【3D打印冰墩墩的方案设计与制作5600字（论文）】

3D打印冰墩墩的方案设计与制作目录TOC\o"1-2"\h\u295413D打印冰墩墩的制作 127243关键词：3D打印；冰墩墩；智能制造 1164081绪论 1165111.1研究的目的和意义 1260981.2本文的主要研究内容 2166002方案的确定 2207002.1技术支持 2305562.2冰墩墩外形曲面设计 356712.3冰墩墩骨架曲线的设计 42802.4创建冰墩墩框架主体曲面 6122202.5修剪冰墩墩的曲面 7176872.6曲面缝合和加厚 8464133D打印材料的选择 8289023.13D打印工艺材料的选择 8315803.23D打印对光敏树脂的要求与成型 10159604结论 112618参考文献 12摘要：目前，三维打印技术（3D，printing）在世界范围内受到广泛关注和重视。在中国，当今随着国家发展智能制造，创建创新型社会战略的实施，特别是《中国制造2025》战略中，一再强调要培育创新型产业的发展，并将3D打印技术列为未来我国智能制造的关键技术，3D打印技术也在我国迎来了新的发展机遇期。伴随人们对冰雪运动项目的参与度、关注度的提高，2022北京冬奥会吉祥物越发成为社会各界的“聚焦点”。媒体对北京冬奥会吉祥物“冰墩墩”的传播是弘扬家国情怀与中华文化的重要方式。在此背景下，，本文利用3D打印技术的优点，进行了基于NX模型的产品建模和3D打印材料的可塑性，实现了背景冬奥会吉祥物“冰墩墩”的3D打印，实现对于东奥文化的传承和对3D打印技术的实践和应用。关键词：3D打印；冰墩墩；智能制造1绪论1.1研究的目的和意义3D打印机（3DPrinters），又称三维打印机，是一种累积制造技术，即一台快速成型技术的机械。这是一种奇特的打印机，是一位名叫恩里科，迪尼（Enrico，Dini）的发明家所设计。它不仅能在打印中建造一座完整的房屋，甚至能在太空船上打印出你需要的任何东西的形状。但三维打印是对象的模型，没有打印出对象的功能。3D打印机主要运用数据模型，采用特殊的材料蜡，塑料粉末或金属粉末等黏性材料，通过层层打印黏性材料来创建三维物体的模型。在现在，与传统制造业相比，三维打印已成为制造现代模型，模具和零件的有效途径，在航空航天，汽车，生物医学，工程建设，教学科研等领域占据独特优势。目前，中国拥有庞大的制造业体系，特别是在高端装备，家电设计，特种金属，纳米材料，非金属材料，动漫模型设计等领域，构成了产业集群。但是，目前大多数的制造工艺和技术都是采用的传统的加工方法，只有少数企业委托国外的3D打印机进行再加工，因此3D打印的普及程度有待提高。本文研究的目的是运用3D打印技术设计并实现冰墩墩的3D打印。将3D打印技术应用到冰墩墩的设计中，能实现冰墩墩的增材制造。优秀的3D打印产品是要有美丽的外观，舒适亲肤的外壳和适合用户的外型。不应有明显毛刺和突兀，接缝一定要细腻精密，要体现出冬奥吉祥物的形状美。1.2本文的主要研究内容本文的主要研究内容是以参考和查询现在有冰墩墩相关建模模型基础上进行一些创新和改进，并将其应用于3D打印技术改进曲面，通过3D打印技术的优势并结合专业知识的设计，实现对于冰墩墩的3D打印。从经济学发展的角度来看，3D打印大大节约了开发成本，打破了传统工业的限制。基于供应链的愿景，3D打印很符合敏捷型供应链，由于其生产不受数量的限制，而且可以提供快速的反应能力，甚至有可能改变供应链结构，特别是，这种技术对现代技术时代的组织变革和供应链预测分析方式具有重要的指导意义，为以后可能出现的“吉祥物”的定制化设计提供了可能。2方案的确定2.1技术支持3D打印技术，属于快速成型技术的--种，它建立在一个数字模型文件之上，使用粉末状金属或者塑料之类的可粘合材料，采用逐层堆叠累积方法构建对象的一种技术。3D打印技术的显着优势在于无需任何机械加工和模具，直接由计算机图形数据产生所设计的物品，大大缩短了制品制作周期，提高产品生产率，能够有效地降低生产成本。与传统制造技术相比较，3D打印技术由于利用了增料加工的原理，可针对复杂外形进行加工，同时确保加工效率、生产制造难处理的制品；并且传统的加工技术希望能够处理复杂的产品零件，需复杂的工序设计，每一个加工过程都需要很高的精度。