1、 三维建模及打印技术 实验 指导书 电子科技大学机械电子工程学院工程训练中心 2015 年 5 月 目 录 实验一 三维建模基本指令实验 1 实验二 三维建模高级指令实验 10 实验三 三维打印技术基础实验 18 实验四 三维打印自主设计实验 24 三维建模及打印技术实验 指导书 1 实验一 三维建模基本指令实验 一 实验目的 掌握基本零件建模的一般步骤和方法 掌握 SolidWorks 草绘特征：拉伸 凸台 、拉伸切除 的操作方法。 掌握放置（应用）特征：钻孔特征、倒角特征、圆角特征、抽壳特征、拔模斜度特征、筋的操作方法 二 实验原理 1.拉伸特征 拉伸特征是 SolidWorks 实体建模
2、中最为基础的建模工具，所谓拉伸，就是在完成剖面草图设计后，沿着剖面的垂直方向产生体积上的变化。 拉伸特征是将一个截面沿着与截面垂直的方向延伸，进而形成实体的造型方法。拉伸特征适合创建比较规则的实体。拉伸特征是最基本和常用的特征造型方法，而且操作比较简单，工程实践中的多数零件模型，都可以看做是多个拉伸特征相互叠加或切除的结果。 在实体拉伸截面过程中，需要注意以下几方面内容。 a.拉伸截面原则上必须是封闭的。如果是开放的，其开口处线段端点必须与零 件模型的已有边线对齐，这种截面在生成拉伸特征时系统自动将截面封闭。 b.草绘截面可以由一个或多个封闭环组成，封闭环之间不能自交，但封闭环之 间可以嵌套。
3、如果存在嵌套的封闭环，在生成增加材料的拉伸特征时，系统自 动认为里面的封闭环类似于孔特征。 2. 放置特征 放置特征是指由系统提供的或用户自定义的一类模板特征。它所创建的特征几何形状确定，通过输入不同的尺寸可得到大小不同的 相似几何特征。放置特征一般需要指定放置特征的放置平面和特征尺寸。 放置特征包括： 钻孔特征、倒角特征、圆角特征、抽壳特征、拔模斜度特征、筋特征 等。 三 实验器材 计算机 1 台 SolidWorks 三维制图软件 1 套 四 实验内容及步骤 1连接件设计 完成如 图 1-1 所示模型。 (1) 单击【新建】按钮 ，新建一个零件文件。 (2) 选取前视基准面，单击【草图绘制
4、】按钮 ，进入草图绘制，绘制草图，如 图 1-2所示。 图 1-1 连接件 图 1-2 草图 三维建模及打印技术实验 指导书 2 (3) 单击【拉伸凸台 /基体】按钮 ，出现【拉伸】属性管理器，在【终止条件】下拉列表框内选择【两侧对称】选项，在【深度】文本框内输入“ 54mm”，单击【确定】按钮 ，如 图 1-1 所示。 图 1-1“拉伸”特征 (4) 单击【基准面】按钮 ，出现【基准面】属性管理器，单击【两面夹角】按钮 ，在【角度】文本框内输入“ 120”，单击【确定】按钮 ，建立新基准面，如 图 1-4 所示。 图 1-4“两面夹角”基准面 (5) 选取基准面 1，单击【草图绘制】按钮 ，
5、进入草图绘制，单击【正视于】按钮 ，绘制草图， 图 1-5 所示。 图 1-5 草图 (6) 单击【拉伸凸台 /基体】按钮 ，出现【拉伸】属性管理器，在【终止条件】下拉列表框内选择【给定深度】选项，在【深度】文本框内输入“ 12mm”，单击【确定】按钮 ，如 图 1-6 所示。 图 1-6“拉伸”特征 (7)选取基体上表面，单击【草图绘制】按钮 ，进入草图绘制，使用中心线工具 在上表面的中心位置绘制直线，注意不要捕捉到表面边 线，如 图 1-7 所示。 三维建模及打印技术实验 指导书 3 图 1-7 中心线 (8)单击【等距实体】按钮 ，出现【等距实体】属性管理器，在【等距距离】文本框内输入“
6、 8mm”，在图形区域选择中心线，在属性管理器中选中【添加尺寸】、【选择链】、【双向】和【顶端加盖】复选框，选中【圆弧】单选按钮，单击【确定】按钮 ，标注尺寸，完成草图，如 图 1-8 所示。 图 1-8 运用“等距实体”绘制草图 (9) 单击【拉伸切除】按钮 ，出现【切除 -拉伸】属性管理器，在【终止条件】下拉列表框内选择【完全贯穿】选项，单击【确定】按 钮 ，如 图 1-9 所示。 图 1-9“切除 -拉伸”特征 (10)单击【倒角】按钮 ，出现【倒角】属性管理器，选择“边线 1”和“边线 2”，选中【角度距离】单选按钮，在【距离】文本框内输入“ 5mm”，在【角度】文本框内输入“ 45”
