初二3D打印科學(xué)論文3000字
初二3D打印科學(xué)論文3000字
3D打印作為一種新型的快速成型技術(shù)，越來越多地受到人們的關(guān)注，己經(jīng)開始對我們的生活產(chǎn)生全面影響，下面是小編為大家精心推薦的初二3D打印科學(xué)論文3000字，希望能夠?qū)δ兴鶐椭?/p>
初二3D打印科學(xué)論文3000字篇一
基于3D打印民族工藝品的快速原型構(gòu)造
摘要： 民族工藝品作為重要的非物質(zhì)文化遺產(chǎn)，對其進(jìn)行數(shù)字化保護(hù)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)與開發(fā)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。傳統(tǒng)方法對復(fù)雜曲面的工藝品進(jìn)行保護(hù)與開發(fā)存在一定的局限性。針對這一難題，課題從貴州民族工藝品(泥哨)著手，綜合對比分析現(xiàn)有幾種快速成型方法，利用3D數(shù)字建模、與3D打印技術(shù)，開展面向民族工藝品3D打印關(guān)鍵技術(shù)的研究。實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造一體化，將整個過程數(shù)字化、自動化與三維模型直接關(guān)聯(lián)，所見即所得，工藝品隨時制造與修改;同時縮短工藝品開發(fā)周期，降低其開發(fā)成品。
Abstract： Ethnic handicrafts as important intangible cultural heritage， its digital protection， innovative design and development has important practical significance. There are some limitations for traditional methods to protect and develop complex curved surface handicrafts. To solve this problem， the topic， starting with Ethnic handicrafts (clay whistle) in Guizhou， comprehensively analyzes several existing rapid prototyping methods and uses 3D digital modeling and 3D printing technology to research the key technology for national crafts 3D printing. It will achieve the integration of design and manufacturing， the whole process of digitization， automation and directly related to the three-dimensional model， WYSIWYG， handicrafts manufacturing and modification at any time， and reducing handicrafts development cycle while reducing development costs.
關(guān)鍵詞： 民族工藝品;數(shù)字化;快速成型;創(chuàng)新設(shè)計(jì);3D打印
Key words： ethnic crafts;digitization;rapid prototyping;innovative design;3D printing
中圖分類號：TB47 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311(2016)11-0098-03
0 引言
