工業(yè)設(shè)計模型制作中三維打印技術(shù)的運(yùn)用

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摘要：本文簡要分析三維打印技術(shù)的工作原理、快速成型的特點(diǎn)，并進(jìn)一步闡述其在工業(yè)設(shè)計模型制作中的有效運(yùn)用，研究認(rèn)為三維打印技術(shù)在新時期的工業(yè)設(shè)計模型制作中發(fā)揮這關(guān)鍵的作用。

關(guān)鍵詞：三維打??；工業(yè)設(shè)計；模型制作

現(xiàn)階段，隨著社會主義市場經(jīng)濟(jì)的不斷推進(jìn)，我國工業(yè)面臨一場巨大的變革，其工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)周期逐漸減短，工業(yè)設(shè)計模型制作與三維打印快速成型技術(shù)的有效融合為工業(yè)生產(chǎn)提供了發(fā)展條件，也就是說現(xiàn)代工業(yè)已經(jīng)達(dá)到無需工具以及模具便可生產(chǎn)復(fù)雜模型的水平。三維打印技術(shù)是開發(fā)新產(chǎn)品的主要手段，有關(guān)工作人員可依靠其將個人思想轉(zhuǎn)化為具備一定功能的產(chǎn)品模型，這一轉(zhuǎn)化過程較為直接、快速、精準(zhǔn)，同時，能夠有效降低產(chǎn)品開發(fā)的成本，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，并可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速評估與整改，提供啊產(chǎn)品研發(fā)的效率，降低產(chǎn)品研發(fā)的風(fēng)險，以此從根本上提高企業(yè)的時常競爭力。

1三維打印技術(shù)的工作原理

三維打印技術(shù)這一概念屬于新時期的新概念，其相對于二維平面打印來說具有較高的技術(shù)性，三維打印技術(shù)將簡單的二維加工組合成復(fù)雜的三維加工。三維打印技術(shù)的基本工作原理為微噴射中的RP技術(shù)，其噴頭與打印機(jī)的噴頭類似，快速成型系統(tǒng)的單層成形加工環(huán)節(jié)與噴繪環(huán)節(jié)相似，以位圖數(shù)據(jù)為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行陣列掃描噴射。在三維打印技術(shù)中，其噴頭不僅可以做X-Y方向的平面運(yùn)動，工作臺也能做Z方向的垂直運(yùn)動，同時，其噴頭材料并非墨水，而是可以形成三維實(shí)體的粘接劑。三維打印的成形方式為添加式，首先，利用實(shí)體反求技術(shù)或者三維CAD軟件采集有關(guān)模型的信息，或?qū)⑵浼辖Y(jié)構(gòu)或者形狀等掃描到儀器上，進(jìn)而得到目標(biāo)模型的基本信息。然后，根據(jù)模型概念建立CAD模型，并以三維修補(bǔ)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)化修補(bǔ)，將三維實(shí)體轉(zhuǎn)化為三角面片，生成面片文件。最后，利用快速成型技術(shù)處理文件，在面片文件修整及其檢驗(yàn)合格后，利用三維打印技術(shù)將控制材料準(zhǔn)確的打印為三維實(shí)體，以此完成工業(yè)設(shè)計模型的制作[1]。

2三維打印技術(shù)的特點(diǎn)

三維打印技術(shù)所使用的噴頭不需要激光系統(tǒng)的參與，僅靠液滴噴射可快速成型，其基本特點(diǎn)包括：1）可以作為輸出設(shè)備，可與計算機(jī)直接連接，工作人員可以直接操作，使用較為快捷、方便，無需專業(yè)化模型成型機(jī)構(gòu)就可以完成模型的制作，且其設(shè)計產(chǎn)品可以進(jìn)行快速校驗(yàn)。2）三維打印生產(chǎn)為數(shù)字化過程，該技術(shù)與CAD模型的關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，模型零件大小可以調(diào)節(jié)，可以實(shí)時修改，工作效率較高。3）三維打印輸出設(shè)備的體積不大，設(shè)備運(yùn)行以及維護(hù)的成本不高；該設(shè)備可以在普通工作環(huán)境使用，生產(chǎn)過程沒有污染，且對環(huán)境無特殊要求；該設(shè)備不喊激光系統(tǒng)，因此，設(shè)備造價較低，且其操作簡單，具備大范圍推廣價值。4）三維打印中的材料一般使用淀粉、石膏等，其原料價格便宜，在新產(chǎn)品研發(fā)以及少量零件生產(chǎn)中較為適用。5）三維打印在生產(chǎn)產(chǎn)品時，其實(shí)際的生產(chǎn)過程與模型的復(fù)雜性并無直接關(guān)聯(lián)，模型幾何形狀也不影響其打?。辉诩庸?fù)雜曲面時具有獨(dú)特的優(yōu)勢，相較傳統(tǒng)模型制作方法有了較大的進(jìn)步。6）三維打印技術(shù)的成型時間較短，且加工周期不長，資金成本低，能夠有效降低生產(chǎn)成本[2]。三維打印技術(shù)的不足之處：1）受其生產(chǎn)材料的限制，三維打印的產(chǎn)品強(qiáng)度不高，由于使用液滴直接噴射成型，產(chǎn)品模型需要經(jīng)過后期處理。2）由于三維打印的產(chǎn)品材料為粉末，粉末會影響產(chǎn)品表面精度，難以保障產(chǎn)品生產(chǎn)的誤差性。