7、，单击【确定】按钮 ，如 图 1-10 所示。 图 1-10“倒角”特征 至此完成连接件设计。 2 方形烟灰缸设计 完成如 图 1-11 所示模型。 三维建模及打印技术实验 指导书 4 (1) 单击【新建】按钮 ，新建一个零件文件。 (2) 选取上视基准面，单击【草图绘制】按钮 ，进入草图绘 制，绘制草图，如 图 1-2所示。 图 1-11 方形烟灰缸 图 1-12 草图 (3) 单击【拉伸凸台 /基体】按钮 ，出现【拉伸】属性管理器，在【终止条件】下拉列表框内选择【 给定深度 】选项，在【深度】文本框内输入“ 26mm”，单击【拔模开 /关】按钮 ，在【拔模角度】文本框内输入“ 18”，单击
8、【确定】按钮 ，如 图 1-13 所示。 图 1-13“拉伸”特征 (4) 选取基体上表面，单击【草图绘制】按钮 ，进入草图绘制，选中上表面，单击【等距实体】按钮 ，出现【等距实体】属性管理器，在【等距距离】文本框内输入“ 8mm”，选中【添加尺寸】、【选择链】 或 【 反向 】 复选框，单击【确定】按钮 ，完成草图，如 图1-14 所示。 图 1-14 草图 (5) 单击【拉伸切除】按钮 ，出现【切除 -拉伸】属性管理器，在【终止条件】下拉列表框内选择【 给定深度 】选项，在【深度】文本框内输入“ 20mm”，单击【确定】按钮 ，如 图 1-15 所示。 图 1-15“切除 -拉伸”特征 (
9、6) 选取前视基准面，单击【草图绘制】按钮 ，进入草图绘制，绘制草图，如 图 1-16 (a)所示。单击【拉伸切除】按钮 ，出现【切除 -拉伸】属性管理器，在【终止条件】下拉三维建模及打印技术实验 指导书 5 列表框内选择【完全贯穿】选项，选择方向 2 标签，同样终止条件选择【完全贯穿】，单击【确定】按钮 ，如 图 1-16(b)所示。 (a) 草图 (b) “切除 -拉伸”特征 图 1-16“切除 -拉伸”特征 (7) 单击【圆角】按钮 ，出现【圆角】属性管理器，在【半径】文本框内输入“ 2”，选取欲设圆角平面，单击【确定】按钮 ，如 图 1-图 1-17 所示。 图 1-17“圆角”特征
10、(8) 单击【抽壳】按钮 ，出现【抽壳】属性管理器，在【移出的面】中，选择“面1”，在【厚度】文本框内输入“ 1mm”，单击【确定】按钮 ，如 图 1-18 所示。 图 1-18“抽壳”特征 至此完成方形烟灰缸设计。 3 轴承座造型 完成轴承座零件，如图 1-19 所示。 设计意图： 零件关于中心面对称 顶端孔的位置从零件底面开始测量 底板上的孔为柱孔 ，关于中心面左右对称 三维建模及打印技术实验 指导书 6 图 1-19 轴承座 图 1-20 草图 1 (1)在前视基准面内使用中心线、直线和圆工具作草图，如 图 1-20。两圆同心，在原点两斜线上端点捕捉到大圆。 (2)添加几何关系 在草图工
11、具栏中点击添加几何关系图标按钮 ，选中中心线和矩形两侧边，点击“对称”按钮，“确定”。 图 1-21 建立 对称 几何关系 在草图工具栏中点击添加几何关系图标按钮 ，选择一条斜线和大圆，点击“相切”按钮，“确定”。 图 1-22 建立相切几何关系 在草图工具栏中点击添加几何关系图标按钮 ，选择另一条斜线和大圆，点击“相切”按钮，“确定” 图 1-23 相切几何关系 三维建模及打印技术实验 指导书 7 (3) 按图标注尺寸 图 1-24 标注尺寸 (4) 选择草图拉伸 选择矩形作为拉伸轮廓，深度为 55。 图 1-25 拉伸特征 1 选择中间轮廓拉伸，拉伸深度为 10 图 1-26 拉伸特征 2
12、 选择圆环轮廓拉伸，深度为 32 三维建模及打印技术实验 指导书 8 图 1-27 拉伸特征 3 (5) 做筋板草图 在右视基准面上使用直线工具作草图，注意捕捉实体端点。 图 1-28 筋草图 (6)筋特征 点击筋特征工具 ，设置筋宽度为 10，选择平行于草图方向，“确定”。 图 1-29 筋特征 (7)异型孔特征 点击异型孔向导特征 ，选择“柱孔”类型，大小选择“ M6”，然后点击“位置”选项卡，在基体上表面选择位置，如图，完成孔特征。 三维建模及打印技术实验 指导书 9 图 1-30 异型孔特征 在特征管理设计树中打开“异型孔”特征，选中 3D 草图，点 击“编辑草图”，在草图中标注孔中心