3D打印作為一種新型的快速成型技術(shù)，越來越多地受到人們的關(guān)注，己經(jīng)開始對我們的生活產(chǎn)生全面影響，這項(xiàng)技術(shù)所涉及到的產(chǎn)業(yè)包括醫(yī)療、工業(yè)制造、航空、電路板等等多方面，對于少量生產(chǎn)、個性定制、樣品研發(fā)等方面有非常大的發(fā)展空間[1-3]。但是，到目前為止，將3D打印技術(shù)應(yīng)用到文化旅游領(lǐng)域，特別是旅游工藝品的生產(chǎn)上面，還是一個嶄新的課題。2014年在第六屆中國國際旅游商品博覽會上，陜西省推薦的以高新3D打印技術(shù)制作的鏤空秦韻馬燈，引起了參會者極大的興趣，是目前我國國內(nèi)首件將3D打印技術(shù)與旅游工藝品相結(jié)合的作品[4，5]。
課題以苗族泥哨為例，在完成三維掃描及逆向建模的基礎(chǔ)上，對三維數(shù)字模型進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，最后應(yīng)用快速原型構(gòu)造技術(shù)制造樣品。實(shí)例過程與結(jié)果表明，將CAD/CAM、3D打印技術(shù)應(yīng)用于曲面復(fù)雜的工藝品保護(hù)與開發(fā)，能有效地縮短周期、提高效率，為民族工藝品的數(shù)字化保護(hù)與開發(fā)提供了新途徑。
1 選擇泥哨快速成型生產(chǎn)的策略
1.1 傳統(tǒng)加工工藝和快速制造工藝
快速成形技術(shù)簡稱為RP或RPM(RAPID PROTOPYING/RAPID PROTOTYPING MANUFACTUREING)也叫作快速原型制造技術(shù)，原理是材料堆積法是近幾十年來制造領(lǐng)域的一個重大研究成果。快速成形技術(shù)集CAD技術(shù)、分層制造技術(shù)、逆向工程技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)等多種工藝技術(shù)為一體，無需像傳統(tǒng)制造技術(shù)那樣需要模具、刀具和卡具[6]。它直接處理產(chǎn)品設(shè)計(jì)即CAD數(shù)據(jù)，采用分層制造，逐層疊加的加工原理，迅速制造出新產(chǎn)品的樣件和模具。可將快速成形技術(shù)形象的比喻成“立體打印機(jī)”在此過程中STL格式的三維CAD實(shí)體模型數(shù)據(jù)被自發(fā)、直接、迅速、準(zhǔn)確地制造成實(shí)體零件或模具。
快速原型制造技術(shù)極大程度的縮短了新產(chǎn)品的研發(fā)周期，同時提高了產(chǎn)品質(zhì)量降低了研發(fā)成本，為新思路的驗(yàn)證、零件原型的再現(xiàn)等諸多方面提供了高效率低成本的實(shí)現(xiàn)方法，可考慮作為接下來泥哨的模型制作方法。
1.2 幾種快速成型方法的對比
世界上第一臺SLA快速成形機(jī)由美國3D公司在20世界80年代末推出，至今已形成了十余種不同的成形系統(tǒng)。自1991年起，眾多高校如清華大學(xué)、華中科技大學(xué)等在RPM設(shè)備及軟硬件和成形材料方面做了相當(dāng)多的研究，并研制出了多種快速成形系統(tǒng)?，F(xiàn)今國內(nèi)能形成規(guī)模生產(chǎn)的方法主要有5種：熔融沉積成型法(FDM)、選擇性激光燒結(jié)法(SLS)、光敏液相固化法(SLA)、疊層實(shí)體制造工藝(LOM)和三維打印成型(3DP)[7]。
1.3 泥哨原型構(gòu)造的方案
貴州泥哨多注重頭部特征，形態(tài)夸張、形狀迂回復(fù)雜、特征突出;周身造型簡潔洗練，但表面具有裝飾性的雕刻紋樣或和圖案，特征細(xì)小繁復(fù)(如圖1所示)。泥哨底部留有回氣孔，內(nèi)部有空腔。這些特征，要求在選擇泥哨原型構(gòu)造方案時，綜合分析對比各種快速成型方法，以求最優(yōu)方案。 單在加工制造方面，SLS和3DP方法具有明顯的優(yōu)勢。
光敏液相固化法具有很好的精度和光潔度，因此表面質(zhì)量非常好，幾乎能夠完全利用原材料，可生產(chǎn)形狀復(fù)雜和結(jié)構(gòu)精細(xì)的零件。然而，此技術(shù)具有一定的局限性，比如材質(zhì)不結(jié)實(shí)、工作臺移動頻繁、后處理復(fù)雜、需要操作者具有較高的能力。此技術(shù)一般應(yīng)用在驗(yàn)證裝配設(shè)計(jì)過程中。