传统加工技术由于使用了减料加工这一加工原理，造成了产品报废率居高不下，要求有经验的加工工人和安全、精细的加工机床，以确保产品能够最终满足需要，并且3D打印技术采用了增料加工生产模式，仅需建立产品的三维模型，利用数字技术分析产品切片，就可以在3D打印机中完成该产品生产制造，对于不合格品，还可采用再加工的方法，除去多余的零件或将缺失的零件加料。在3D打印技术的帮助下，我们形成了不好的这个优势，打印和生产个性化的产品，使吉祥物和其他产品更具有独创性，更受到公众的喜爱。文中采用3D打印材质，使“冰墩墩”感觉接近原型，利用NX模型进行冰墩墩的3D设计。2.2冰墩墩外形曲面设计一般来说，构件的曲面设计通常是先用草图曲线或空间曲线来绘制模型的骨架曲线，之后再用曲面造型的方法为所创建的曲线构建曲面，再利用拼接等工具将这些曲面转为一个完整的曲面组，最后将整个曲面组转换一个模型。本文通过用草图曲线，镜像曲线，通过曲线网，剪裁体，缝纫，加厚，拉伸等特征命令来创建冰墩墩外形的三维模型。如图1所示，它是冰墩墩的骨架曲线，图2是冰墩墩零件模型。图1骨架曲线图2零件模型2.3冰墩墩骨架曲线的设计创建冰墩墩骨架曲线1，在“插入”菜单栏的“任务环境”中选择草图，在弹出的对话框中，默认XC为草图平面，单击“确定”（或鼠标中键）进入草图工作面。绘制草图1，在草图软件栏中，单击［样条］命令绘制样条曲线，如图3所示。单击［确定］按钮（或按鼠标中键）退出［样条］对话框。从图中我们可以看出曲线不是很平滑，所以我们需要改善它。双击初步草图曲线1并选择[分析]——[曲线]——[曲率疏]命令以在图形区域中显示草图曲线的曲率稀疏。拖动草图曲线的控制点以平滑其曲率，如图4所示。要取消曲率稀疏显示，需要再次选择[曲率疏]命令，然后单击［OK］按钮（或按鼠标中键）关闭［样条］对话框。在草图工具栏中，点击[镜像曲线]命令，选择刚刚绘制为镜像曲线的草图曲线，镜像中心线为X轴。单击［确定］完成镜像曲线的创建。最后，单击［完成］按钮（或快捷键q）退出草图并显示鼠标骨架框架曲线1以完成构建，如图5所示。图3初步草图1图4草图1的曲率疏图5草图1（建模环境）2.4创建冰墩墩框架主体曲面选择菜单栏“通过曲线网络插入网格面”命令，系统会自动弹出通过曲线网络对话框。如图1所示，顺次选择曲线2，3，4作为主曲线，点击中间按钮切换，注意方向相同。再次点击中键后，选择曲线5和曲线1作为交叉曲线，点击中键确定，注意同一方向。其他参数为默认值。因此，在使用贯通曲线网命令时，必须注意主曲线方向和横曲线，防止曲面变形。确认之后，您可以创建冰墩墩的表面，如图6所示。图6草图5的曲率疏为绘制如图7所示的初步草图5，我需要选择XZ平面作为草图平面，一起对曲线和曲率疏进行光顺处理分析，使其曲率疏性呈现如图7所示的光滑形状，解除曲率疏显示以完成草图。点击【插入】，【曲面】，【有界平面】命令，系统弹出对话框，在图形区选择如图7所示的曲线，点击左键完成有界平面的创建。在［插入］菜单栏中选择[关联]——[镜像体]命令，选择为镜像体对象创建的有界平面，为镜像平面选择新平面，为指定平面选择ZC，XC平面，并确认，如图7所示。2.5修剪冰墩墩的曲面在[插入]菜单栏中选择[修剪]——[修剪片体]命令来修剪冰墩墩的主外表和侧表面，如图9所示。图7修剪后特征2.6曲面缝合和加厚单击“插入”菜单栏中的“组合缝合”指令。在弹出对话框中，选择切片类型，选目标实体，之后选择工具实体。确定后，完成表面缝合。在菜单栏［插入］中选择[偏置/缩放]——[加厚]命令，系统将弹出板材加厚对话框，加厚对象，选择缝合曲面，输入偏值1，变化方向，确定完成曲面加厚操作，冰墩墩的实体建模使用拉伸和边缘圆角命令来完成冰墩墩模型的创建。33D打印材料的选择3.13D打印工艺材料的选择3D打印技术起源于美国的快速成型技术。其技术的基本原理是：先数字分层后物理分层，即首先建立打印作品的数字模型，进行数字分层，实行每一层的二维加工路径或轨迹。然后，选择适合的材质和相应的加工方法，并在上述的数字路径的驱动下逐层打印，最终完成打印模型。3D打印技术不同于传统的加工模具的方法，它一种日益成熟的加工方法，其大大提高了材料的利用率，颠覆了传统制造方法的革命性制造技术。在我国3D打印被称为增材制造技术。三维打印技术不仅具有较高的处理灵活性而且市场反应速度快速，在工业生产，航空航天，建筑，艺术，动画模型，影视模型等领域都得到了很好的应用。目前，国内外3D打印领域有近20种不同的处理系统。