模型打印及成型技术 课件 第三节  项目训练三 - 结合 CNC 和快速成型技术的模型制作

模型打印及成型技术第二章课程实训项目训练一——聚氨酯基础泡沫模型项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作学习目标

通过本章学习，让初学者能够由简入难地进行模型制作训练，对模型制作有一个基础的认识，掌握模型制作的流程，能够较为全面地认识并掌握材料、工具的属性和使用方法，最终能够完成实际产品的模型制作。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作一、课程概况1.课程内容本节制作一款便携可充电蓝牙小音箱。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作2.训练目的（1）对密封性壳体的装配结构设计。（2）用于3D打印的建模优化。（3）用于CNC雕刻的建模优化。（4）用于数控加工的初级G码编写。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作3.重点和难点（1）选择和采购模型电子零部件。（2）曲面建模和结构设计。（3）学习并了解3D打印机的工作性能。（4）学习并了解初级CNC/数控铣床的工作性能。（5）优化模型并适应数控加工。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作4.作业要求重新建模，根据购买到的电路板、开关、充电插座等零部件对结构进行优化处理，要求做到零部件之间不干涉、整体可装配。通过使用简单的3轴数控铣床，制作出一个既有功能又能够达到80%最终外观效果的蓝牙音箱模型。后期进行使用场景拍照，刻光盘后连同实物模型交至任课教师。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作二、设计案例1.FügexDesignStudio模型作品项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作该模型有两种移动方式：在平地上依赖轮子，在干沙上依赖地步不锈钢板滑行。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作所有电控组件都嵌入在主臂中，其中激光发射器可单独拎出来使用。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作脚钉设计由一根8mm硬质钢螺杆代替，可进行手工调节机器水平。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作脚钉也可收起。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作2.学生家电模型作品Wuppertal大学工业设计系高年级学生Schbing作品“mi-a”——一款可在杯子里烧水的热水棒。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作该模型主体采用光敏树脂打印，经过两道底漆配合精细水磨，使用田宫高光漆分别进行一道薄喷、一道厚喷，获得饱满的表面效果，模仿陶瓷效果。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作三、知识点1.适合工业设计模型制作的3D打印类别（1）FDM：熔融沉积快速成型，主要材料是ABS和PLA。（2）SLA：光固化成型，主要材料是光敏树脂。（3）3DP：三维粉末粘接。主要材料是粉末材料，如陶瓷粉末、金属粉末、塑料粉末。（4）SLS：选择性激光烧结，主要材料是粉末材料。（5）LOM：分层实体制造，主要材料是纸、金属膜、塑料薄膜。（6）DLP：数字光处理，主要材料是液态树脂。（7）FFF：熔丝制造，主要材料是PLA、ABS。（8）EMB：电子束熔化成型，主要材料是钛合金。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作2.适用于3D打印的三维建模要领（1）在前壳装配被动板区域的两侧壁上挖出规格的孔。这样既能减少壳体的体积，达到减轻重量的目的，又可以起到加强筋的效果。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作（2）沿着止口一圈挖出一条环状的凹槽，这样可以去除一点体积，减轻壳体重量。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作（3）将面板正面靠近两边的凹槽加深，可以进一步减轻壳体重量。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作光敏树脂打印与FDM打印。（1）光敏树脂打印是由一束激光照射在光敏树脂的液体里，使被照射到的液体凝固的成型方式。这种打印的方式精度高，表面可以打磨得非常光滑。以一个立方体为例，在使用光敏树脂打印一个立方体时，首先为了节省材料要将立方体抽壳。抽壳之后可能会导致立方体内部结构强度不够而发生变形，可以在内部加上加强筋，增强内部的结构强度。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作（2）FDM打印是将固体的塑料耗材通过一根被加热到几百度的喷嘴，成吐丝状一层层叠加凝固成形。这种打印方式相对于光敏树脂打印的精度较低，并且表面会有无法消除的丝状纹路。由于FDM采用的是固体叠加的方式，所以当打印物体相对于地面的角度过小时，会产生支撑结构。在有支撑结构的地方会在物体表面产生难以消除的破坏美观的痕迹。所以在使用FDM打印时，要将不需要美观的面朝下摆放。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作3.适用于CNC雕刻的三维建模要领（以PROE为例）（1）外壳分为前壳与后壳，在建模时，前后壳之间的止口部位要注意预留0.2mm的间隙，否则会导致无法装配进去。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作（2）外壳的三维模型建立好后，将上述的零件模型分别装配到壳体之中，然后建立剖面，查看各部分零件与壳体之间是否有干涉问题。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作（3）前壳上用来固定的螺丝孔直径注意要比螺丝的牙径略小，否则螺丝无法吃力固定。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作（4）DC插座与钮子开关因为需要能够紧固在壳体上，所以建模时不需要预留装配间隙，进行过度配合。如果使用犀牛进行建模，在上述要求外，还需注意以下要点。（1）实体建模时，每个壳体零部件独立建模，避免破面。（2）避免自由化建模，做到1∶1精准尺寸，满足装配关系。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作4.三维模型向适用于CNC雕刻机的G码转换（1）壳体内表面的雕刻。在三维模型里将后壳的内表面构建到一块长方体中。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作（2）壳体外表面的雕刻。将后壳外表面的三维模型构建到一块长方体中。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作（3）壳体电源插座和螺丝开孔的雕刻。将两个开孔按照其原始位置构建到与步骤（2）相同的长方体中，注意这里长方体的大小一定要与步骤（2）一致。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作内表面转化G码步骤（以北京京雕软件为例）（1）打开北京京雕软件，进入曲面造型工具，将三维模型导入到软件之中，并设置参数。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作（2）框选所有图形，在菜单栏中的变换工具中使用图形翻转与图形聚中将模型调整到合适位置，注意将需要雕刻的那一面朝上摆放，Z轴方向顶部居中。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作（3）进入刀具路径工具，点击“刀具路径→路径向导”进行刀具路径的参数设置。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作（4）设置完成后点击“刀具路径→加工过程模拟”进行雕刻过程的模拟，确认无误后，输出刀具路径。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作（5）打开诺诚NC转换器，设置好参数后，将刀具路径转换为G码。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作（6）打开Mach3软件，载入转换好的G码，点击主轴正转后再点击循环开始按钮，便可以开始进行雕刻。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作外表面转化G码的步骤大部分与前文一致，但是在某些参数设置上会有一些差异。在雕刻外表面时，使用的刀头是6mm的圆头刀，为了使雕刻产生的纹理美观，需要将刀头的路径间距调整到4mm，吃刀深度调整至1.5mm。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作DC插座与螺丝开孔转化G码步骤也基本与前文一致，但是某些参数设置会有差异。雕刻DC插座与螺丝的开孔时，需要将刀头换成6mm平头刀，将吃刀深度调整至2mm。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作5.利用不同的铣刀和刀路设计制作表面肌理巧妙利用铣刀刀头的几何形状，设置合理的刀路即可造就有意思的表面肌理项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作常见的铣刀形状有平头、倒圆平头（牛鼻刀）、球头、锥头、尖头、尖嘴等。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作四、实践程序1.理解设计并根据设计稿确定模型实际零部件组成项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作2.确定用于制作模型的加工流程及三维模型第一步三维模型的构建。第二步前壳的3D打印。第三步后壳的CNC雕刻及打磨处理。第四步电子零部件的装配。项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作3.开料项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作4.CNC雕刻项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作5.切料打磨处理项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作6.焊接与装配项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——结合CNC和快速成型技术的模型制作项目训练三——