《激光制造技術(shù)》教學(xué)大綱.docx

1、激光制造技術(shù)課程教學(xué)大綱課程名稱：激光制造技術(shù)課程代碼：IMEE1037英文名稱：LaserMaterialProcessing課程性質(zhì)：專業(yè)選修課程學(xué)分/學(xué)時：2學(xué)分/36學(xué)時（30+6）開課學(xué)期：第5學(xué)期適用專業(yè)：智能制造、機(jī)械類等專業(yè)先修課程：材料加工、大學(xué)物理等后續(xù)課程：智能制造裝備及技術(shù)、畢業(yè)設(shè)計一、課程性質(zhì)和教學(xué)目標(biāo)（在人才培養(yǎng)中的地位與性質(zhì)及主要內(nèi)容，指明學(xué)生需掌握知識與能力及其應(yīng)達(dá)到的水平）課程性質(zhì)：本課程是智能制造專業(yè)開設(shè)的專業(yè)選修課，通過對本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生獲得激光加工原理、激光加工工藝等方面的內(nèi)容，并使其初步掌握激光激光器的種類，先進(jìn)的激光制造技術(shù)以及激光制造裝備的應(yīng)用

2、和發(fā)展等方面的能力。教學(xué)目標(biāo)：激光制造技術(shù)作為智能制造專業(yè)的選修課程，本課程的主要內(nèi)容激光加工理論、激光器系統(tǒng)、激光去除加工、激光焊接技術(shù)、激光表面改性技術(shù)、激光3D打印技術(shù)（激光快速成形技術(shù)）、激光微細(xì)加工以及其他加工技術(shù)、激光加工中的安全防護(hù)及標(biāo)準(zhǔn)。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠初步了解激光加工理論的基本概念、激光器的類別以及各種先進(jìn)激光制造技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。通過課堂教學(xué)和實驗演示，使學(xué)生了解激光產(chǎn)生的機(jī)理、激光在材料加工中應(yīng)用的接班方法、原理和技術(shù)特點，使其在今后的加工領(lǐng)域中能夠采用先進(jìn)的激光加工技術(shù)在工程應(yīng)用中進(jìn)行制造和加工，同時也為推動激光制造技術(shù)在我國生產(chǎn)制造領(lǐng)域中的應(yīng)用培養(yǎng)必要的工

3、程技術(shù)人才。本課程的具體教學(xué)目標(biāo)如下：1）初步掌握激光的基本原理，了解激光加工中材料與激光的相互作用機(jī)制；了解激光器系統(tǒng)的組成及其應(yīng)用；2）了解激光焊接、激光切割、激光打孔、激光表面改性、激光快速成型技術(shù)、激光微細(xì)加工等各種材料加工技術(shù)的基本原理，了解相關(guān)技術(shù)的工藝特點；了解激光加工中的安全防護(hù)及標(biāo)準(zhǔn)3）在掌握激光制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過實踐訓(xùn)練的方式，培養(yǎng)學(xué)生通過實驗觀察、對比測試和數(shù)據(jù)分析等方式，驗證掌握激光制造技術(shù)理論的能力。教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系:畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)對應(yīng)關(guān)系說明畢業(yè)要求1:工程問題1-1掌握專業(yè)所需的數(shù)理知識，能用于專業(yè)問題的理解、建模、分析與求解；教學(xué)目標(biāo)1掌

4、握激光的基本原理，了解激光加工中材料與激光的相互作用機(jī)制；了解激光材料加工中的激光器系統(tǒng)及其應(yīng)用畢業(yè)要求2：問題分析2-1能運用數(shù)理和工程知識進(jìn)行專業(yè)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題中的內(nèi)涵識別與理解分析；教學(xué)目標(biāo)2根據(jù)不同加工對象及領(lǐng)域，掌握選擇合適的激光制造工藝、技術(shù)及裝備；掌握激光束及設(shè)備的危險性，并能夠采取適當(dāng)?shù)陌踩胧?。教學(xué)目標(biāo)3能夠通過實驗測試分析等方式，驗證激光制造技術(shù)的基本原理和應(yīng)用分析。畢業(yè)要求10：溝通10-1能夠針對智能制造工程專業(yè)問題，以口頭和書面等方式，準(zhǔn)確表達(dá)自己的觀點，跟公眾和同行有效溝通并能夠合理決策；教學(xué)目標(biāo)2根據(jù)不同加工對象及領(lǐng)域，掌握選擇合適的激光制造工藝、技術(shù)及裝備二、

