工業設計模型製作中三維列印技術的運用論文
工業設計模型製作中三維列印技術的運用論文
摘要：本文簡要分析三維列印技術的工作原理、快速成型的特點，並進一步闡述其在工業設計模型製作中的有效運用，研究認為三維列印技術在新時期的工業設計模型製作中發揮這關鍵的作用。
關鍵詞：三維列印；工業設計；模型製作
現階段，隨著社會主義市場經濟的不斷推進，我國工業面臨一場巨大的變革，其工業產品的生產週期逐漸減短，工業設計模型製作與三維列印快速成型技術的有效融合為工業生產提供了發展條件，也就是說現代工業已經達到無需工具以及模具便可生產複雜模型的水平。三維列印技術是開發新產品的主要手段，有關工作人員可依靠其將個人思想轉化為具備一定功能的產品模型，這一轉化過程較為直接、快速、精準，同時，能夠有效降低產品開發的成本，縮短產品開發週期，並可實現產品的快速評估與整改，提供啊產品研發的效率，降低產品研發的風險，以此從根本上提高企業的時常競爭力。
1三維列印技術的工作原理
三維列印技術這一概念屬於新時期的新概念，其相對於二維平面列印來說具有較高的技術性，三維列印技術將簡單的二維加工組合成複雜的三維加工。三維列印技術的基本工作原理為微噴射中的RP技術，其噴頭與印表機的噴頭類似，快速成型系統的單層成形加工環節與噴繪環節相似，以點陣圖資料為出發點進行陣列掃描噴射。在三維列印技術中，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，其噴頭材料並非墨水，而是可以形成三維實體的粘接劑。三維列印的成形方式為新增式，首先，利用實體反求技術或者三維CAD軟體採集有關模型的資訊，或將其集合結構或者形狀等掃描到儀器上，進而得到目標模型的基本資訊。然後，根據模型概念建立CAD模型，並以三維修補軟體進行資料化修補，將三維實體轉化為三角面片，生成面片檔案。最後，利用快速成型技術處理檔案，在面片檔案修整及其檢驗合格後，利用三維列印技術將控制材料準確的列印為三維實體，以此完成工業設計模型的製作[1]。
2三維列印技術的特點
三維列印技術所使用的噴頭不需要鐳射系統的'參與，僅靠液滴噴射可快速成型，其基本特點包括：1）可以作為輸出裝置，可與計算機直接連線，工作人員可以直接操作，使用較為快捷、方便，無需專業化模型成型機構就可以完成模型的製作，且其設計產品可以進行快速校驗。2）三維列印生產為數字化過程，該技術與CAD模型的關聯性較強，模型零件大小可以調節，可以實時修改，工作效率較高。3）三維列印輸出裝置的體積不大，裝置執行以及維護的成本不高；該裝置可以在普通工作環境使用，生產過程沒有汙染，且對環境無特殊要求；該裝置不喊鐳射系統，因此，裝置造價較低，且其操作簡單，具備大範圍推廣價值。4）三維列印中的材料一般使用澱粉、石膏等，其原料價格便宜，在新產品研發以及少量零件生產中較為適用。5）三維列印在生產產品時，其實際的生產過程與模型的複雜性並無直接關聯，模型幾何形狀也不影響其列印；在加工複雜曲面時具有獨特的優勢，相較傳統模型製作方法有了較大的進步。6）三維列印技術的成型時間較短，且加工週期不長，資金成本低，能夠有效降低生產成本[2]。三維列印技術的不足之處：1）受其生產材料的限制，三維列印的產品強度不高，由於使用液滴直接噴射成型，產品模型需要經過後期處理。2）由於三維列印的產品材料為粉末，粉末會影響產品表面精度，難以保障產品生產的誤差性。
3三維列印技術的在工業設計模型中的應用例項
本部分以汽車輪胎模型製作為例，分析三維列印技術在工業設計模型製作中的運用，使用LYP型三維列印裝置制模材料為石膏粉，模型製作主要包括三個階段：
3.1前處理
模型前處理階段是模型製作中資料準備的階段，主要工作是將原型的CAD模型轉換為資料形式。在工業設計模型中，三維實體是CAD模型的最主要表現方式，也是製作模型所必不可少的資料來源，CAD模型中的三維製作可以不僅可以利用小型CAD軟體製作，也可以透過CAD軟體實現，比如UG、SolidWorks等，但是在另存模型檔案時應當將檔案字尾名設定為圖形，其根本目的是連線快速成型系統和CAD三維設計系統。
3.2模型製作
三維列印技術的核心即快速成型，其製作的完整過程為：第一步，開啟系統化控制軟體，開啟模型的圖形檔案，一般來說，三維列印成型裝置透過兩條軸線與計算機裝置相連線，在成型裝置正式開機通電前應當確保列印噴頭不干涉Z軸工作臺的工作，且其工作臺平面應當較列印平面低1毫米，在工作臺平面太高的情況下，工作人員可以手動轉動Z軸絲桿，緩緩降低工作臺，在確保一系列準備工作完畢後，方可開啟電源開關。第二步，設定模型加工引數。第三步，點選選單調節工作太的合理性，並在粉盒內加入模型生產材料，安裝列印墨盒。第四步，點選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資訊進行列印，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。在一層列印結束後，下降成型面活塞進行下一層的列印，迴圈直到模型製作完畢，取出模型。
3.3後處理
石膏材料的價格較為便宜，熱塑效能較高，但是在模型成型後的強度可靠性不高，實體表面附著大量粉末。所以，在模型生產完成後，工作人員應當對其進行適當處理，以提高其強度，進一步改善其效能，具體方法為將石蠟加熱至溶化後，將模型放入石蠟液中，並在適當時間後取出晾乾[3]。
4結語
三維列印技術在工業設計模型中的應用是現代資訊科技推進傳統制作業發展及其進步的一項重要舉措，該技術的運用改變了我國傳統延用的手工模型製造法。近年來，許多工業企業在其模型設計環節均引進了三維列印技術，這一實踐也滿足了工業生產的多樣化要求，實現了工業企業的與時俱進，因此，有關工作人員以及企業應當提高對三維列印技術的重視，以此不斷提高自身位於市場中的有利地位。
參考文獻：
[1]黃軒,李鳳寧.三維列印個體化導航模板在枕骨髁螺釘固定技術中的應用研究[J].中國脊柱脊髓雜誌,2014,22(5):721-724.
[2]李堅,許民,包文慧.影響未來的顛覆性技術:多元材料混合智造的3D列印[J].東北林業大學學報,2015,12(24):28-31.
[3]蘇也惠,邢妍.3D列印技術在三維模型設計中的應用研究[J].藝術科技,2016,5(7):39-42.