工业设计模型制作中三维打印技术的运用

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摘要：本文简要分析三维打印技术的工作原理、快速成型的特点，并进一步阐述其在工业设计模型制作中的有效运用，研究认为三维打印技术在新时期的工业设计模型制作中发挥这关键的作用。

关键词：三维打印；工业设计；模型制作

现阶段，随着社会主义市场经济的不断推进，我国工业面临一场巨大的变革，其工业产品的生产周期逐渐减短，工业设计模型制作与三维打印快速成型技术的有效融合为工业生产提供了发展条件，也就是说现代工业已经达到无需工具以及模具便可生产复杂模型的水平。三维打印技术是开发新产品的主要手段，有关工作人员可依靠其将个人思想转化为具备一定功能的产品模型，这一转化过程较为直接、快速、精准，同时，能够有效降低产品开发的成本，缩短产品开发周期，并可实现产品的快速评估与整改，提供啊产品研发的效率，降低产品研发的风险，以此从根本上提高企业的时常竞争力。

1三维打印技术的工作原理

三维打印技术这一概念属于新时期的新概念，其相对于二维平面打印来说具有较高的技术性，三维打印技术将简单的二维加工组合成复杂的三维加工。三维打印技术的基本工作原理为微喷射中的RP技术，其喷头与打印机的喷头类似，快速成型系统的单层成形加工环节与喷绘环节相似，以位图数据为出发点进行阵列扫描喷射。在三维打印技术中，其喷头不仅可以做X-Y方向的平面运动，工作台也能做Z方向的垂直运动，同时，其喷头材料并非墨水，而是可以形成三维实体的粘接剂。三维打印的成形方式为添加式，首先，利用实体反求技术或者三维CAD软件采集有关模型的信息，或将其集合结构或者形状等扫描到仪器上，进而得到目标模型的基本信息。然后，根据模型概念建立CAD模型，并以三维修补软件进行数据化修补，将三维实体转化为三角面片，生成面片文件。最后，利用快速成型技术处理文件，在面片文件修整及其检验合格后，利用三维打印技术将控制材料准确的打印为三维实体，以此完成工业设计模型的制作[1]。

2三维打印技术的特点

三维打印技术所使用的喷头不需要激光系统的参与，仅靠液滴喷射可快速成型，其基本特点包括：1）可以作为输出设备，可与计算机直接连接，工作人员可以直接操作，使用较为快捷、方便，无需专业化模型成型机构就可以完成模型的制作，且其设计产品可以进行快速校验。2）三维打印生产为数字化过程，该技术与CAD模型的关联性较强，模型零件大小可以调节，可以实时修改，工作效率较高。3）三维打印输出设备的体积不大，设备运行以及维护的成本不高；该设备可以在普通工作环境使用，生产过程没有污染，且对环境无特殊要求；该设备不喊激光系统，因此，设备造价较低，且其操作简单，具备大范围推广价值。4）三维打印中的材料一般使用淀粉、石膏等，其原料价格便宜，在新产品研发以及少量零件生产中较为适用。5）三维打印在生产产品时，其实际的生产过程与模型的复杂性并无直接关联，模型几何形状也不影响其打印；在加工复杂曲面时具有独特的优势，相较传统模型制作方法有了较大的进步。6）三维打印技术的成型时间较短，且加工周期不长，资金成本低，能够有效降低生产成本[2]。三维打印技术的不足之处：1）受其生产材料的限制，三维打印的产品强度不高，由于使用液滴直接喷射成型，产品模型需要经过后期处理。2）由于三维打印的产品材料为粉末，粉末会影响产品表面精度，难以保障产品生产的误差性。

3三维打印技术的在工业设计模型中的应用实例

本部分以汽车轮胎模型制作为例，分析三维打印技术在工业设计模型制作中的运用，使用LYP型三维打印设备制模材料为石膏粉，模型制作主要包括三个阶段：

3.1前处理

模型前处理阶段是模型制作中数据准备的阶段，主要工作是将原型的CAD模型转换为数据形式。在工业设计模型中，三维实体是CAD模型的最主要表现方式，也是制作模型所必不可少的数据来源，CAD模型中的三维制作可以不仅可以利用小型CAD软件制作，也可以通过CAD软件实现，比如UG、SolidWorks等，但是在另存模型文件时应当将文件后缀名设置为图形，其根本目的是连接快速成型系统和CAD三维设计系统。

3.2模型制作

三维打印技术的核心即快速成型，其制作的完整过程为：第一步，开启系统化控制软件，开启模型的图形文件，一般来说，三维打印成型设备通过两条轴线与计算机设备相连接，在成型设备正式开机通电前应当确保打印喷头不干涉Z轴工作台的工作，且其工作台平面应当较打印平面低1毫米，在工作台平面太高的情况下，工作人员可以手动转动Z轴丝杆，缓缓降低工作台，在确保一系列准备工作完毕后，方可开启电源开关。第二步，设置模型加工参数。第三步，点击菜单调节工作太的合理性，并在粉盒内加入模型生产材料，安装打印墨盒。第四步，点击auto按钮便可开始自动成型加工。第五步，利用铺粉机铺设材料，使喷头按照模型轮廓信息进行打印，沿X方向以及Y方向进行水平运动，且合理喷射粘接剂，使其渗透到材料微孔中进行粘接，以此完成模型截面造型。在一层打印结束后，下降成型面活塞进行下一层的打印，循环直到模型制作完毕，取出模型。

3.3后处理

石膏材料的价格较为便宜，热塑性能较高，但是在模型成型后的强度可靠性不高，实体表面附着大量粉末。所以，在模型生产完成后，工作人员应当对其进行适当处理，以提高其强度，进一步改善其性能，具体方法为将石蜡加热至溶化后，将模型放入石蜡液中，并在适当时间后取出晾干[3]。

4结语

三维打印技术在工业设计模型中的应用是现代信息技术推进传统制作业发展及其进步的一项重要举措，该技术的运用改变了我国传统延用的手工模型制造法。近年来，许多工业企业在其模型设计环节均引进了三维打印技术，这一实践也满足了工业生产的多样化要求，实现了工业企业的与时俱进，因此，有关工作人员以及企业应当提高对三维打印技术的重视，以此不断提高自身位于市场中的有利地位。

参考文献：

[1]黄轩,李凤宁.三维打印个体化导航模板在枕骨髁螺钉固定技术中的应用研究[J].中国脊柱脊髓杂志,2014,22(5):721-724.

[2]李坚,许民,包文慧.影响未来的颠覆性技术:多元材料混合智造的3D打印[J].东北林业大学学报,2015,12(24):28-31.

[3]苏也惠,邢妍.3D打印技术在三维模型设计中的应用研究[J].艺术科技,2016,5(7):39-42.

作者：刘秭岑 单位：四川职业技术学院