模型打印及成型技术 课件 第二章第二节  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

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。项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作一、课程概况1.课程内容本节以简单结构的灯具作为主题，练习以木料为主要材料的产品设计。项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作2.训练目的让学生学会使用简易可行的结构，尽可能地放弃动辄便使用胶水进行粘接的取巧行为；帮助学生加强在结构、装配过程、防止零部件干涉等方面的实操设计能力。项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作3.重点和难点（1）确定装配结构，主要有边缘咬合、定位、固定方式（螺丝、强磁铁、螺纹等）等。（2）确定各零部件加工顺序，为了达到最佳的表面效果，木制模型表面壳体可能会采用先进行内部结构加工，再整体装配完成后打磨的顺序。在动手制作前，务必完成每个零部件的加工顺序。（3）根据强度要求确定材料的壁厚极限。（4）认识工具，根据设备的加工极限进行结构优化。项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作4.作业要求使用传统手动机械加工设备进行壳体制作，结合简单电路/电工知识点，制作出一块可以实现无线供电并可使用的木质灯具。后期对使用进行场景拍照，刻光盘后连同实物模型交给任课教师。项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作二、设计案例灯具的原理：把双向发光的灯条嵌入亚克力圆筒，使其能够整体发光。1.Diez工作室为Vibia公司设计的灯具Guise项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作前期验证草模制作过程：将两条LED灯带贴至一条T形铝型材上，嵌入到亚克力桶身的槽内。项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作在确定基本功能原理和效果的可行性后，开始开发多款不同的产品，每一款产品需根据实际用户和使用场景进行测试，并改进设计。项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作上海理工大学工业设计专业学生蒋婷婷做平衡灯设计。2.学生灯具模型作品项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作原理：使用一枚水银开关（即倾倒开关）感应倾斜位置，小钢珠可以在木槽内来回滚动，改变重心位置，保持倾斜角度，实现常开或常关状态；两条LED灯带贴在一片PP塑料板上，盖住木槽，防止钢珠脱落；磨砂亚克力灯罩用铣床做出一个台阶，嵌入木壳，同时两端各有两颗4mm直径的强力钕磁铁，防止亚克力意外脱落。项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作三、知识点1.零部件的配合间隙在初学模型制作时，因为对材料、加工工艺缺乏了解，手工能力比较初级，因而可以适当的放大公差，保证模型制作的成功率。在加工木质材料时，可以考虑使用0.2mm~0.5mm的装配公差。项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作2.模型制作的不同种类木材特性生长比较迅速，价格经济实惠，容易购买；纤维松散，多适合手工刀削、打磨、刨等工艺。软木不推荐车床、铣床加工，机械加工后的表面处理工作量较大。常见的软木有：松木、桐木、杉木、杨木、榆木等。软木项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作GXG品牌的一个经过打磨后的香薰油松木块，木块上的字样采用激光雕刻而成。项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作硬度适中，可手工凿削，也可以进行机加工，经过2~4道打磨后基本可以达到表面细滑。纤维相对比较密实，可以提供一定结构支撑力，加工的时候精度也能够得到保证（太松软的木头会导致刀口毛糙，无法保证高精度的安装尺寸）。售价在人民币4000元~16000元/立方米，选择空间较大。常见的中硬木有：黑胡桃、樱桃、榉木、樟木、橡木、沙比利、水曲柳（白蜡）、柳桉、枫木等。中硬木推荐项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作橡木小鸟。项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作生长周期缓慢，珍贵难得，价格不菲。在加工方面，硬木非常适合机加工，它的切削效果同高密度的聚氨酯泡沫类似，表面效果非常优秀。在学校制作模型阶段不建议大量采用这类木材。常见的硬木有黑檀、绿檀、科檀、红檀、黑酸枝、白酸枝、红酸枝等，在模型阶段如果需要应用一些硬质木料，推荐使用相对低价的檀木类木材。硬木项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作3.壳体的制作方式如果是小体量的形体，可以考虑在一块实体材料的基础上进行切削；如果体量过大，考虑到大规格材料的成本、切削加工难度等因素，板料的拼接可能是更好的方法。项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作以音箱为例，大型落地音箱往往由多组密度板胶合成型。项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作小型的蓝牙音箱则可以由一块实木一体成型。项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作4.电子产品模型设计要点（1）安全起见，尽量不要使用220V强电，控制在42V内。学生作业模型尽量多使用12V或者5V（USB电压）直流电源。（2）注意信号、磁场等的干扰，合理使用屏蔽办法。（3）如有感应装置、无线供电装置，需注意壳体的厚度，防止效果不佳。（4）注意某些零部件的散热要求，一般发热源（LED）灯泡可使用散热片进行主动散热。（5）大功率发热体往往需要电风扇等部件进行被动散热。（6）焊接、接线时要求规范操作，防止脱落、短路。（7）注意使用环境的特点，做好防尘、防潮等措施。项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作5.钕磁铁在结构模型中的巧用以盖子为例，改变其中一个磁铁的磁极方向，可以实现盖子的紧固和浮起效果。项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作6.木质材料的补缝处理（1）如果缝隙大于1mm，建议使用原子灰进行填补。（2）如果缝隙在0.5~1mm左右，可以用木胶和木灰进行调和后进行填补，注意填补表面一定要溢出，待24小时干透后，补灰收缩到位，再对表面进行打磨。（3）如果缝隙在0.5mm内，可以先往缝隙里填补一些细木灰，然后滴少量502胶水，快速使用200~300目左右的砂纸进行打磨。在10秒内缝隙便填补完成且硬结成形。如果是一些更细的裂缝，可以不用补木灰，直接滴502胶水，迅速使用砂纸打磨，利用打磨产生的木灰和502胶水糅合，在几秒内完成填补，效果极佳。项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作7.机加工中的铣刀与加工深度的关系项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作四、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本节实践采用的是一款无开关、无线供电的床头灯设计，分主灯体和基座两部分。项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作把三维建模进行拆解，除电子零部件外，壳体部分由四大块组成：灯体榉木壳、灯体亚克力透光板、灯体底盖、黑胡桃木基座。项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作2.确定用于制作模型的加工流程及尺寸图（1）开料：灯体榉木料×1，灯体亚克力板×1，灯体底盖×1，基座黑胡桃木×1（2）灯体壳体制作：榉木壳体铣削；亚克力铣削；底盖铣削；榉木壳与亚克力联合打磨；修粗、补缝隙、预装配、装磁铁。项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作（3）基座制作：开孔与开槽；磨斜边。（4）装配电子零部件：焊接预处理；焊接电路；测试与装配。（5）整体打磨、抛光、上油。项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作灯体榉木壳，灯体亚克力透光板，灯体底盖，黑胡桃木基座分别制作尺寸图。项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作3.开料与粗形制作开料注意留足余量。此次灯体的直径是100mm，最小余量10mm/边，实际开料即120mm×120mm。厚度留余量不宜过大，约2mm。项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作4.灯体组件铣削项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作5.基座制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作6.连接电路项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作7.最终装配项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作8.模型评估项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作项目训练二——配合传统机械加工工艺的模型制作五、相关网站链接1./799474/16-tips-to-improve-your-model-making-skills2./model-making-prototyping/3./woodworking/woodworking-tips/56-brilliant-woodworking-tips-for-beginners/view-all/4.谢谢观看THANKS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