基于3D打印產品質量分析的實驗研究??

陳金英

(北京工業職業技術學院機電系，北京100042)

隨著科學技術的不斷發展,在我國也展開了對3D打印技術的深入研究,因此大家對3D打印技術也有了深入的了解.目前該門技術在各行各業中的應用比較廣泛,尤其體現在醫療領域,可以為患者打印心臟的部分器官,可以進行骨骼的修復等.另外在機械領域的應用也非常廣泛,可以完成復雜零部件的加工,因此3D技術改變了傳統機械加工制造的模式,突破了傳統加工方式制約.但是無論在哪個領域的應用,該技術都離不開三維模型,模型是打印的關鍵部件,模型的質量好壞直接關系到打印的質量.

下面就結合3D打印在模型轉換方面所帶來的一系列問題和影響打印質量的幾個方面,并進行詳細的分析和提出了相應的解決措施.

1 Pro/E軟件模型轉換及切片軟件的模擬與質量分析

1.1 Pro/E軟件轉換模型

由于Pro/E在產品參數化設計領域有其一定的特點,所以目前使用該軟件的用戶占據多數.

在Pro/E軟件的導出參數里面,弦高是決定三角面片的大小.弦高的數值越小模型導出的精度就越高,所產生的三角面也越多,當然文件容量也會增大很多.其實選擇0.001 mm的弦高時就可以導出質量比較好的模型.由于3D打印機的打印精度沒有那么高,所以在0.001 mm以下的公差并不能提高打印質量.

如圖1所示,Pro/E模型轉換 STL格式圖像.Pro/E模型轉換STL格式時的參數值如表1所示.

表1 模型轉換的參數值

1.2 切片軟件的打印路徑模擬與質量分析

將Pro/E軟件轉換的STL格式的模型導入到Cura切片軟件中,能夠明顯地看到模型上面出現小缺口,如圖2所示.

于是我們嘗試在切片軟件中把打印模型縮小至1/2,結果發現小的缺口增多了,如圖3所示.原來模型按照1∶1打印時僅為一個小缺口,現在縮小至1/2,缺口不但變大而且還增多了,如圖3所示原尺寸的模型打印預覽.

當模型放大為原模型的1.5倍時,沒有出現缺口,如圖4所示.

所以當Pro/E軟件轉換為STL格式的模型,在切片軟件中如果進行比例的縮放時,將會產生問題,模型如果放大時打印的質量是可以保證的,反之需要認真觀察打印路徑預覽,防止打印的模型作廢.

2 SolidWorks軟件模型轉換及切片軟件的模擬與質量分析

2.1 SolidWorks軟件轉換模型

SolidWorks主要般用于自動化的機械設計部件,深受用戶的喜愛,容易上手.在SolidWorks軟件的導出參數里面,公差越小,產生的三角面片越多,文件量也會越大.但是在該軟件里面公差的定義范圍大約在0.2～0.08 mm.如圖5所示為該文件格式輸出參數,圖6所示為該模型轉換為STL時的圖像參數,表2為該模型轉換STL格式時的參數值.

表2 轉換時的參數值

2.2 切片軟件的打印路徑模擬與質量分析

將SolidWorks軟件轉換的STL格式的模型導入到Cura切片軟件中,通過預覽沒有發現任何問題.如圖7所示為原尺寸的模型打印預覽.

于是打印模型縮小至1/2倍,結果也未發現任何問題.如圖8所示為縮小至1/2的模型打印預覽.

當模型放大為原模型的1.5倍時,模型的表面質量依然很好.如圖9所示為放大1.5倍的模型打印預覽.

所以當我們使用SolidWorks軟件轉換為STL格式的模型,在切片軟件中進行任何的比例縮放,模型的打印都不會出現質量問題.那么通過上述的打印模擬實驗,證明了SolidWorks軟件進行文件轉換時的質量比較高.下面還需要在打印實踐中進一步驗證.

3 產品精度分析與應對措施

3.1 產品精度分析

首先,使用Pro/E轉換的STL模型切片進行3D打印,打印的參數設置如圖10所示.打印實體如圖11所示.

其次,使用SolidWorks轉換的STL模型切片打印,打印的參數設置與使用Pro/E軟件的相同,如圖10所示.打印的實體如圖12所示.

3.2 應對措施

經過上述分析,使我們得知使用不同的軟件會給模型的打印質量帶來很大的影響.針對上述情況可以采取的應對措施如下:

(1)在使用不同軟件輸出STL模型時,會出現轉換數據丟失現象,導致打印模型質量降低或打印失敗.針對轉換數據丟失的現象,我們可以更換軟件,也可以修改軟件的低層參數,但是這個工作量有些大,而且不適合操作者.

(2)模型進行縮放打印時要在切片軟件中認真檢查STL模型的壁厚,無厚度的話就無法打印出來,而且縮小模型后要留意一些細節地方或壁厚,防止因為縮小后變得壁厚過小而無法打印.

(3)為提高打印質量還可以進行模型切片后的水密性檢查.水密性充分體現了模型的面和面之間的緊密結合度.水密性過差會導致模型打印失敗.

4 結語

3D打印在國內發展迅速,不斷提升打印質量是各位學者研究的熱點.本文結合使用者的研究理論和實踐經驗,在提升打印的質量方面給出了實用性的建議.在用兩款軟件進行模型轉換實驗驗證的基礎上,分析了影響打印質量的關鍵因素,并提出了應對措施,合理地解決了提高打印質量的問題,同時為廣大操作使用者提供了具有參考價值的技術資料.