野, 而且提升了学生设计、创新能力, 大大提高学生对专业学习的兴趣性和专业性, 增加学生就业机会。

　　1 3D打印技术在国内教育领域的发展

　　自从3D技术问世以来, 得到了飞快的发展, 国外已经成功的商业化生产。而在国内, 3D打印技术还在起步阶段。但是随着政府的重视, 国内的3D打印技术也如火如荼的展开来。2015年, 我国政府部门如工信部、发改委、财政部也开始关注并制订3D打印技术的发展规划《国家增材制造产业发展推进计划 (2015-2016年) 》, 在政策上推动了3D打印技术的发展, 由此可见, 3D打印技术将成为具有广阔应用前景的产业[5]。“3D打印的应用, 带来了世界性技术创新革命, 也为教育领域的可视教学带来契机”[6]。

　　3D打印作为新兴技术, 应作为先进制造技术让学生了解。目前, 国内部分高校已开设了3D打印的教学与实验课程。其中清华大学建立了3D技术工程实验室, 大连理工大学、华中科技大学、杭州电子科技大学及华南理工大学等大学也将3D打印技术应用于材料专业教学与实验[7]。如前言所述, 3D打印技术与高分子材料与工程专业它们是有着密切的关系, 将3D打印课程融入到高分子材料与工程专业教学改革中, 是顺应发展规律的, 是符合发展要求的。3D打印技术将在我国普通高校高分子材料专业教学中发挥重要作用。

　　2 3D打印在高分子材料成型加工实验课中的应用

　　传统的高分子材料成型加工技术已经发展的非常成熟, 但其仍面临着环境污染、产业链复杂、后处理工艺复杂等众多问题。未来的高分子材料成型技术主要有3个方面的趋势, 即面向聚合物动态反应加工、信息存储光盘盘基成型技术及3D打印技术[2,8]。其中3D打印技术是对传统的高分子成型技术的补充, 有广阔的应用前景。将3D打印技术融入进高分子成型加工实验中, 培养学生的设计能力, 提高了学生运用先进制造技术的能力, 拓宽学生的专业知识面。为了培养高分子材料与工程专业的创新型人才, 从以下几方面开展3D打印技术应用于实验课中。

　　2.1利用3D打印技术完成创新教学, 并增加学生的创新性

　　在以前传统的高分子材料成型加工实验教学中, 学生往往都是依照教材或者老师已给定一个具体实验项目、药品用量、实验步骤等来完成实验。对于这种传统的实验模式, 学生只能按照教材内容一步步的完成实验, 不能激发学生的积极性和创新性。通过3D打印技术实现了集趣味性、专业性和实验性于一体的创新实验, 3D打印技术实验是将高分子材料通过三维数学模型直接打印成实物, 提高了实验课的趣味性, 从而带动了学生的积极性, 培养了学生具有对高分子材料进行改性及加工工艺研究、设计和分析测试的兴趣和科学研究的创新思维。

　　2.2利用3D打印验证性的实验变为探究性, 增加学生的自学能力

　　目前, 我们开设的高分子材料成型加工实验几乎都是传统的“填鸭式”, 实验项目僵化, 基本上都是验证性的。培养的学生缺乏科研探索精神, 为了实现学生的实验自主性。我们将3D打印融入成型加工实验中, 试着将角色转变, 主要角色换成学生, 教师作为指导性的角色。实验时, 先简单的引导学生认识基本的3D打印技术, 由学生查找资料, 同时提出问题。提倡学生自我学习设计实验, 引导学生自己解决实验中遇到的问题, 然后学生自己进行实验, 完成由验证性试验改为探索性实验, 大大的提高了学生的学习自主性和主动性。例如:PVC水管的三通接口, 以前的实验教学是由模具注塑成型, 而3D打印实验中, 学生自主选择原料, 并选择模型, 用SENSE三维扫描仪扫描, 利用3D技术的新型加工方式, 使用丝状的材料堆积成型, 并最终打印出产品。而且也打破了以往理论和实践教学相脱离的教学模式, 在学生选择原材料时, 就要了解材料的各种性能, 尤其是材料的加工性能, 这样的一个自主学习的过程, 使学生不仅对高分子材料制品成型加工工艺理解得更透彻, 而且了解了各种材料的加工性能和制作方式, 这样大大激发了学生对理论知识的学习兴趣, 从而达到了对技术研发应用性人才培养的要求。

　　2.3利用3D打印实现了新颖性和时代性

　　3D打印技术是一次工业革命性的技术, 对传统的加工成型技术的补充, 具有广阔的应用前景。为了培养符合时代特点的复合型和创新人才, 实验课程就不能拘泥于教材和讲义, 要有时代特色, 符合时代发展的潮流。3D打印作为现代新兴的革命性技术, 我们将3D打印融入高分子成型加工实验课程中, 培养和学生的创新和对知识的探索性和设计性, 这是符合时代潮流的。

　　结论

　　高分子材料成型加工实验课是高分子材料专业学生学习的必修课, 将3D打印融入教学中, 是符合时代教学要求的, 能培养学生的创新能力、实践能力、设计能力和解决问题的能力, 形成良好的学习能力和科研能力, 形成良好的学习和科研的思维模式, 让学生体会到学习带来的乐趣。将3D打印融入高分子成型加工实验中是为提高高分子材料成型加工与工程专业学生的就业竞争力, 以及培养适应时代发展需要的高分子材料与工程应用型人才具有深远的意义。

　　参考文献
　　[1]梁春杰, 班建峰, 刘括, 等.高分子材料成型加工实验教学改革研究与探索[J].广州化工, 2014, 42 (11) :235-253.
　　[2]邓亚峰, 郭晓丽.三维打印快速成型技术在高分子材料加工中的应用[J].中国塑料, 2017, 31 (5) :6-12.
　　[3]张云波, 乔雯钰, 张鑫鑫, 等.3D打印用高分子材料的研究与应用进展[J].上海塑料, 2015 (1) :1-5.