疊層實(shí)體制造工藝該方法的缺點(diǎn)是無法完成太復(fù)雜零件的加工，可用材料種類少，無法調(diào)整每一層的厚度，精度較低。
3DP的成型方式同SLS有一定的相似之處，不同之處是3DP將SLS中的激光用噴射結(jié)合劑取代，在鋪好的粉末狀材料上選擇性噴射粘合劑，被噴區(qū)域材料粘結(jié)，其他區(qū)域不發(fā)生改變，以此逐層粘結(jié)后即得到一個空間實(shí)體，清除殘留粉末，燒結(jié)獲得實(shí)體零件。相比于SLS，3DP在精度和速度方面都有所提高，而且易操作、小型化、成本低。所以本課題通過綜合對比，選擇3DP打印方式來完成泥哨最后的模型構(gòu)造。
2 泥哨曲面向?qū)嶓w模型的轉(zhuǎn)換化
論文利用基于三角網(wǎng)格NURBS曲面重構(gòu)的方法，得到光滑拼接的泥哨NURBS曲面[8，9]，如圖2所示。但生成的NURBS曲面還只是曲面模型。要進(jìn)行接下來的快速原型構(gòu)造，還需把曲面模型轉(zhuǎn)換為三維實(shí)體模型。具體轉(zhuǎn)換步驟如下：①把泥哨模型以.igs格式導(dǎo)入UG8.0，采用“插入→組合→縫合”命令，把泥哨的曲面模型轉(zhuǎn)化為三維實(shí)體模型。②得到泥哨的三維實(shí)體模型，以.STL格式導(dǎo)出文件。為接下來的模型制造做準(zhǔn)備。
3 樣品的改進(jìn)設(shè)計(jì)
建立了工藝品數(shù)字化模型以后，結(jié)合美學(xué)、市場等因素，對產(chǎn)品進(jìn)行再次設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)方法，將極大的縮短工藝品的設(shè)計(jì)周期，減少工藝品設(shè)計(jì)成本。
本次改進(jìn)設(shè)計(jì)主要針對原模型面部特征不夠立體化進(jìn)行改進(jìn)，新設(shè)計(jì)添加了眼部、嘴及鼻子的立體化，同時尾部翹高且稍許偏斜，使得樣品更加生動、可愛。在本實(shí)例的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步設(shè)計(jì)一系列表情和造型不一的樣品，這里不再深入討論。
4 泥哨的快速原型構(gòu)造
4.1 “Objet30睿智”三維打印機(jī)
將上一步得到的泥哨實(shí)體模型，轉(zhuǎn)換為STL文件輸出。最后導(dǎo)入objet studio系統(tǒng)，利用‘Objet30 睿智’三維打印機(jī)進(jìn)行原型制造。
“Objet30 睿智”三維打印機(jī)其工作原理是：打印機(jī)通過讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來，再將各層截面粘合起來從而制造出一個實(shí)體模型。該工藝可使用7種具有不同級別的物理和機(jī)械特性(強(qiáng)度和韌性)的打印材料，其中主要材料是：剛性清晰透明材料、耐高溫材料和類聚丙烯材料。該工藝技術(shù)具有速度高、彈性大、成本低、攜帶方便、兼容性強(qiáng)、分辨率和精確度高( ±0.1mm )，幾乎可以造出任何形狀的物品。
4.2 泥哨的快速原型構(gòu)造
啟動軟件，導(dǎo)入STL格式的模型文件，調(diào)整模型在打印框里的位置便可以打印樣件。打印過程中，軟件一邊做模型的切片文件，一邊傳送數(shù)據(jù)給打印機(jī)進(jìn)行打印。具體步驟如下：
?、俅蜷_objet studio軟件界面，以.STL格式導(dǎo)入如理好的泥哨三維實(shí)體模型。
?、诶妹钤O(shè)置打印模型的大小比例，在實(shí)驗(yàn)中設(shè)置的實(shí)體模型與原件模型的比例為0.5，如圖3a所示。
③利用placement命令，調(diào)整泥哨模型打印的最佳位置，如圖3b所示。
④經(jīng)validate命令檢測后，沒有出現(xiàn)未封閉曲面的問題，模型合格。按build命令建立打印請求。
?、蓐P(guān)閉打印系統(tǒng)。取出泥哨三維打印模型如圖4所示。
