机械工程智能制造专题：3D打印建模与工艺规划在汽车制造中的应用研究

机械工程 智能制造专题：3D打印建模与工艺规划在汽车制造中的应用研究

开始日期: 2026-02-28

课时安排: 6周在线小组科研+6周研究助理经历训练+5周论文指导

Prerequisites适合人群

适合年级 (Grade): 大学生及以上

适合专业 (Major): 对机械工程、智能制造、机械与电子工程、自动化、3D打印等方向感兴趣的大学生，需要掌握matlab编程语言

Instructor Introduction导师介绍

K老师

香港科技大学终身正教授

香港科技大学  

K老师  终身正教授 博士生导师

中国国家长江讲席教授

U.S News美国Top20大学 博士&硕士

连续4年选入美国斯坦福大学全球2%科学家名单（终生及当年）

研究方向：绿色制造、增材制造工艺的优化算法、混合制造

现任多家国际杂志编辑委员会委员。以第一或通讯作者在国际核心期刊（SCI）上发表论文约200篇。近十年来，与国内多家985院校及公司建有紧密科研合作。他具有丰富的工业界经验，并拥有多项3D打印及5轴加工技术的专利。

Program Outcome项目收获

6周【在线小组科研+全球就业力大师课】+6周研究助理经历+5周论文指导，共135课时

1500字左右的项目报告

优秀学员获得主导师推荐信（8封网推）

项目结业证书

研究助理经历证书

EI/CPCI/Scopus/ProQuest/Crossref/EBSCO或同等级别索引国际会议全文投递与发表指导或者CNKI检索的英文普刊全文投递与发表指导

Project Description项目介绍

3D打印技术相比于传统切削加工技术，具有极大的灵活性，能够制造出各种复杂零部件，并节省大量材料。3D打印主要涉及材料设备和建模规划两部分，其中建模规划由3D打印处理软件完成。虽然这些软件已经得到了广泛应用，但仅仅作为软件的使用者是不够的，为了更好地使用和开发更高水平的3D打印软件，学生还需要了解建模工艺规划背后的数学及算法。

本课程的目的有两个：(1)讲授3D打印工艺规划中的数学概念和算法框架，并介绍最新相关科研进展；(2) 为学生提供编程项目的案例，让他们学习使用MATLAB实现3D打印中的基本算法。上完这门课，学生将对现有的3D打印处理软件有更深的理解，并有能力逐步参与相关软件的开发。

Syllabus项目大纲

PBL小组科研课纲

3D打印的基本概念：3D打印的定义、七种3D打印类型及特点、FDMå运动学分析；

3轴3D打印算法：优化打印方向以减少支撑和台阶效应、分层策略与层厚控制、轮廓路径的优化连接；

3+2轴3D打印算法：基于模型骨架线的分块策略、基于无支撑的分块策略、3D打印的层间顺序规划；

5轴3D打印算法：基于体积场的曲面分层策略、基于干涉约束的分块策略、3D打印的层间顺序规划；

3D打印的模型填充：单层打印路径样式分类、单层打印路径生成算法、多轴加工制造展望；

项目答辩与点评：学生项目汇报与答辩、导师点评与指导

Research Training Task研助起航任务安排（参考）

研究助理经历训练任务安排（参考）

Week 1: 算法优化方向聚焦与假设提炼

回顾前6周课程项目报告，结合导师反馈，从切片效率、路径规划或分层策略中筛选1-2个具备优化潜力的核心算法问题。将技术痛点转化为可验证的优化假设，明确自变量与因变量关系。

研讨会重点：评估假设的工程可行性，确保优化目标与3D打印核心指标（效率/精度/强度）直接相关。

Week 2: 打印参数数据库构建与文献支撑

基于假设检索相关数据库及算法优化文献，建议使用Web of Science、 IEEE Xplore等数据库检索工具，收集同类设备的工艺参数组合。使用适当编程工具初步整理数据特征 ，建立参数-性能关联矩阵。

研讨会重点：指导数据筛选标准 ，避免冗余参数干扰后续建模。

Week 3: 路径规划建模与算法设计

针对选定问题构建数学模型，明确目标函数与约束条件。使用适当编程工具实现基础算法框架，输出初步仿真路径图。

研讨会重点：分析模型复杂度与打印效率的平衡关系，优化算法时间复杂度。

Week 4: 分层策略虚拟仿真实验设计

设计对照仿真实验验证假设，设置实验组（新算法）与对照组（传统算法）。定义评价指标（如达到行业标准精度要求、填充密度均匀性符合规范），通过适当编程工具模拟不同条件下的打印效果。

研讨会重点：确保实验变量控制严谨，排除设备固有误差干扰。

Week 5: 优化算法报告核心章节撰写

整合前四周成果，撰写研究方法（含算法流程图）、仿真结果（数据对比表格）与讨论（解释优化效果产生的机理）。重点阐述实现过程中的关键技术细节。

研讨会重点：规范学术表达，突出算法创新点与工程应用价值。

Week 6: 成果答辩与工程价值提炼

制作10分钟答辩演⽰，清晰呈现"问题-假设-算法-验证"完整逻辑链。准备针对算法局限性的改进方案，探讨在工业级3D打印中的潜在应用场景。

研讨会重点：进行演示并接受教授和同行的提问，强化工程问题解决思维。

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