5、課程教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時分配（含課程教學(xué)、自學(xué)、作業(yè)、討論等內(nèi)容和要求，指明重點內(nèi)容和難點內(nèi)容。重點內(nèi)容：;難點內(nèi)容：）1、緒論（2學(xué)時）（支撐教學(xué)目標(biāo)1和2）1.1激光和工業(yè)激光器的發(fā)展1.2激光加工的特點、類型及應(yīng)用1.3先進(jìn)激光加工技術(shù)的發(fā)展方向1.4激光加工技術(shù)術(shù)語及符號、單位目標(biāo)及要求：1）明確本課程研究的對象和內(nèi)容大;2）了解激光和工業(yè)激光器的發(fā)展；3）對激光制造技術(shù)的發(fā)展有所了解。2、激光材料加工理論（3學(xué)時）（支撐教學(xué)目標(biāo)1）2.1激光產(chǎn)生的基本原理2.2激光的特性2.3激光與材料的相互作用2.4材料在激光作用下的熱力效應(yīng)與組織效應(yīng)目標(biāo)及要求：1）掌握激光產(chǎn)生的基本原理;2）了解激光

6、的方向性、單色性及相干性；3）了解材料在激光作用下的過程以及材料對激光的吸收與反射特性*4）了解材料在激光作用下的熱力效應(yīng)與組織效應(yīng)；討論內(nèi)容：材料對激光吸收率的影響因素作業(yè)內(nèi)容：材料在激光作用卜的熱吸收過程自學(xué)拓展：查看材料對激光吸收率對激光制造工藝選擇的影響3、激光器系統(tǒng)（1學(xué)時）（支撐教學(xué)目標(biāo)2）3.1固體激光器3.2氣體激光器3.3其他類型激光器目標(biāo)及要求：1）掌握激光器的類別；2）了解不同激光器的系統(tǒng)組成及工作原理3）了解激光器的應(yīng)用；討論內(nèi)容：C02激光器的分類和特性作業(yè)內(nèi)容：半導(dǎo)體激光器的優(yōu)點自學(xué)拓展高功率激光器的在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用4、激光去除加工（4學(xué)時）（支撐教學(xué)目標(biāo)2）4.

7、1激光打孔4.2激光切割4.3激光打標(biāo)、雕刻目標(biāo)及要求：1）了解激光去除加工所包含的技術(shù);2）了解激光打孔、切割、打標(biāo)的工作原理及工藝*；3）了解激光去除加工不同工藝的應(yīng)用領(lǐng)域；討論內(nèi)容：典型材料的激光打孔作業(yè)內(nèi)容：激光切割的特點自學(xué)拓展激光雕刻的工藝方法5、激光焊接技術(shù)（4學(xué)時）（支撐教學(xué)目標(biāo)2）5.1概述5.2激光熱傳導(dǎo)焊接5.3激光深熔焊5.4激光焊接的應(yīng)用及設(shè)備目標(biāo)及要求：1）了解激光焊接的基本原理:2）了解激光焊接的工藝參數(shù)及影響因素*；3）了解激光焊接的加工對象及應(yīng)用領(lǐng)域；討論內(nèi)容：常用材料的激光焊接作業(yè)內(nèi)容：激光深熔焊的主要影響因素自學(xué)拓展激光焊接的優(yōu)缺點6、激光表面改性技術(shù)（4