5 結(jié)語
3D打印作為一種先進(jìn)的新型快速成型技術(shù)，必將帶來我國民族工藝品生產(chǎn)工藝的創(chuàng)新，改變我國民族工藝品制作工藝中存在的一些不足，但是作為一種前沿的科學(xué)技術(shù)，將其應(yīng)用在工藝品的生產(chǎn)中同樣存在著一些問題。例如快速原型制造技術(shù)與其它配套技術(shù)，如逆向工程與CAD建模系統(tǒng)等的集成還很不夠，目前主要是通過標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，難以在設(shè)計(jì)修改過程中進(jìn)行實(shí)時的交流進(jìn)而達(dá)到互相補(bǔ)充、相互促進(jìn)的效果。
工藝品的快速成型不同于其他零件，由于其表面有裝飾性的雕刻紋樣或和圖案，結(jié)構(gòu)特征細(xì)小、繁復(fù)，在進(jìn)行3D打印時，很難保證工藝品外表面裝飾花紋的精度。所以在民族工藝品的快速成型中，即保證模型曲面連續(xù)性和光順性又保證精確再現(xiàn)工藝品原貌，還需進(jìn)一步的研究，這也是快速成型技術(shù)應(yīng)用于民族工藝品的重點(diǎn)研究課題。
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初二3D打印科學(xué)論文3000字篇二
3D打印技術(shù)在三維模型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究
摘 要：目前來看，3D打印技術(shù)在三維模型設(shè)計(jì)中已經(jīng)有很廣泛的應(yīng)用了。三維模型不同于一般的模型設(shè)計(jì)，一般利用物體的多邊形表示，其設(shè)計(jì)方法主要是通常用計(jì)算機(jī)或者其他視頻設(shè)備進(jìn)行顯示。顯示的物體可以是現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體，也可以是虛構(gòu)的物體。而且，其主要模擬的物體可以是自然界物理中存在的任何物體。簡單來說，3D打印技術(shù)就是將這些空間中存在的物體立體設(shè)計(jì)在紙上，使其呈現(xiàn)一種空間上的存在形式。
關(guān)鍵詞：3D打印;三維立體模型;應(yīng)用前景;技術(shù)分析
根據(jù)近年來的應(yīng)用結(jié)果看來，三維模型的設(shè)計(jì)領(lǐng)域已經(jīng)逐漸拓展得越來越寬闊，三維模型主張將模型內(nèi)容立體化。簡單來說，在園林設(shè)計(jì)、土木工程建造圖紙等都需要三維模型的應(yīng)用。3D打印技術(shù)能夠立體直觀地將三維模型表示出來，對工程施工或者園林項(xiàng)目指導(dǎo)都有廣泛的應(yīng)用。舉例來說，在園林圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中，將園林綠化布置在電腦中清晰地表現(xiàn)出來，為了能夠更好地施工利用比例尺，所以需要一份施工圖紙。這時3D打印技術(shù)的重要性就可輕易得知，它提高了施工效率，增加了施工工程的完整性。
1 3D打印技術(shù)的具體技術(shù)分析
3D打印技術(shù)不同于一般的打印技術(shù)，但是仍然擁有一般的打印技術(shù)所具有的技術(shù)要領(lǐng)。簡單來說，3D打印是快速成型技術(shù)的一種打印技術(shù)，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。整體來說，它能夠建造空間物體，對于打印技術(shù)領(lǐng)域上來說，該技術(shù)是一種質(zhì)的飛躍。