3D 打印技術在產品造型設計中的應用＊

徐 征，周樂峰

（麗水職業技術學院，浙江 麗水 323000）

1 應用背景

3D 打印技術是以3D 設計模型為基礎，運用多種打印形式，通過逐層打印的方式來快速成型。當下，兒童文具企業在不斷提升產品質量，滿足客戶個性化需求的同時，對產品功能的多樣性提出了更高的要求。現有一文具企業訂單，在企業原有產品的基礎上，需對產品進行重新的造型設計，增加其產品功能。

2 產品造型設計

2.1 設計思路

企業提供產品為筆筒，外形單一。現將原有筆筒結構進行拆分，加入拼裝的功能。同時，為保證產品能吸引青少年的眼球，需要在產品外側加入多種顏色，經與客戶協商，最后決定在產品外側加入彩色七巧板元素。

筆筒建模如圖1 所示。

2.2 使用UG 軟件對產品進行造型設計

在原有模型的基礎上，對筆筒外形進行拆分處理，同時創建各拆分件連接處的特征。繪制七巧板草圖，并建模，調整比例將七巧板模塊鑲嵌在筆筒的周圍。客戶要求盡快拿到產品設計方案和樣品。

2.3 對模型去參處理

模型去參處理，并依次導出STL 文件。造型設計后筆筒建模如圖2 所示。

圖1 筆筒建模圖

圖2 造型設計后筆筒建模圖

3 3D 打印具體流程

3.1 對產品進行切片處理

采用廠家提供切片軟件JGcreat 2.5.0 對產品STL 文件進行切片處理，并生成加工所需G 代碼。

將打印機型調整為A4，材料選擇為PLA 普通質量。打開STL 文件，將打印模型居中，由于打印模型大多為平面，打印時沒有支承，所以采用大平面作為打印底面。調整主要打印參數。主要包括：①層高。層高減少一倍，打印表面質量將大幅提升，尤其是在打印曲面產品的時候，能更好體現產品細節，但打印時間成倍增加。本案例模型多以立面為主，所以選取層高度為0.2 mm。②線寬。打印線的寬度，大致等于噴嘴尺寸。由于打印機和軟件匹配，線寬設置不作調整，為0.8 mm。③壁厚。壁厚通常為線寬的2～3 倍，調至2 mm。④底部/頂部厚度。選取值為層高的倍數，參考值為0.7 mm以上。選取1 mm 厚度作為底部/頂部厚度。⑤填充密度。20%左右的填充密度可以用于觀看產品模型，密度越高，越能接近真實產品質量。本品選擇填充密度為50%。⑥其他參數根據系統默認，不做更改。在主視圖顯示打印層，檢查有無錯誤。確認無誤后，軟件自動開始切片，切片完成后保存為G代碼格式，并存入到U 盤。軟件切片如圖3 所示。

3.2 檢測設備狀態

開機后通過移動噴頭，拉動噴嘴和平臺之間的A4 紙來調整平臺水平。噴嘴預熱溫度設置為200 ℃，并開始加熱。開始進料，進料完畢后檢查噴嘴吐絲是否正常。

3.3 打印模型

將保存G 代碼文件的U 盤插在機器通訊接口上，打開打印界面，讀取文件并開始打印。

3.4 模型后處理

打印完成后將支撐部分去除，并對表面進行拋光處理。

圖3 軟件切片

3.5 將打印完成后的產品裝配，并及時交付給客戶

打印完成后的產品如圖4 所示。

圖4 打印完成后的產品

4 3D 打印技術在產品造型設計中的優勢

及時交付。本案例共有13 個設計零件。通過3D 打印技術，1 d 時間內就把設計的產品以實物形式呈現在客戶面前，大量縮短了產品開發的時間。

對設計制造人員的技能水平要求低。生產過程中未涉及到模具設計、加工制造等過程。設計制造人員只需要掌握造型軟件、切片軟件和3D 打印機的基本造作，就能完成產品的開發和制造。

5 3D 打印技術的局限性

打印過程中易出現邊翹曲、脫離打印平臺、斷層等現象。出現以上現象時，需要重新開始打印，增加產品制造時間。本案例采用的是市面上普通的3D 打印機，打印完成后發現部分零件的精度與三維模型有較大誤差，無法達到裝配要求，需要重新打印。

組裝完成后的產品如圖5 所示。

圖5 組裝完成后的產品

6 結語

本文主要研究的是利用FDM 熔融沉積為成型原理的3D 打印技術在產品造型設計中的應用，優點突出，同時也存在不少技術局限性。隨著3D 打印技術的不斷發展，成型工藝多樣化，各個成型技術之間形成優勢互補，使得3D 打印技術在產品造型設計中得到更加廣泛的應用。