《激光制造技術(shù)》教學(xué)大綱

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：Laser Material Processing課程性質(zhì)：專業(yè)選修課程學(xué)分/學(xué)時(shí)：2學(xué)分/36學(xué)時(shí)（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(jì)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(shí)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(duì)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

2、應(yīng)用和發(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(shí)驗(yàn)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(diǎn)，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(shí)也為推動(dòng)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

3、的工程技術(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(diǎn)；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(shí)踐訓(xùn)練的方式，培養(yǎng)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)觀察、對(duì)比測(cè)試和數(shù)據(jù)分析等方式，驗(yàn)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(duì)應(yīng)關(guān)系：畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)對(duì)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(shí)，能用于專業(yè)問題的理解、建模、分析與求解； 教學(xué)目

4、標(biāo)1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；了解激光材料加工中的激光器系統(tǒng)及其應(yīng)用畢業(yè)要求2：?jiǎn)栴}分析2-1能運(yùn)用數(shù)理和工程知識(shí)進(jìn)行專業(yè)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題中的內(nèi)涵識(shí)別與理解分析；教學(xué)目標(biāo)2根據(jù)不同加工對(duì)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(xiǎn)性，并能夠采取適當(dāng)?shù)陌踩胧＝虒W(xué)目標(biāo)3能夠通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析等方式，驗(yàn)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(duì)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(diǎn)，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(duì)象及領(lǐng)域，掌握選擇合適的激光制造工藝、技術(shù)及裝

5、備二、課程教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)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(diǎn)內(nèi)容和難點(diǎn)內(nèi)容。重點(diǎn)內(nèi)容：«；難點(diǎn)內(nèi)容：）1、 緒論（2學(xué)時(shí)）（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(diǎn)、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(hào)、單位Ø 目標(biāo)及要求：1) 明確本課程研究的對(duì)象和內(nèi)容«；2) 了解激光和工業(yè)激光器的發(fā)展；3) 對(duì)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(shí)）（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

6、組織效應(yīng)Ø 目標(biāo)及要求：1) 掌握激光產(chǎn)生的基本原理«；2) 了解激光的方向性、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(duì)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)«；Ø 討論內(nèi)容：材料對(duì)激光吸收率的影響因素Ø 作業(yè)內(nèi)容：材料在激光作用下的熱吸收過程Ø 自學(xué)拓展：查看材料對(duì)激光吸收率對(duì)激光制造工藝選擇的影響3、 激光器系統(tǒng)（1學(xué)時(shí)）（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Ø 目標(biāo)及要求：1) 掌握激光器的類別«；2) 了解不同激

7、光器的系統(tǒng)組成及工作原理3) 了解激光器的應(yīng)用；Ø 討論內(nèi)容：CO2激光器的分類和特性Ø 作業(yè)內(nèi)容：半導(dǎo)體激光器的優(yōu)點(diǎn)Ø 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(shí)）（支撐教學(xué)目標(biāo)2）4.1 激光打孔4.2 激光切割4.3 激光打標(biāo)、雕刻Ø 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；Ø 討論內(nèi)容：典型材料的激光打孔Ø 作業(yè)內(nèi)容：激光切割的特點(diǎn)Ø 自學(xué)拓展激光雕刻的工藝方法5、 激光焊

8、接技術(shù)（4學(xué)時(shí)）（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Ø 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(duì)象及應(yīng)用領(lǐng)域；Ø 討論內(nèi)容：常用材料的激光焊接Ø 作業(yè)內(nèi)容：激光深熔焊的主要影響因素Ø 自學(xué)拓展激光焊接的優(yōu)缺點(diǎn)6、 激光表面改性技術(shù)（4學(xué)時(shí)）（支撐教學(xué)目標(biāo)2）6.1 激光表面改性的特點(diǎn)與分類6.2激光相變強(qiáng)化和激光熔凝強(qiáng)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

9、性技術(shù)Ø 目標(biāo)及要求：1) 了解激光表面改性的特點(diǎn)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(shí)例Ø 討論內(nèi)容：激光表面熔覆的應(yīng)用Ø 作業(yè)內(nèi)容：影響激光熔覆中裂紋產(chǎn)生的因素Ø 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(duì)比優(yōu)勢(shì)7、 激光3D打印技術(shù)（4學(xué)時(shí)）（支撐教學(xué)目標(biāo)2）7.1 概述7.2 3D打印(快速成形)技術(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打印(快速成形)的軟件與設(shè)備7.5 3D打印(快速成形)用材料7.6 激光