13、点的位置。 图 1-31 异型孔位置 (8)镜像孔特征 点击镜像 特征，选择孔特征，以右视基准面为镜像面，完成特征镜像。 图 1-32 特征镜像 完成实验内容指定的零件模型，并打印出零件的 三维 图形 ，完成实验报告。 五 思考题 1. SolidWorks 零件模型的第一个特征可是拉伸切除、拉伸凸台 /基体、旋转切除、圆角、旋转凸台 /基体中的哪些特征？ 2. 拉伸和旋转是否都需要封闭草图轮廓？如果是开环轮廓会建立什么样的模型？ 3. 拉伸切 除和旋转切除特征操作是否可以不切除材料？ 三维建模及打印技术实验 指导书 10 实验二 三维建模高级指令实验 一 实验目的 掌握基本零件建模的一般步骤
14、和方法 掌握 SolidWorks 草绘特征： 旋转凸台、旋转切除、扫描、放样 的操作方法。 掌握放置（应用）特征：钻孔特征、倒角特征、圆角特征、抽壳特征、拔模斜度特征、筋的操作方法 二 实验原理 1.旋转特征 旋转特征是由特征截面绕旋转中心线旋转而成的一类特征，它适合于构建回转体零件。草绘旋转特征截面时，其截面必须全部位于中心线的一侧，倘若要生成实体特征，其截面必须是封闭的。 建立旋转特征必须给定旋转 特征的有关要素，即草图要素、旋转轴和旋转类型。旋转可以是旋转基体、凸台、旋转切除、薄壁或曲面。旋转类型有以下 3 种类型。 a.【单一方向】向一个方向旋转到指定角度。 b.【中面】对称地向两个
15、方向旋转到指定角度。 c.【两个方向】分别向两个方向旋转，分别定义不同的角度。 2.扫描特征 扫描特征是指由二维草绘平面沿一平面或空间轨迹线扫描而成的一类特征。沿着一条路径移动轮廓 (截面 )可以生成基体、凸台、切除或曲面。 扫描特征遵循以下规则 : a.扫描路径可以为开环或闭环。 b.路径可以是草图中包含的一组草图曲线、一条曲 线或一组模型边线。 c.路径的起点必须位于轮廓的基准面上。 3.放样 特征 所谓放样是指连接多个剖面或轮廓形成的基体、凸台或切除，通过在轮廓之间进行过渡来生成特征。 放样特征需要连接多个面上的轮廓，这些面既可以平行也可以相文。要确定这些平面就必须用到基准面。 基准面可
16、以用在零件或装配体中，通过使用基准面可以绘制草图、生成模型的剖面视图、生成扫描和放样中的轮廓面等。 三 实验器材 计算机 1 台 SolidWorks 三维制图软件 1 套 四 实验内容及步骤 1.带轮造型 (1)在前视基准面绘 制草图 1，如图 2-2 所示。 三维建模及打印技术实验 指导书 11 图 2-1 带轮 图 2-2 草图 1 (2)选中草图，单击【特征】工具栏中的 按钮，草图沿中心线旋转。 (3)进行拉伸切除。 选中带轮中心端面作为草图平面，新建草图，利用【直线】 和【画弧 】 命令绘制草图 2，如 图 2-5 所示。 (4)单击特征工具栏中的 拉伸切除 按钮，启动拉伸切除特征，
17、选择终止条件为“完全贯穿”，如 图 2-6 所示。 (5)单击 按钮，得到带轮零件。 图 2-5 草图 2 图 2-6 拉伸切除 2 吸尘器造型 (1)在前视基准面绘制草图，如图 2-8 所示。 图 2-7 扫描实例 图 2-8 草图 1 (2)建立参考基准面 1，如图 2-9 所示。 三维建模及打印技术实验 指导书 12 图 2-9 基准面 1 (3)建立基准面 2。 a.在上视基准面新建草图，过原点绘制一条竖直辅助线，如 图 2-10 所示。 b.选择【通过直线 /点】选项建立基准面，如 图 2-11 所示。 图 2-10 绘制水平辅助线 图 2-11 基准面 2 (4)扫描实体。 a.在
18、基准面 2 上建立轮廓草图，如 图 2-12 所示。 b.在前视基准面建立路径草图，如 图 2-13 所示。 图 2-12 轮廓草图 图 2-13 路径草图 c.单击特征工具栏中的 按钮，在弹出的属性管理器中选择轮廓草图与路径草图，如 图2-14 所示，单击 按钮完成扫描。 三维建模及打印技术实验 指导书 13 图 2-14 扫描 (5)拉伸另一部 分实体。 在基准面 1 建立新草图，绘制直径为 34mm 的圆。单击特征工具栏中的 按钮，启动拉伸命令，选择终止条件为“成形到一面”， 选择要终止的平面，如 图 2-15 所示，单击按钮完成拉伸。 图 2-15 拉伸实体 (6)为零件抽壳 使用抽壳