8、學(xué)時）（支撐教學(xué)目標(biāo)2）6.1激光表面改性的特點與分類6.2激光相變強化和激光熔凝強化6.3激光表面熔覆及合金化6.4激光表面非晶化6.5激光沖擊硬化6.6復(fù)合表面改性技術(shù)目標(biāo)及要求：1）了解激光表面改性的特點與分類;2）了解激光表面改性提高材料性能的原理；3）了解激光表面改性技術(shù)的影響因素4）了解激光表面改性技術(shù)的應(yīng)用實例討論內(nèi)容：激光表面熔覆的應(yīng)用作業(yè)內(nèi)容：影響激光熔覆中裂紋產(chǎn)生的因素自學(xué)拓展復(fù)合表面改性技術(shù)與傳統(tǒng)改性技術(shù)的對比優(yōu)勢7、激光3D打印技術(shù)（4學(xué)時）（支撐教學(xué)目標(biāo)2）7.1概述7.2 3D打?。焖俪尚危┘夹g(shù)的基本原理及特征7.3 3D打印（快速成形）主要的工藝方法7.4 3D

9、打?。焖俪尚危┑能浖c設(shè)備7.5 3D打?。焖俪尚危┯貌牧?.6激光燒結(jié)3D打?。焖俪尚危?.7反求工程與3D（快速成形）集成技術(shù)7.8快速模具制造技術(shù)目標(biāo)及要求：1）了解3D打?。焖俪尚危┘夹g(shù)的原理;2）了解工藝參數(shù)對3D打印零件的影響*;3）了解3D打印技術(shù)的分類和特征；討論內(nèi)容：粉末材料選擇性激光燒結(jié)的原理作業(yè)內(nèi)容：3D打?。焖俪尚危┕に噷Σ牧系囊笞詫W(xué)拓展3D打?。焖俪尚危┘杉夹g(shù)8、其他激光加工技術(shù)（3學(xué)時）（支撐教學(xué)目標(biāo)2）8.1激光清洗技術(shù)8.2激光光存技術(shù)8.3激光拋光技術(shù)8.4激光復(fù)合加工技術(shù)目標(biāo)及要求：1）了解四種激光加工技術(shù)（激光清洗'激光光存'

10、;激光拋光'激光復(fù)合加工）的工作原理.2）了解了解四'種激光加工技術(shù)（激光清洗'激光光存'激光拋光'激光復(fù)合加工）的應(yīng)用案例；討論內(nèi)容：激光與電火花復(fù)合加工技術(shù)的系統(tǒng)組成作業(yè)內(nèi)容：激光拋光技術(shù)的特點自學(xué)拓展激光清洗技術(shù)的應(yīng)用前景9、激光微細(xì)加工（4學(xué)時）（支撐教學(xué)目標(biāo)2）9.1準(zhǔn)分子激光微細(xì)加工9.2超短脈沖激光的微細(xì)加工9.3激光微型機(jī)械加工9.4激光誘導(dǎo)原子加工技術(shù)9.5激光制備納米材料9.6脈沖激光沉積薄膜技術(shù)9.7激光-掃描電子探針技術(shù)目標(biāo)及要求：1）了解激光微細(xì)加工技術(shù)的分類及工作原理;2）了解不同激光微細(xì)加工技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及典型案例*;3）了

11、解不同激光微細(xì)加工技術(shù)的發(fā)展前景；討論內(nèi)容：飛秒激光加工的特點作業(yè)內(nèi)容：激光制備納米材料的特點自學(xué)拓展激光微納加工技術(shù)10、激光加工中的安全防護(hù)與標(biāo)準(zhǔn)（1學(xué)時）（支撐教學(xué)目標(biāo)2）10.1激光的危險性10.2激光危險性的分類10.3激光防護(hù)10.4激光安全標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)及要求：1）了解激光的危險性及分類;2）了解激光的防護(hù)技術(shù)及安全標(biāo)準(zhǔn)；討論內(nèi)容：激光防護(hù)的主要技術(shù)指標(biāo)作業(yè)內(nèi)容：激光危險性的分類自學(xué)拓展激光防護(hù)的主要措施11、實驗一：金屬材料的激光焊接實驗（3學(xué)時）（支撐教學(xué)目標(biāo)3）11.1焊接材料及設(shè)備準(zhǔn)備11.2激光焊接參數(shù)的設(shè)置11.3激光焊接接頭制備目標(biāo)及要求：1）通過實驗設(shè)備認(rèn)知和材料準(zhǔn)備，

