工業(yè)設計模型制作中三維打印技術(shù)的有效運用分析

劉秭岑

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，并進一步闡述其在工業(yè)設計模型制作中的有效運用，研究認為三維打印技術(shù)在新時期的工業(yè)設計模型制作中發(fā)揮這關鍵的作用。

關鍵詞：三維打?。还I(yè)設計；模型制作

現(xiàn)階段，隨著社會主義市場經(jīng)濟的不斷推進，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)達到無需工具以及模具便可生產(chǎn)復雜模型的水平。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，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)點進行陣列掃描噴射。在三維打印技術(shù)中，其噴頭不僅可以做X-Y方向的平面運動，工作臺也能做Z方向的垂直運動，同時，其噴頭材料并非墨水，而是可以形成三維實體的粘接劑。三維打印的成形方式為添加式，首先，利用實體反求技術(shù)或者三維CAD軟件采集有關模型的信息，或?qū)⑵浼辖Y(jié)構(gòu)或者形狀等掃描到儀器上，進而得到目標模型的基本信息。然后，根據(jù)模型概念建立CAD模型，并以三維修補軟件進行數(shù)據(jù)化修補，將三維實體轉(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合格后，利用三維打印技術(shù)將控制材料準確的打印為三維實體，以此完成工業(yè)設計模型的制作[ 1 ]。

2 三維打印技術(shù)的特點

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，其基本特點包括：

1）可以作為輸出設備，可與計算機直接連接，工作人員可以直接操作，使用較為快捷、方便，無需專業(yè)化模型成型機構(gòu)就可以完成模型的制作，且其設計產(chǎn)品可以進行快速校驗。

2）三維打印生產(chǎn)為數(shù)字化過程，該技術(shù)與CAD模型的關聯(lián)性較強，模型零件大小可以調(diào)節(jié)，可以實時修改，工作效率較高。

3）三維打印輸出設備的體積不大，設備運行以及維護的成本不高；該設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；該設備不喊激光系統(tǒng)，因此，設備造價較低，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，其實際的生產(chǎn)過程與模型的復雜性并無直接關聯(lián)，模型幾何形狀也不影響其打??；在加工復雜曲面時具有獨特的優(yōu)勢，相較傳統(tǒng)模型制作方法有了較大的進步。

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)設計模型中的應用實例

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)設計模型制作中的運用，使用LYP型三維打印設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)設計模型中，三維實體是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軟件實現(xiàn)，比如UG、SolidWorks等，但是在另存模型文件時應當將文件后綴名設置為圖形，其根本目的是連接快速成型系統(tǒng)和CAD三維設計系統(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，三維打印成型設備通過兩條軸線與計算機設備相連接，在成型設備正式開機通電前應當確保打印噴頭不干涉Z軸工作臺的工作，且其工作臺平面應當較打印平面低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，在確保一系列準備工作完畢后，方可開啟電源開關。第二步，設置模型加工參數(shù)。第三步，點擊菜單調(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，點擊auto按鈕便可開始自動成型加工。第五步，利用鋪粉機鋪設材料，使噴頭按照模型輪廓信息進行打印，沿X方向以及Y方向進行水平運動，且合理噴射粘接劑，使其滲透到材料微孔中進行粘接，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度可靠性不高，實體表面附著大量粉末。所以，在模型生產(chǎn)完成后，工作人員應當對其進行適當處理，以提高其強度，進一步改善其性能，具體方法為將石蠟加熱至溶化后，將模型放入石蠟液中，并在適當時間后取出晾干[ 3 ]。

4 結(jié)語

三維打印技術(shù)在工業(yè)設計模型中的應用是現(xiàn)代信息技術(shù)推進傳統(tǒng)制作業(yè)發(fā)展及其進步的一項重要舉措，該技術(shù)的運用改變了我國傳統(tǒng)延用的手工模型制造法。近年來，許多工業(yè)企業(yè)在其模型設計環(huán)節(jié)均引進了三維打印技術(shù)，這一實踐也滿足了工業(yè)生產(chǎn)的多樣化要求，實現(xiàn)了工業(yè)企業(yè)的與時俱進，因此，有關工作人員以及企業(yè)應當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：

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

[2] 李堅，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)大學學報，2015，12（24）：28-31.

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