3三維打印技術(shù)的在工業(yè)設(shè)計模型中的應(yīng)用實(shí)例

本部分以汽車輪胎模型制作為例，分析三維打印技術(shù)在工業(yè)設(shè)計模型制作中的運(yùn)用，使用LYP型三維打印設(shè)備制模材料為石膏粉，模型制作主要包括三個階段：

3.1前處理

模型前處理階段是模型制作中數(shù)據(jù)準(zhǔn)備的階段，主要工作是將原型的CAD模型轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)形式。在工業(yè)設(shè)計模型中，三維實(shí)體是CAD模型的最主要表現(xiàn)方式，也是制作模型所必不可少的數(shù)據(jù)來源，CAD模型中的三維制作可以不僅可以利用小型CAD軟件制作，也可以通過CAD軟件實(shí)現(xiàn)，比如UG、SolidWorks等，但是在另存模型文件時應(yīng)當(dāng)將文件后綴名設(shè)置為圖形，其根本目的是連接快速成型系統(tǒng)和CAD三維設(shè)計系統(tǒng)。

3.2模型制作

三維打印技術(shù)的核心即快速成型，其制作的完整過程為：第一步，開啟系統(tǒng)化控制軟件，開啟模型的圖形文件，一般來說，三維打印成型設(shè)備通過兩條軸線與計算機(jī)設(shè)備相連接，在成型設(shè)備正式開機(jī)通電前應(yīng)當(dāng)確保打印噴頭不干涉Z軸工作臺的工作，且其工作臺平面應(yīng)當(dāng)較打印平面低1毫米，在工作臺平面太高的情況下，工作人員可以手動轉(zhuǎn)動Z軸絲桿，緩緩降低工作臺，在確保一系列準(zhǔn)備工作完畢后，方可開啟電源開關(guān)。第二步，設(shè)置模型加工參數(shù)。第三步，點(diǎn)擊菜單調(diào)節(jié)工作太的合理性，并在粉盒內(nèi)加入模型生產(chǎn)材料，安裝打印墨盒。第四步，點(diǎn)擊auto按鈕便可開始自動成型加工。第五步，利用鋪粉機(jī)鋪設(shè)材料，使噴頭按照模型輪廓信息進(jìn)行打印，沿X方向以及Y方向進(jìn)行水平運(yùn)動，且合理噴射粘接劑，使其滲透到材料微孔中進(jìn)行粘接，以此完成模型截面造型。在一層打印結(jié)束后，下降成型面活塞進(jìn)行下一層的打印，循環(huán)直到模型制作完畢，取出模型。

3.3后處理

石膏材料的價格較為便宜，熱塑性能較高，但是在模型成型后的強(qiáng)度可靠性不高，實(shí)體表面附著大量粉末。所以，在模型生產(chǎn)完成后，工作人員應(yīng)當(dāng)對其進(jìn)行適當(dāng)處理，以提高其強(qiáng)度，進(jìn)一步改善其性能，具體方法為將石蠟加熱至溶化后，將模型放入石蠟液中，并在適當(dāng)時間后取出晾干[3]。

4結(jié)語

三維打印技術(shù)在工業(yè)設(shè)計模型中的應(yīng)用是現(xiàn)代信息技術(shù)推進(jìn)傳統(tǒng)制作業(yè)發(fā)展及其進(jìn)步的一項(xiàng)重要舉措，該技術(shù)的運(yùn)用改變了我國傳統(tǒng)延用的手工模型制造法。近年來，許多工業(yè)企業(yè)在其模型設(shè)計環(huán)節(jié)均引進(jìn)了三維打印技術(shù)，這一實(shí)踐也滿足了工業(yè)生產(chǎn)的多樣化要求，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)企業(yè)的與時俱進(jìn)，因此，有關(guān)工作人員以及企業(yè)應(yīng)當(dāng)提高對三維打印技術(shù)的重視，以此不斷提高自身位于市場中的有利地位。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃軒,李鳳寧.三維打印個體化導(dǎo)航模板在枕骨髁螺釘固定技術(shù)中的應(yīng)用研究[J].中國脊柱脊髓雜志,2014,22(5):721-724.

[2]李堅(jiān),許民,包文慧.影響未來的顛覆性技術(shù):多元材料混合智造的3D打印[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報,2015,12(24):28-31.

[3]蘇也惠,邢妍.3D打印技術(shù)在三維模型設(shè)計中的應(yīng)用研究[J].藝術(shù)科技,2016,5(7):39-42.

作者：劉秭岑 單位：四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院