其中，最典型，最成熟的技术有立体光刻设备（SLA），叠层物体制造（LOM），熔融沉积建模（FDM），选择性激光烧结（SLS），选择性激光熔化（SLM），3D打印和涂胶（3DP）。虽然这六种3D打印工艺原理上是一致的，但打印材料的不同，让其六种工艺的特点和具体应用领域也有所不同。通过对打印材料在3D打印工艺中的应用和过去研究结果的回顾，指出材料是3D打印领域的研究重点，也是影响3D打印工艺进一步发展和应用的瓶颈。1984年，SLA技术获得了CharlesHull的专利，3DSystems公司将其商业化。SLA是目前国际上公认的研究最多的学科、最早使用的3D打印工艺。目前在这一过程中所使用的主要原料为光敏液体树脂或光敏树脂。光敏树脂的原料主要是齐聚物、引发剂与活性稀释剂的复配。从引发剂应用机理来看，这类光敏树脂材料大致可以分为3类：阳离子光固化树脂等、自由基紫外光固化树脂与杂化光固化树脂的结合。激光刺激自由基体系，生成自由基，触发单体聚合交联。阳离子体系为强质子酸，由阳离-子光触发剂照射生成，催化加速聚合以固化树脂。该混合系统将以上两个固化原理相结合。这种凝固最初是通过激光照射而发生。之后为降低成本，西安交通大学于1996年推出一种采用廉价紫外灯作为光源SLA工艺系统，并且同时研制出相应紫外辐照技术，用于固化光敏树脂。近年美国开发和引进蓝卤素冷光光敏树脂的固化工艺，因无温升对口腔造成的不适感，该树脂最早用于人牙修复。另外光敏树脂还可以进行3D打印，避免了因温度变化而产生的形变，所以可以用来打印精度更高的型号。当前发展SLA复合材料亦是这一过程中的重要研究领域。通过纳米陶瓷粉体的加入、短纤维和其他特殊材料，以使它们的材料强度及耐热性发生变化，改变了它的适用范围。或添加功能材料，如生物活性物质，对SLA进行高温烧蚀处理，做成功能部件。目前在SLA工艺中商业化使用的光敏树脂材料包括：Vantico公司的SL系列。Vantico公司生产的SL系列原料呈乳白色，质地及强度较好，而韧性较差。要特别重视小而薄的零件脆性断裂问题。表1给出了这一系列产品应用于SLA5000-3D打印系统后的各项性能指标。表1SL系列树脂的性能参数3.23D打印对光敏树脂的要求与成型光固化树脂的固化，就像漆的固化，相似于工程塑料。光固化成型材料的性能直接影响到模塑件的质量和成本。成型件的加工精度，力学性能与成型材料密切相关。因此，光敏树脂在SLA应用的技术应满足特殊要求，主要体现在以下几个方面：（1）液体树脂稳定性很强。在可见光下，无化学变化，具有好的稳性，化学稳性和组成稳定。（2）低粘度。由于SLA成形工艺是固化片层材料的叠加过程，每层固化片材后，上平台下降到一定水平后，液体树脂需要尽快覆盖固化片材层，对低粘度树脂的快速调平的特点符合。（3）固化速度快。成型材料的性能直接受光敏树脂固化率的影响，从而在一定程度上影响经济成本。因此，光固化树脂需要对紫外线高度敏感。树脂的光固化速率又称光敏性，通常以临界曝光为特点。（4）一次性固化率高。在紫外光固化条件下，未经固化后的固化度称为一次固化度。一般条件一次固化度达到90％以上，以保证零件在激光成形过程中的稳定性，防止零件变形。一次性固化率高可减少后固化过程中的收缩，减少后固化过程中的变形，保持零件的精度。（5）制作精度是紫外光固化快成形的首要问题。在光敏树脂紫外光固化过程中，由于液相向固相的转变，常常导致树脂体积收缩。复合树脂的聚合收缩不仅会导致尺寸误差，而且会导致零部件的翘曲。在光敏树脂的开发过程中，主要目的是减少树脂固化的影响。（6）透射深度适中。透光深度是树脂体系的固有参数。Dp值过大与光固化树脂固化板层间的附着力对固化产品的强度和精度有很大的危害。SLA工艺中用的光固化树脂必须具有适中的透光深度系数Dp，固化板层厚度应依据Dp值进行微调。（7）高湿强度。在湿强度较高的环境下，固化过程中不变形，不膨胀，不分层。（8）扩张很小。湿成型的膨胀会引起零部件尺寸过大。（9）毒性小。有利于操作员的健康，不会导致环境污染。利用3D打印科技实现的“冰墩墩”是光敏树脂的首选材料，它能更好地满足更加贴合原版“冰墩墩”的各项指标。4结论基于3D打印技术的冰墩墩吉祥物的打印设计是一个典型的面向未来智能制造技术的社交问题。本文建立了模型优化设计的NX模型。在己知冰墩墩外形和人相关工程学数据和常识的基础上，利用NX软件建立了与当前冰墩墩相似的外观模型并在此基础