19、特征 ，设置抽壳厚度为 2mm，选择圆柱端面和扫面地面作为删除面。选择圆柱面厚度为 4mm，如 图 2-16 所示。 图 2-16 多厚度抽壳 (7)添加多半径圆角 单击圆角按钮 ，选中“多半径圆角”选项，选择要进行圆角的 6 条边线，在图形区域的半径数值 框中，点击，修改半径，半径值分别为 3mm、 3mm、 12mm、 12mm、 3mm、3mm，如 图 2-17 所示，确定。 三维建模及打印技术实验 指导书 14 图 2-17 多半径圆角 (8)添加变半径圆角 单击圆角按钮 ，选中“变半径”选项，选择图示边线，在图形区域的半径数值框中，点击，修改半径，如 图 2-18 所示，确定。 图
20、2-18 变半径圆角 (9)添加等半径圆角 单击圆角按钮 ，选中“等半径”选项，选择图示边线，设置半径为 5mm，如 图 2-19所示，确定。 图 2-19 圆角 三维建模及打印技术实验 指导书 15 3 方 圆接头造型 (1)建立与上视基准面距离为 200mm 的参考基准面，如 图 2-21 所示。 图 2-20 方圆接头 图 2-21 建立基准面 (2)建立放样特征。 a.在上视基准面新建草图 1，绘制正方形。 b.在基准面 1 新建草图 2，绘制圆形。 图 2-22 草图 1 图 2-23 草图 2 c.单击特征工具栏中的 按钮，在弹出的特征管理器选中草图 1 和草图 2 为轮廓，如 图
21、2-24 所 示，单击 按钮完成放样。 图 2-24 放样 图 2-25 拉伸方形端面 三维建模及打印技术实验 指导书 16 (3)拉伸方形端面。 a.在上视基准面建立新草图，利用【转换实体引用】、【等距实体】草图 3，如 图 2-26 所示。 图 2-26 草图 3 b.点击【草图线性阵列】按钮 ，选择圆弧为要阵列的实体，设置方向1,、方向 2 的阵列间距为 85，阵列数量为 3，并激活【可跳过的实体】选项，点击位于圆心的圆弧，如 图 2-27 所示，确定。 图 2-27 线性草图阵列 c.向下拉伸，输入深度“ 3”，如 图 2-28 所示。 (4)拉伸圆形端面。 a.在基准面 1 建立草图
22、 4，利用【转换实体引用】和【圆周阵列】命令绘制草图 4，添加上部两圆弧关于中心线的对称关系。 三维建模及打印技术实验 指导书 17 图 2-28 草图 4 b.拉伸，输入深度“ 3”，如 图 2-29 所示。 (5)向外抽壳，厚度为 3，如 图 2-30 所示。 图 2-29 拉伸圆形端面 图 2-30 抽壳 完成实验内容指定的零件模型，并打印出零件的 三维 图形 ，完成 实验报告。 五 思考题 1. 建立扫描特征必需的参数有什么？ 2. 扫描和放样都可以建立复杂的形状，选用哪种方式要根据具体的设计来决定，两者的根本区别在于？ 三维建模及打印技术实验 指导书 18 实验三 三维打印技术基础实
23、验 一 实验目的 了解 三维打印 的基本理论； 了解 三维打印 工艺方法种类及特点 了解 三维打印 的方法和 三维打印 常用软件 了解 三维打印 机的 结构 和 功能 掌握 三维打印 设备操作方法 二 实验原理 1. 三维打印 技术的原理 三维打印即快速成形技术的一种，它是一种数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方 式来构造物体的技术。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造。特别是一些高价值应用（比如髋关节或牙齿，或一些飞机零部件）已经有使用这种技术打印而成的零部件。“三维打印”意味着这项技术的普及。 2. 三维打印 的
