《激光制造技術》教學大綱.docx

1、激光制造技術課程教學大綱課程名稱：激光制造技術課程代碼：IMEE1037英文名稱：LaserMaterialProcessing課程性質：專業(yè)選修課程學分/學時：2學分/36學時（30+6）開課學期：第5學期適用專業(yè)：智能制造、機械類等專業(yè)先修課程：材料加工、大學物理等后續(xù)課程：智能制造裝備及技術、畢業(yè)設計一、課程性質和教學目標（在人才培養(yǎng)中的地位與性質及主要內容，指明學生需掌握知識與能力及其應達到的水平）課程性質：本課程是智能制造專業(yè)開設的專業(yè)選修課，通過對本課程的學習，使學生獲得激光加工原理、激光加工工藝等方面的內容，并使其初步掌握激光激光器的種類，先進的激光制造技術以及激光制造裝備的應用

2、和發(fā)展等方面的能力。教學目標：激光制造技術作為智能制造專業(yè)的選修課程，本課程的主要內容激光加工理論、激光器系統(tǒng)、激光去除加工、激光焊接技術、激光表面改性技術、激光3D打印技術（激光快速成形技術）、激光微細加工以及其他加工技術、激光加工中的安全防護及標準。通過本課程的學習，使學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激光制造技術的應用和發(fā)展。通過課堂教學和實驗演示，使學生了解激光產生的機理、激光在材料加工中應用的接班方法、原理和技術特點，使其在今后的加工領域中能夠采用先進的激光加工技術在工程應用中進行制造和加工，同時也為推動激光制造技術在我國生產制造領域中的應用培養(yǎng)必要的工

3、程技術人才。本課程的具體教學目標如下：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制；了解激光器系統(tǒng)的組成及其應用；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、激光微細加工等各種材料加工技術的基本原理，了解相關技術的工藝特點；了解激光加工中的安全防護及標準3）在掌握激光制造技術的基礎上，通過實踐訓練的方式，培養(yǎng)學生通過實驗觀察、對比測試和數據分析等方式，驗證掌握激光制造技術理論的能力。教學目標與畢業(yè)要求的對應關系:畢業(yè)要求指標點課程目標對應關系說明畢業(yè)要求1:工程問題1-1掌握專業(yè)所需的數理知識，能用于專業(yè)問題的理解、建模、分析與求解；教學目標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制；了解激光材料加工中的激光器系統(tǒng)及其應用畢業(yè)要求2：問題分析2-1能運用數理和工程知識進行專業(yè)領域復雜工程問題中的內涵識別與理解分析；教學目標2根據不同加工對象及領域，掌握選擇合適的激光制造工藝、技術及裝備；掌握激光束及設備的危險性，并能夠采取適當的安全措施。教學目標3能夠通過實驗測試分析等方式，驗證激光制造技術的基本原理和應用分析。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，準確表達自己的觀點，跟公眾和同行有效溝通并能夠合理決策；教學目標2根據不同加工對象及領域，掌握選擇合適的激光制造工藝、技術及裝備二、

5、課程教學內容及學時分配（含課程教學、自學、作業(yè)、討論等內容和要求，指明重點內容和難點內容。重點內容：;難點內容：）1、緒論（2學時）（支撐教學目標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、類型及應用1.3先進激光加工技術的發(fā)展方向1.4激光加工技術術語及符號、單位目標及要求：1）明確本課程研究的對象和內容大;2）了解激光和工業(yè)激光器的發(fā)展；3）對激光制造技術的發(fā)展有所了解。2、激光材料加工理論（3學時）（支撐教學目標1）2.1激光產生的基本原理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與組織效應目標及要求：1）掌握激光產生的基本原理;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與組織效應；討論內容：材料對激光吸收率的影響因素作業(yè)內容：材料在激光作用卜的熱吸收過程自學拓展：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學時）（支撐教學目標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）了解激光器的應用；討論內容：C02激光器的分類和特性作業(yè)內容：半導體激光器的優(yōu)點自學拓展高功率激光器的在工業(yè)生產中的應用4、激光去除加工（4學時）（支撐教學目標2）4.