12、強化激光焊接技術(shù)的工作原理及特點*；2）通過操作訓(xùn)練，強化掌握激光焊接的操作方法；3）通過改變激光焊接參數(shù)，強化激光焊接技術(shù)的工作原理和影響因素；自學(xué)拓展：熟悉激光在材料表面的作用原理12、實驗二：激光燒結(jié)3D打印實驗（3學(xué)時）（支撐教學(xué)目標(biāo)3）12.1實驗材料及設(shè)備準(zhǔn)備12.2激光燒結(jié)3D打印設(shè)備的參數(shù)設(shè)置及軟件學(xué)習(xí)12.3激光燒結(jié)3D打印樣件制備目標(biāo)及要求：1）通過實驗設(shè)備認(rèn)知和材料準(zhǔn)備，強化激光燒結(jié)3D打印技術(shù)粉末的構(gòu)成及技術(shù)工作原理；1）通過操作訓(xùn)練，強化掌握激光燒結(jié)3D打印技術(shù)設(shè)備的操作方法；2）通過改變工藝參數(shù)，強化激光燒結(jié)3D打印技術(shù)工作原理和影響因素*；自學(xué)拓展：其他3D打印技

13、術(shù)的工作原理；三、教學(xué)方法在教學(xué)方式上，根據(jù)具體教學(xué)內(nèi)容，綜合運用課堂講授和演示、課堂討論、課堂和課后練習(xí)、發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)法和自學(xué)指導(dǎo)法，通過引入問題和啟發(fā)式教學(xué)，使學(xué)生更加明確教學(xué)內(nèi)容的知識體系，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，激發(fā)內(nèi)在學(xué)習(xí)動機(jī)，提高課堂的積極性。在目前的實驗教學(xué)條件基礎(chǔ)上，及時采用實驗練習(xí)法，強化所學(xué)知識的理解和運用，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力。在實驗教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，思考解決方案，為后續(xù)教學(xué)內(nèi)容作鋪墊。教學(xué)內(nèi)容體系、前后關(guān)聯(lián)和相關(guān)重點本課程中的內(nèi)容第一章可以作為緒論內(nèi)容，從激光制造技術(shù)的概念、特點及發(fā)展進(jìn)行講授，使得學(xué)生對激光制造技術(shù)有個初步的認(rèn)知。隨后在第二章和第三章中介紹激光

14、材料的加工理論和激光器系統(tǒng)，從激光產(chǎn)生的原理、特性及與材料的相互作用、激光器的分類及應(yīng)用進(jìn)行講授，為后續(xù)各種先進(jìn)技木的學(xué)習(xí)提供理論基礎(chǔ)。從本課程第四章至第九章根據(jù)前面對激光制造技術(shù)理論的學(xué)習(xí)內(nèi)容，對各種激光制造技術(shù)的原理、特點、應(yīng)用及發(fā)展進(jìn)行詳細(xì)的講授，使學(xué)生了解和掌握不同材料、不同領(lǐng)域所采用的不同激光制造技術(shù)，并與第二章關(guān)于激光與材料的相互作用進(jìn)行銜接，對所學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行鞏固和復(fù)習(xí)。課程最后一張是對激光制造技術(shù)所涉及的安全防護(hù)及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行講授，使學(xué)生掌握激光制造技術(shù)在應(yīng)用過程中存在的危險以及保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合具體教學(xué)內(nèi)容，本課程所采用的教學(xué)方法說明如下：1. 激光材料產(chǎn)生的基本原理及與材料的相互作用

15、。教學(xué)內(nèi)容的原理性比較強，所涉及量子力學(xué)、光量子理論和材料學(xué)等的相關(guān)知識點。在教學(xué)中采用講授法、演示法和練習(xí)法相結(jié)合，將抽象問題具體化，并通過課堂和課后練習(xí)強化。在講授基本原理的基礎(chǔ)上，通過推導(dǎo)公式、激光與材料作用動畫演示等直觀的方式，幫助學(xué)生理解激光產(chǎn)生的基本原理，以及和材料之間的作用關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生前后聯(lián)系，思考激光在實際加工過程中的能量分布，促進(jìn)學(xué)生掌握知識體系。2. 激光去除加工技術(shù)。教學(xué)內(nèi)容所涉及激光打孔、激光切割技術(shù)的原理和特點，原理部分相對比較抽象，但可以幫助學(xué)生復(fù)習(xí)激光與材料的作用原理的知識來進(jìn)一步講授激光加工和激光切割的作用原理。教學(xué)過程中采用講授法、演示法和發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)法相結(jié)合，

