基于UG軟件和光固化工藝的模型制作流程

王琛 陸雪億 訾然

摘 要：以可調扳手模型為例，使用UG軟件建立零件模型，輸出STL文件，通過光固化工藝制作模型。基于UG軟件和光固化工藝的集成應用，快速精確地將可調扳手模型制作成型，其制作流程對同類產品的開發制作具有參考作用。

關鍵詞：UG;光固化;模型制作

光固化是快速成型工藝中綜合性能最好的工藝之一。[1]其工藝原理為：光敏樹脂類材料在UV光的照射下，有選擇地固化成型，層層堆積，直至模型打印完成。[2]該工藝制作出的模型具有精度高、表面光滑、力學性能適中等特點，但由于其設備成本和制作成本高昂，普及度并不高。[3]因此，本文結合UG軟件，使用3D Systems projet-5000型號的快速成型機，以可調扳手為例，探索了基于UG軟件和光固化工藝的可調扳手模型的制作過程，為同類產品的開發制作提供了參考。

1 建模與裝配

使用UG軟件建立模型，可調扳手由固定鉗口、活動鉗口和開口調節螺母三個零件組成，其中固定鉗口、活動鉗口的功能為夾緊工件，開口調節螺母的功能為調節扳手開口大小，建模時需要將三個零件分開進行創建。通過UG實體建模模塊分別建立好三個零件模型后，新建裝配文檔，根據各零件之間的相互裝配關系，將零件裝配為一個整體（如圖1）。由于三維模型的數據不能直接導入快速成型系統中進行原型件制作。因此，將UG軟件建立的裝配體模型輸出為STL標準格式。

2 模型制作

本次模型制作使用的是3D Systems projet-5000型號的快速成型機，模型制作過程分為前處理、成型過程和后處理三個部分。

2.1 前處理

projet-5000快速成型機的前處理包含模型布置、切片處理和設備檢查三個步驟。其中，模型布置即布置模型的空間位置，需要將STL文件導入切片軟件中，通過對具體模型的分析，選擇最合適的打印位置進行放置，一般而言，需要將模型盡可能地平鋪在打印平臺上，并將模型的較大平面朝下放置，以節省打印時間和支撐材料。[4]切片處理即對布置好的模型生成加工數據，切片處理過程可以計算出模型的打印時間和材料消耗。設備檢查包含三個環節：首先，檢查活動打印平臺是否平整，用手掌按壓打印平臺的四角以確認;其次，檢查打印材料是否充足，材料不足需要更換，增加耗材;最后，檢查廢液收集裝置是否堵塞，如果堵塞，就需要及時清理，否則打印過程中設備無法排出廢液，設備容易損壞。

2.2 成型過程

projet-5000快速成型機的成型過程即為模型制作過程。[5]成型過程中，打印頭在打印平臺上橫向移動，有選擇地在固定區域噴射光敏樹脂（成型材料）和石蠟（支撐材料）。噴射的同時，UV光對光敏樹脂進行固化，石蠟則自然冷卻固化。當完成一層模型的掃描過程后，活動打印平臺下移一個分層高度，打印頭重復上述打印過程，直至模型打印完成。

2.3 后處理

后處理包含冰柜冷凍、烘箱加熱、油浴去蠟和水浴去油四個步驟：第一步冰柜冷凍，將表面黏附模型的活動打印平臺放置在冰柜里冷凍20分鐘，該步驟的作用為利用不同材料受冷收縮率不同的原理，更方便地將黏附在打印平臺上的模型與打印平臺分離;第二步烘箱加熱，將烘箱溫度調節至80℃，放入打印完成的模型加熱20分鐘，該步驟的作用為利用失蠟法將支撐材料石蠟從成型材料上分離;第三步油浴去蠟，將烘箱加熱好的模型放入60℃油浴鍋中加熱20分鐘，目的是進一步去除殘留在模型表面孔槽處的石蠟;第四步水浴去油，通過超聲波水浴鍋，對油浴處理后的模型進行超聲清洗，以去除其表面的油漬。后處理步驟完成后，模型制作完成，效果圖如圖2。

參考文獻：

[1] 瞿娟，郁舒蘭.表情包的形態語義分析和認知[J].戲劇之家，2019（04）：222-223.

[2] 藺秀媛，閆小星，尹太玉.多功能臥具設計分析[J].藝術科技，2019（07）.

[3] 第燁，靳文奎.基于老年人懷舊傾向的交互產品設計研究[J].戲劇之家，2019（14）：141-143.

[4] 高玲玲，徐偉.縮短有限定制沙發平均生產周期的方法研究[J].家具，2019，41（2）：13-17.

[5] 姚月姝，祁憶青，王丹.冬季室內有害揮發物釋放特征及防治措施[J].家具，2018，39（2）：11-14+23.

作者簡介：王琛，南京林業大學家居與工業設計學院實驗師，主要研究方向：工業設計工程。