另外，該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要是靠數(shù)字技術(shù)打印機(jī)，這種打印機(jī)和一般的打印機(jī)也是不同的，不是單單利用紙張和墨水，3D打印機(jī)內(nèi)裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是實(shí)實(shí)在在的原材料，這種打印機(jī)能夠利用電腦中的設(shè)計(jì)圖紙，將原材料逐步通過技術(shù)累積，最后成型出一個3D建筑實(shí)物，該打印技術(shù)仍然存在和普通打印機(jī)相似的原理，不過是在空間上進(jìn)行分層加工處理，3D打印技術(shù)需要在打印機(jī)中添加必要的打印原材料加工3D實(shí)物，一般來說原材料有以下幾種：尼龍玻纖、耐用性尼龍材料、石膏材料、鋁材料、鈦合金、不銹鋼、鍍銀、鍍金、橡膠類材料。另外，3D打印技術(shù)更是在很多的領(lǐng)域都有其相關(guān)的應(yīng)用，比如說珠寶、鞋的制造、園林、房屋建筑等的設(shè)計(jì)，甚至是汽車、航空航天的建造應(yīng)用，應(yīng)該說3D打印技術(shù)在很多的領(lǐng)域都有技術(shù)應(yīng)用，對人類生活有很大的幫助。
2 3D打印技術(shù)對于三維模型表現(xiàn)的優(yōu)勢
2.1 增加三維模型的立體性
對于三維模型來說，其主要是在電腦上形成的空間立體結(jié)構(gòu)，但是不利于分析模型的特定規(guī)則，所以需要建造一個空間實(shí)物用來分析模型，三維模型即可以利用3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)空間的模型立體性，該打印技術(shù)能夠利用空間打印技術(shù)進(jìn)行圖層的堆疊，使其完成一個分層次的打印技術(shù)，利用實(shí)際材料進(jìn)行立體模型的建造，得到的模型能夠進(jìn)行研究。舉例來說，園林專業(yè)的三維模型，可以利用3D打印技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)打印出一個3D模型，能夠利用比例尺等因素進(jìn)行實(shí)地考察，減少了實(shí)際設(shè)計(jì)中的很多問題，一般建造的缺點(diǎn)就可以在3D模型中有所反映，所以真實(shí)性、立體性是3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)3D打印模型的一個重要性優(yōu)勢。
2.2 確定立體模型的精度和穩(wěn)定性
立體模型的立體性固然重要，但是要想將該設(shè)計(jì)的模型更好的應(yīng)用，穩(wěn)定性、精度都是需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。一般來說，只要是理論電腦上可以設(shè)計(jì)的造型，3D打印機(jī)都可以打印出來，消費(fèi)者只需要簡單下載設(shè)計(jì)圖，就可以在數(shù)小時之內(nèi)隨心所欲的打印自己想要的任何東西，這種技術(shù)是改變了通過對原材料進(jìn)行切削，組裝進(jìn)行生產(chǎn)的加工模式可以說是一種精確實(shí)體復(fù)制。3D打印技術(shù)不僅僅能夠復(fù)制普通的立體模型，而且還能夠進(jìn)行音頻、視頻的復(fù)制，完全按照電腦中的設(shè)計(jì)模型，在打印機(jī)中進(jìn)行立體復(fù)制分層次的使用打印機(jī)中的原材料實(shí)現(xiàn)整體的復(fù)制，然后在進(jìn)行統(tǒng)一組裝。只要打印機(jī)中的原材料夠多，就可以保證3D打印機(jī)完整的復(fù)制一個3D打印成品，而且這種打印技術(shù)采用打印原材料累積的方式，穩(wěn)定性比一般的打印技術(shù)好而且精度非常好，可以說是對設(shè)計(jì)圖的復(fù)制。
2.3 方便生成形成的不同模型，實(shí)現(xiàn)材料的無限組合
