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      基于三維建模的3D打印技術在教學中的應用

      2018-10-19 18:51:44劉靜李永盼張道更
      智富時代 2018年9期
      關鍵詞:提高培養(yǎng)創(chuàng)新

      劉靜 李永盼 張道更

      【摘 要】創(chuàng)新,是一種能力的培養(yǎng),提高當代大學生的創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)能力已成為一種趨勢。為了培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識,深化高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革,要求教師在在開展教學過程中,將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神融入到教學中去。本文以三維建模的教學為例詳細的闡述一下如何在教學中體現創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神。

      【關鍵詞】創(chuàng)新;培養(yǎng);提高

      一、三維建模

      隨著電腦硬件和CAD軟件的發(fā)展,傳統(tǒng)的平面圖設計模式正在被新的模式所取代。傳統(tǒng)的二維圖紙承擔著產品從設計到成品全過程的標準的作用,但眾所周知,特別當產品結構比較復雜時,二維圖紙在很多時候不能完全描述清楚,甚而有時會有理解差異,這樣在產品流程中傳遞時,可能最后產品與設計有差異。

      三維建模方式是在設計時以三維模型作為產品全過程的標準,這樣保證了最后產品與設計初衷的吻合性,當然整個過程二維圖也是必不可少的。因此三維建模在機械行業(yè)正在被越來越廣泛地應用,而且也是發(fā)展方向。

      三維軟件是用于三維設計(3D設計)的軟件,三維設計是建立在平面和二維設計的基礎的一種更立體化,更形象化的設計方法。最常見的三維制圖軟件有CAD、3DMAX、PRO/E、Solidworks,但每款三維軟件的應用行業(yè)有所區(qū)別,如CAD是建筑機械制圖,3dmax主要用于三維動畫渲染和制作,PRO/E主要用于三維建模等,Solidworks則是最早的三維軟件廣泛應用于各個設計行業(yè)[1]。

      本文以PRO/E三維軟件為例,一套由設計至生產的機械自動化軟件,廣泛應用于汽車、航空航天、消費電子、模具、玩具、工業(yè)設計和機械制造等行業(yè)[2]。

      二、3D打印技術

      3D打印技術,即快速成型技術的一種,它是一種以數字模型文件為基礎,運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,通過逐層打印的方式來構造物體的技術。它與普通打印工作原理基本相同,打印機內裝有液體或粉末等“打印材料”,與電腦連接后,通過電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來,最終把計算機上的藍圖變成實物。

      本文以創(chuàng)想三維3D打印機為例,詳細闡述一下如何由三維模型到模型實體的實現。

      Dreality 3D(創(chuàng)想三維切片軟件)是由深圳創(chuàng)想三維科技公司推出的一款Cxsw3d創(chuàng)想三維機器專用程序,支持FDM機器打印??蛇M行3D切片操作,根據不同的打印機和物品進行設置和調整,打印出來的模型作品效果非常逼真,且支持單個或者多個同時打印。如圖1所示為該軟件的主界面。

      準備工作:

      (1)進料和退料

      進料

      1.等待噴頭溫度加熱至進絲溫度,將打印絲開頭用剪鉗斜45度剪去一小段打印絲;

      2. 向下按壓進料扳手,順應擠出輪將打印絲線推入進絲口的底部;

      3. 松開進料扳手,用手向上扯動打印絲,可以明顯感覺到打印絲已被噴頭卡緊,完成進絲!

      退料

      等待打印噴頭加熱到退料溫度,向下按壓進料扳手,將殘余的打印絲向下擠出噴嘴 2-3 厘米(避免打印完成后的余絲殘留在噴嘴內部),再快速向上將打印絲拔出進絲口,注意不要觸碰噴頭,以防燙傷。不要將余絲殘留在噴頭上,這樣會影響下次打印的效果。

      關機時將U盤插入位于機器控制器上的插槽,然后開機:

      1)在操作界面點擊打印,然后選擇U盤。

      2)選擇想要打印物體的文件,點擊即可。

      具體步驟如下:

      第一步,將PRO/E所建的以.stl格式保存模型導入到創(chuàng)想三維切片軟件中,以齒輪為例導入后的模型如圖2所示。通過該界面能夠看到打印該模型所需時間和耗材。

      第二步,設置參數。如圖2左側所示,操作者可設置層高、壁厚、打印速度等參數。

      第三步,變換模型。在該軟件中,可對模型進行旋轉,鏡像,縮放等操作。操作者可通過變換模型,從界面顯示中得到最優(yōu)的打印時間。

      第四步,導出模型。將該模型以.gcode格式導出,存在可移動磁盤中,注意不要以中文擬名,否則打印機將不識別。

      第五步,將模型導入打印機。將可移動磁盤插入到打印機中。操作者可選擇準備、控制、語言、存儲卡打印等按鈕進行參數調節(jié)。

      第五步,設置打印參數,包括噴床溫度、熱床溫度、風扇速度等。設置完畢后即可打印。打印界面中會顯示打印進度,工作時的噴床溫度、熱床溫度、噴床的實時坐標等信息。打印溫度:200℃-220℃之間即可;層高:可調節(jié)范圍為 100μm-300μm(即 0.1mm-0.3mm),常用為 200μm,如果需要打印精度更高,可設置為 100μm;填充間距:即內部填充之間的距離,常用設置為 3200μm;打印實體設置為 400 微米即可;4.支撐層:選擇支撐可以為懸空物體提供可移除支撐;打印底座:選擇底座可以幫助你防止打印物體翹邊一般的,噴床溫度

      第六步,打印完成。打印完成界面可獲得本次打印時間,耗材損耗等信息。能夠掌握打印信息,做到有據可依,為下次打印做好充分的準備和計劃。

      三、總結

      傳統(tǒng)的三維軟件教學中,學生們學習完課程后只能在軟件中模擬該模型,而無法直觀的認識所建模型。

      以機械專業(yè)為例,需要設計某一特定運動的機構。此時,學生通過三維軟件建立所需三維模型,由3D打印機加工出來,組裝零件以完成既定運動的機構。本文通過將3D打印機和三維軟件結合進行教學,一方面不僅深化課堂學習的理論知識,同時激發(fā)了學生學習的積極性,使學生多多參與科技創(chuàng)新活動中;另一方面,學生打印的作品可以作為課堂學習的教具,配合課堂教學,又可減少教學開支。最重要的是,陪養(yǎng)了學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力,全面提高學生的綜合素質,使學生的專業(yè)素養(yǎng)和能力在科技創(chuàng)新活動中得到全面提升,引導學生將科技創(chuàng)新活動中的認識、創(chuàng)意,整理成論文、專利,通過發(fā)表論文和申報專利,將學生科技創(chuàng)新成果多元化、最大化。

      【參考文獻】

      [1]https://baike.so.com/doc/6708965-6922982.html3D建模

      [2]鐘日銘等.編著《Pro/ENGINEER Wildfire5.0》[機械工業(yè)出版社].北京:機械工業(yè)出版社,2010.

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