10、燒結(jié)3D打印(快速成形)7.7 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)Ø 目標(biāo)及要求：1) 了解3D打印(快速成形)技術(shù)的原理«2) 了解工藝參數(shù)對(duì)3D打印零件的影響«3) 了解3D打印技術(shù)的分類和特征;Ø 討論內(nèi)容：粉末材料選擇性激光燒結(jié)的原理Ø 作業(yè)內(nèi)容：3D打印(快速成形)工藝對(duì)材料的要求Ø 自學(xué)拓展3D打印(快速成形)集成技術(shù)8、 其他激光加工技術(shù)（3學(xué)時(shí)）（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)Ø 目標(biāo)及要求：1) 了解四種激光加工技

11、術(shù)(激光清洗激光光存激光拋光激光復(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;Ø 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Ø 作業(yè)內(nèi)容：激光拋光技術(shù)的特點(diǎn)Ø 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(shí)）（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)Ø 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

12、71;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) 了解不同激光微細(xì)加工技術(shù)的發(fā)展前景;Ø 討論內(nèi)容：飛秒激光加工的特點(diǎn)Ø 作業(yè)內(nèi)容：激光制備納米材料的特點(diǎn)Ø 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(shí)）（支撐教學(xué)目標(biāo)2）10.1 激光的危險(xiǎn)性10.2 激光危險(xiǎn)性的分類10.3 激光防護(hù)10.4 激光安全標(biāo)準(zhǔn)Ø 目標(biāo)及要求：1) 了解激光的危險(xiǎn)性及分類«2) 了解激光的防護(hù)技術(shù)及安全標(biāo)準(zhǔn);Ø 討論內(nèi)容：激光防護(hù)的主要技術(shù)指標(biāo)Ø 作業(yè)內(nèi)容：激光危險(xiǎn)性的分類Ø 自學(xué)拓展激光

13、防護(hù)的主要措施11、 實(shí)驗(yàn)一：金屬材料的激光焊接實(shí)驗(yàn)（3學(xué)時(shí)）（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Ø 目標(biāo)及要求：1) 通過實(shí)驗(yàn)設(shè)備認(rèn)知和材料準(zhǔn)備，強(qiáng)化激光焊接技術(shù)的工作原理及特點(diǎn)«；2) 通過操作訓(xùn)練，強(qiáng)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(qiáng)化激光焊接技術(shù)的工作原理和影響因素«；Ø 自學(xué)拓展：熟悉激光在材料表面的作用原理12、 實(shí)驗(yàn)二：激光燒結(jié)3D打印實(shí)驗(yàn)（3學(xué)時(shí)）（支撐教學(xué)目標(biāo)3）12.1 實(shí)驗(yàn)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

14、光燒結(jié)3D打印樣件制備Ø 目標(biāo)及要求：1) 通過實(shí)驗(yàn)設(shè)備認(rèn)知和材料準(zhǔn)備，強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)化激光燒結(jié)3D打印技術(shù)工作原理和影響因素«；Ø 自學(xué)拓展：其他3D打印技術(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(yùn)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(shí)體系，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，激發(fā)內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，提高課堂的積極性。在目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件基礎(chǔ)上，

15、及時(shí)采用實(shí)驗(yàn)練習(xí)法，強(qiáng)化所學(xué)知識(shí)的理解和運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。在實(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(diǎn)及發(fā)展進(jìn)行講授，使得學(xué)生對(duì)激光制造技術(shù)有個(gè)初步的認(rèn)知。隨后在第二章和第三章中介紹激光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)技術(shù)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(duì)激光制造技術(shù)理論的學(xué)習(xí)內(nèi)容，對(duì)各種激光制造技術(shù)的原理、特點(diǎn)、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

16、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(duì)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(duì)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(xiǎn)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。教學(xué)內(nèi)容的原理性比較強(qiáng)，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(shí)點(diǎn)。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(qiáng)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(dòng)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

17、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(shí)際加工過程中的能量分布，促進(jìn)學(xué)生掌握知識(shí)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(diǎn)，原理部分相對(duì)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(shí)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，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(shí)際典型案例，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)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

18、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(duì)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(qiáng)化學(xué)生對(duì)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(shí)際上都為增材制造技術(shù)，但所選用的激光器和工藝參數(shù)會(huì)略有不同，同時(shí)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(qiáng)學(xué)生在激光制造技術(shù)的知識(shí)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(diǎn)與分類，涉及到激光相變強(qiáng)化、激光表面熔覆、激光表面非晶化、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(duì)于缺乏實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生，內(nèi)容相對(duì)比較復(fù)雜，對(duì)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(shí)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)加工的原理和特點(diǎn)，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(shí)點(diǎn)。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