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

8、學時）（支撐教學目標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復合表面改性技術目標及要求：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的影響因素4）了解激光表面改性技術的應用實例討論內容：激光表面熔覆的應用作業(yè)內容：影響激光熔覆中裂紋產生的因素自學拓展復合表面改性技術與傳統(tǒng)改性技術的對比優(yōu)勢7、激光3D打印技術（4學時）（支撐教學目標2）7.1概述7.2 3D打印（快速成形）技術的基本原理及特征7.3 3D打?。焖俪尚危┲饕墓に嚪椒?.4 3D

9、打印（快速成形）的軟件與設備7.5 3D打?。焖俪尚危┯貌牧?.6激光燒結3D打?。焖俪尚危?.7反求工程與3D（快速成形）集成技術7.8快速模具制造技術目標及要求：1）了解3D打?。焖俪尚危┘夹g的原理;2）了解工藝參數對3D打印零件的影響*;3）了解3D打印技術的分類和特征；討論內容：粉末材料選擇性激光燒結的原理作業(yè)內容：3D打印（快速成形）工藝對材料的要求自學拓展3D打?。焖俪尚危┘杉夹g8、其他激光加工技術（3學時）（支撐教學目標2）8.1激光清洗技術8.2激光光存技術8.3激光拋光技術8.4激光復合加工技術目標及要求：1）了解四種激光加工技術（激光清洗'激光光存'

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

11、解不同激光微細加工技術的發(fā)展前景；討論內容：飛秒激光加工的特點作業(yè)內容：激光制備納米材料的特點自學拓展激光微納加工技術10、激光加工中的安全防護與標準（1學時）（支撐教學目標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10.4激光安全標準目標及要求：1）了解激光的危險性及分類;2）了解激光的防護技術及安全標準；討論內容：激光防護的主要技術指標作業(yè)內容：激光危險性的分類自學拓展激光防護的主要措施11、實驗一：金屬材料的激光焊接實驗（3學時）（支撐教學目標3）11.1焊接材料及設備準備11.2激光焊接參數的設置11.3激光焊接接頭制備目標及要求：1）通過實驗設備認知和材料準備，

12、強化激光焊接技術的工作原理及特點*；2）通過操作訓練，強化掌握激光焊接的操作方法；3）通過改變激光焊接參數，強化激光焊接技術的工作原理和影響因素；自學拓展：熟悉激光在材料表面的作用原理12、實驗二：激光燒結3D打印實驗（3學時）（支撐教學目標3）12.1實驗材料及設備準備12.2激光燒結3D打印設備的參數設置及軟件學習12.3激光燒結3D打印樣件制備目標及要求：1）通過實驗設備認知和材料準備，強化激光燒結3D打印技術粉末的構成及技術工作原理；1）通過操作訓練，強化掌握激光燒結3D打印技術設備的操作方法；2）通過改變工藝參數，強化激光燒結3D打印技術工作原理和影響因素*；自學拓展：其他3D打印技

13、術的工作原理；三、教學方法在教學方式上，根據具體教學內容，綜合運用課堂講授和演示、課堂討論、課堂和課后練習、發(fā)現學習法和自學指導法，通過引入問題和啟發(fā)式教學，使學生更加明確教學內容的知識體系，引導學生主動學習，激發(fā)內在學習動機，提高課堂的積極性。在目前的實驗教學條件基礎上，及時采用實驗練習法，強化所學知識的理解和運用，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。在實驗教學過程中，引導學生發(fā)現問題，思考解決方案，為后續(xù)教學內容作鋪墊。教學內容體系、前后關聯和相關重點本課程中的內容第一章可以作為緒論內容，從激光制造技術的概念、特點及發(fā)展進行講授，使得學生對激光制造技術有個初步的認知。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)，從激光產生的原理、特性及與材料的相互作用、激光器的分類及應用進行講授，為后續(xù)各種先進技木的學習提供理論基礎。從本課程第四章至第九章根據前面對激光制造技術理論的學習內容，對各種激光制造技術的原理、特點、應用及發(fā)展進行詳細的講授，使學生了解和掌握不同材料、不同領域所采用的不同激光制造技術，并與第二章關于激光與材料的相互作用進行銜接，對所學的內容進行鞏固和復習。課程最后一張是對激光制造技術所涉及的安全防護及標準進行講授，使學生掌握激光制造技術在應用過程中存在的危險以及保護標準。結合具體教學內容，本課程所采用的教學方法說明如下：1. 激光材料產生的基本原理及與材料的相互作用