16、將抽象問題具體化，并通過課堂演示激光打孔和激光切割的實際典型案例，強化學(xué)生對兩種激光去除加工技術(shù)的理解和掌握。3. 激光焊接技術(shù)、激光3D打印技術(shù)。教學(xué)內(nèi)容所涉及激光焊接和激光3D打印技術(shù)的基本原理，屬于原理性內(nèi)容。幫助學(xué)生復(fù)習(xí)激光與材料的作用原理，進(jìn)一步講授激光能夠?qū)崿F(xiàn)材料連接和3D打印的基本原理。教學(xué)過程中講授法、演示法和發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)法相結(jié)合，將抽象問題具體化，并通過課堂演示激光焊接技術(shù)對于不同材料所選擇的焊接方式以及典型的生產(chǎn)加工案例，強化學(xué)生對激光焊接技術(shù)的掌握和理解；在此基礎(chǔ)上，通過課堂演示3D打印技術(shù)在生產(chǎn)典型樣件的過程，讓學(xué)生理解激光焊接技術(shù)和激光3D打印技術(shù)實際上都為增材制造技術(shù)，

17、但所選用的激光器和工藝參數(shù)會略有不同，同時讓學(xué)生能夠區(qū)分本課堂內(nèi)容與前面所學(xué)習(xí)的激光去除加工技術(shù)的不同，增強學(xué)生在激光制造技術(shù)的知識體系。4. 激光表面改性技術(shù)。教學(xué)內(nèi)容所涉及激光改性技術(shù)的特點與分類，涉及到激光相變強化、激光表面熔覆、激光表而非晶化、激光沖擊硬化及復(fù)合表面改性技術(shù)等多種激光表面改性技術(shù)。對于缺乏實際經(jīng)驗的學(xué)生，內(nèi)容相對比較復(fù)雜,對于各種激光表面改性技術(shù)的區(qū)別認(rèn)知方面還存在較大難度。教學(xué)課程采用講授法、演示法和發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)法相結(jié)合，將抽象問題具體化，并通過課堂演示各種激光表面改性技術(shù)典型加工案例的視頻來幫助學(xué)習(xí)相關(guān)的知識和區(qū)分各種技術(shù)。5. 激光微細(xì)加工。教學(xué)內(nèi)容涉及的激光微細(xì)加工

18、的原理和特點，屬于原理性內(nèi)容。幫助學(xué)生復(fù)習(xí)激光與材料的作用原理，以及激光器的分類的相關(guān)知識點。然后講授超短脈沖激光、激光微型機(jī)械加工、激光誘導(dǎo)原子加工技術(shù)、激光制備納米材料、脈沖激光沉積薄膜技術(shù)及激光-掃描電子探針技術(shù)的特點及發(fā)展。教學(xué)過程采用講授法和演示法相結(jié)合，通過講授各種激光微細(xì)加工技術(shù)的特點，結(jié)合演示相關(guān)的典型加工案例，從而使學(xué)生對激光微細(xì)加工有個全面的了解和認(rèn)識。'、6.激光加工中的安全防護(hù)及標(biāo)準(zhǔn)。在完成激光加工技術(shù)的內(nèi)容教學(xué)后，學(xué)生對激光制造技術(shù)應(yīng)該有較為完整的知識體系掌握。針對激光加工技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，開展激光加工中的安全防護(hù)及標(biāo)準(zhǔn)，幫助學(xué)生能夠了解激光的危險性以及對應(yīng)的防護(hù)指標(biāo)和安全標(biāo)準(zhǔn)。在教學(xué)方法的實際執(zhí)行過程中，每個教學(xué)環(huán)節(jié)都應(yīng)具有明確的目的性。同時，以上教學(xué)方法需要根據(jù)教學(xué)過程中的實際效果、學(xué)生對知識點的掌握和應(yīng)用情況不斷改進(jìn)。教學(xué)效果不好、學(xué)生對知識點理解程度不高時，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整教學(xué)方法,適當(dāng)增加演示法，或在講授后續(xù)教學(xué)內(nèi)