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工業(yè)設(shè)計(jì)模型制作中三維打印技術(shù)的運(yùn)用

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工業(yè)設(shè)計(jì)模型制作中三維打印技術(shù)的運(yùn)用

摘要:本文簡(jiǎn)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(jì)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(shí)期的工業(yè)設(shè)計(jì)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(jì);模型制作

現(xiàn)階段,隨著社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷推進(jìn),我國(guó)工業(yè)面臨一場(chǎng)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(jì)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(shuō)現(xiàn)代工業(yè)已經(jīng)達(dá)到無(wú)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(gè)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(guò)程較為直接、快速、精準(zhǔn),同時(shí),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(píng)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(xiǎn),以此從根本上提高企業(yè)的時(shí)常競(jìng)爭(zhēng)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(shí)期的新概念,其相對(duì)于二維平面打印來(lái)說(shuō)具有較高的技術(shù)性,三維打印技術(shù)將簡(jiǎn)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(dòng),工作臺(tái)也能做Z方向的垂直運(yùn)動(dòng),同時(shí),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(jì)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(jì)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(wú)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(jì)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(guò)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(shí)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(guò)程沒(méi)有污染,且對(duì)環(huán)境無(wú)特殊要求;該設(shè)備不喊激光系統(tǒng),因此,設(shè)備造價(jià)較低,且其操作簡(jiǎn)單,具備大范圍推廣價(jià)值。4)三維打印中的材料一般使用淀粉、石膏等,其原料價(jià)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(shí),其實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程與模型的復(fù)雜性并無(wú)直接關(guān)聯(lián),模型幾何形狀也不影響其打??;在加工復(fù)雜曲面時(shí)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),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(shí)間較短,且加工周期不長(zhǎng),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(guò)后期處理。2)由于三維打印的產(chǎn)品材料為粉末,粉末會(huì)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(jì)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(jì)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(gè)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(jì)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(lái)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(guò)CAD軟件實(shí)現(xiàn),比如UG、SolidWorks等,但是在另存模型文件時(shí)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(jì)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(guò)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(lái)說(shuō),三維打印成型設(shè)備通過(guò)兩條軸線與計(jì)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(tái)的工作,且其工作臺(tái)平面應(yīng)當(dāng)較打印平面低1毫米,在工作臺(tái)平面太高的情況下,工作人員可以手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)Z軸絲桿,緩緩降低工作臺(tái),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(dòng)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(dòng),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(jià)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(duì)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(shí)間后取出晾干[3]。

4結(jié)語(yǔ)

三維打印技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)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(guó)傳統(tǒng)延用的手工模型制造法。近年來(lái),許多工業(yè)企業(yè)在其模型設(shè)計(jì)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(shí)俱進(jìn),因此,有關(guān)工作人員以及企業(yè)應(yīng)當(dāng)提高對(duì)三維打印技術(shù)的重視,以此不斷提高自身位于市場(chǎng)中的有利地位。

參考文獻(xiàn):

[1]黃軒,李鳳寧.三維打印個(gè)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(guó)脊柱脊髓雜志,2014,22(5):721-724.

[2]李堅(jiān),許民,包文慧.影響未來(lái)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(bào),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(jì)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