對于現(xiàn)在很多領(lǐng)域的商品生產(chǎn)而言，將不同的材料混合在一起生產(chǎn)產(chǎn)品是一件很困難的事，因?yàn)樯婕暗墓ぞ卟牧夏＞卟荒軌蜉p易地混合原材料，3D打印技術(shù)可以說是一種技術(shù)的發(fā)展，能夠在打印機(jī)中實(shí)現(xiàn)各種不同的材料的融合，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)無法制造的產(chǎn)品，因?yàn)槭艿胶芏嗟南拗疲渲杏兄圃煨螤畹哪芰Ψ矫?，制造模具的機(jī)器也只能單一的設(shè)計(jì)一種形狀，而3D打印技術(shù)突破了以上的局限，不僅僅能夠設(shè)計(jì)普通的設(shè)計(jì)模型，而且可以甚至是自然界的模型該打印技術(shù)也可以實(shí)現(xiàn)?？梢哉f，在一定的層次上增加了產(chǎn)品的多樣性。無論設(shè)計(jì)模型有多少種樣式，都能夠利用3D打印技術(shù)進(jìn)行模型設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)符合消費(fèi)者需求的三維模型打印模型，更好地找到問題實(shí)現(xiàn)更好的設(shè)計(jì)。
2.4 降低組裝成本，提高產(chǎn)品利潤率
一般的模型設(shè)計(jì)需要比較復(fù)雜的模型組裝，這其中不僅僅需要過硬的技術(shù)支持。同樣也需要比較繁雜的組裝步驟，因?yàn)槊恳粋€步驟都需要不同的材料堆疊，所以傳統(tǒng)的模型設(shè)計(jì)就相當(dāng)于每一個步驟都要注意，所以每一個步驟的每一個細(xì)節(jié)都要進(jìn)行人工加工，而3D打印技術(shù)可以說屬于人工智能，減少了不必要的問題發(fā)生，只需要將不同的設(shè)計(jì)原材料投放入打印機(jī)中進(jìn)行自動的加工，不浪費(fèi)材料的同時還能夠增加設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，減少了組裝成本，增加了利潤率。因?yàn)檫@項(xiàng)打印技術(shù)在很多的設(shè)計(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用，所以在生產(chǎn)產(chǎn)品的過程中，增加利潤率、減少成本輸出的3D打印技術(shù)能夠被大家關(guān)注、重視，進(jìn)而有了廣泛的應(yīng)用。換個思路，如果在產(chǎn)品介紹時不采用傳統(tǒng)的PPT介紹，而是將3D打印產(chǎn)品展現(xiàn)在消費(fèi)者面前，更能吸引更多的消費(fèi)者注意到產(chǎn)品的任何細(xì)節(jié)。
3 3D打印技術(shù)在三維模型上的應(yīng)用前景
目前看來，3D打印技術(shù)在如今已經(jīng)有了非常廣泛的應(yīng)用，首先是航空航天，在這個領(lǐng)域，該技術(shù)已經(jīng)成功“打印”出了航空發(fā)動機(jī)的重要零部件，這一技術(shù)將使該零件成本縮減30%、制造周期縮短40%。并且在此領(lǐng)域上這項(xiàng)技術(shù)還能夠應(yīng)用在航天科技制造領(lǐng)域上，取得了不錯的成果。之后在醫(yī)療上可以利用這項(xiàng)打印技術(shù)進(jìn)行器官的立體制作，如果和人體匹配，還能夠起到醫(yī)治疾病的作用。其次，在建筑設(shè)計(jì)上，建筑師發(fā)現(xiàn)了這一項(xiàng)技術(shù)的相關(guān)優(yōu)點(diǎn)，成功利用3D打印機(jī)打印的建筑模型，節(jié)省成本的同時，還增加建筑的整體安全性、穩(wěn)定性、環(huán)保性。
4 結(jié)語
3D打印技術(shù)應(yīng)用在三維模型中有了很明顯的作用效果，所以3D打印技術(shù)的應(yīng)用很廣泛，可以相信隨著3D打印技術(shù)的不斷成熟和完善，它將會在越來越多的領(lǐng)域得到推廣和應(yīng)用。并且3D打印技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)很多能夠優(yōu)化很多模型設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)，并且增加模型設(shè)計(jì)的精確性、穩(wěn)定性，減少成本，增加利潤率，在產(chǎn)品輸出中，這些優(yōu)點(diǎn)都是在市場上非常具有關(guān)注性的。
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