15、。教學內容的原理性比較強，所涉及量子力學、光量子理論和材料學等的相關知識點。在教學中采用講授法、演示法和練習法相結合，將抽象問題具體化，并通過課堂和課后練習強化。在講授基本原理的基礎上，通過推導公式、激光與材料作用動畫演示等直觀的方式，幫助學生理解激光產生的基本原理，以及和材料之間的作用關系，引導學生前后聯系，思考激光在實際加工過程中的能量分布，促進學生掌握知識體系。2. 激光去除加工技術。教學內容所涉及激光打孔、激光切割技術的原理和特點，原理部分相對比較抽象，但可以幫助學生復習激光與材料的作用原理的知識來進一步講授激光加工和激光切割的作用原理。教學過程中采用講授法、演示法和發(fā)現學習法相結合，

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，強化學生對兩種激光去除加工技術的理解和掌握。3. 激光焊接技術、激光3D打印技術。教學內容所涉及激光焊接和激光3D打印技術的基本原理，屬于原理性內容。幫助學生復習激光與材料的作用原理，進一步講授激光能夠實現材料連接和3D打印的基本原理。教學過程中講授法、演示法和發(fā)現學習法相結合，將抽象問題具體化，并通過課堂演示激光焊接技術對于不同材料所選擇的焊接方式以及典型的生產加工案例，強化學生對激光焊接技術的掌握和理解；在此基礎上，通過課堂演示3D打印技術在生產典型樣件的過程，讓學生理解激光焊接技術和激光3D打印技術實際上都為增材制造技術，

17、但所選用的激光器和工藝參數會略有不同，同時讓學生能夠區(qū)分本課堂內容與前面所學習的激光去除加工技術的不同，增強學生在激光制造技術的知識體系。4. 激光表面改性技術。教學內容所涉及激光改性技術的特點與分類，涉及到激光相變強化、激光表面熔覆、激光表而非晶化、激光沖擊硬化及復合表面改性技術等多種激光表面改性技術。對于缺乏實際經驗的學生，內容相對比較復雜,對于各種激光表面改性技術的區(qū)別認知方面還存在較大難度。教學課程采用講授法、演示法和發(fā)現學習法相結合，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典型加工案例的視頻來幫助學習相關的知識和區(qū)分各種技術。5. 激光微細加工。教學內容涉及的激光微細加工

18、的原理和特點，屬于原理性內容。幫助學生復習激光與材料的作用原理，以及激光器的分類的相關知識點。然后講授超短脈沖激光、激光微型機械加工、激光誘導原子加工技術、激光制備納米材料、脈沖激光沉積薄膜技術及激光-掃描電子探針技術的特點及發(fā)展。教學過程采用講授法和演示法相結合，通過講授各種激光微細加工技術的特點，結合演示相關的典型加工案例，從而使學生對激光微細加工有個全面的了解和認識。'、6.激光加工中的安全防護及標準。在完成激光加工技術的內容教學后，學生對激光制造技術應該有較為完整的知識體系掌握。針對激光加工技術的應用領域，開展激光加工中的安全防護及標準，幫助學生能夠了解激光的危險性以及對應的防護指標和安全標準。在教學方法的實際執(zhí)行過程中，每個教學環(huán)節(jié)都應具有明確的目的性。同時，以上教學方法需要根據教學過程中的實際效果、學生對知識點的掌握和應用情況不斷改進。教學效果不好、學生對知識點理解程度不高時，應適當調整教學方法,適當增加演示法，或在講授后續(xù)教學內