24、工艺过程具体如下： （ 1）产品三维模型的构建。由于 RP 系统是由三维 CAD 模型直接驱动，因此首先要构建所加工工件的三维 CAD 模型。该三维 CAD 模型可以利用计算机辅助设计软件（如Pro/E、 I-DEAS 、 Solid Works、 UG 等）直接构建，也可以将 已有产品的二维图样进行转换而形成三维模型，或对产品实体进行激光扫描、 CT 断层扫描，得到点云数据，然后利用反求工程的方法来构造三维模型； （ 2）三维模型的近似处理。由于产品往往有一些不规则的自由曲面，加工前要对模型进行近似处理，以方便后续的数据处理工作。由于 STL 格式文件格式简单、实用，目前已经成为快速成型领域
25、的准标准接口文件。它是用一系列的小三角形平面来逼近原来的模型，每个小三角形用 3 个顶点坐标和一个法向量来描述，三角形的大小可以根据精度要求进行选择。 STL 文件有二进制码和 ASCll 码两种输出 形式，二进制码输出形式所占的空间比 ASCII 码输出形式的文件所占用的空间小得多，但 ASCII 码输出形式可以阅读和检查。典型的 CAD 软件都带有转换和输出 STL 格式文件的功能； （ 3）三维模型的切片处理。根据被加工模型的特征选择合适的加工方向，在成型高度方向上用一系列一定间隔的平面切割近似后的模型，以便提取截面的轮廓信息。间隔一般取0.05mm0.5mm， 常用 0.1mm 。间隔
26、越小，成型精度越高，但成型时间也越长，效率就越低，反之则精度低，但效率高； （ 4）成型加工。根据切片处理的截面轮廓，在计算机控制下，相应的成型头（激光头或喷头）按各截面轮廓信息做扫描运动，在工作台上一层一层地堆积材料，然后将各层相粘结，最终得到原型产品； （ 5）成型零件的后处理。从成型系统里取出成型件，进行打磨、抛光、涂挂，或放在高温炉中进行后烧结，进一步提高其强度。 本实验采用的熔融沉积制造（ FDM ）工艺，由美国学者 Scott Crump 于 1988 年研制成功。 FDM 的材料一般是热塑性材料，如蜡、 ABS 、尼龙等。以丝状供料。 熔融沉积成型的原理如下：加热喷头在计算机的
27、控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作 X-Y 平面运动，热塑性丝状材料由供丝机构送至热熔喷头，并在喷头中加热和熔化成半液态，然后被挤压出来，有选择性的涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层大约 0.127mm 厚的薄片轮廓。一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，好像一层层 “画出 “三维建模及打印技术实验 指导书 19 截面轮廓，如此循环，最终形成三维产品零件。 三 实验器材 计算机 1 台 一台快速成型机 1 台 ABS 材料 若干 SolidWorks 三维制图软件 1 套 四 实验内容及步骤 1 启动程序 点击桌面上的图标 UP，程序就会按照如下图示打开： 图 3-1
28、主操作界面 2 载入一个 3D 模型 点击菜单中 -文件 /打开或者工具栏中 打开 按钮，选择一个想要打印的模型。注意： UP！仅支持 STL 格式（为标准的 3D 打印输入文件）和 UP3 格式（为 UP！三维打印机专用的压缩文件）的文件 ,以及 UPP 格式（ UP！工程文件）。将鼠标移到模型上，点击鼠标左键，模型的详细资料介绍会悬浮显示出来 。 将鼠标移至模型上，点击鼠标左键选择模型，然后在工具栏中选择卸载，或者在模型上点击鼠标右键，会 出现一个下拉菜单，选择卸载模型或者卸载所有模型（如载入多个模型并想要全部卸载 )。 选择模型，然后点击保存。文件就会以 UP3 格式保存，并且大小是原
29、STL 文件大小的12%18%，非常便于您存档或者转换文件。此外，还可选中模型，点击菜单中的“文件 -另存为工程”选项，保存为 UPP（ UP Project）格式，该格式可将当前所有模型及参数进行保存，当您载入 UPP 文件时，将自动读取该文件所保存的参数，并替代当前参数。 STL 文件注意事项 : 为了准确打印模型，模型的所有面都要超向外。 UP！软件会用不同颜色来标明一个模型 是否正确。当打开一个模型时，模型的默认颜色通常是灰色或粉色。如模型有法向的错误，则模型错误的部分会显示成红色。 3 将模型放到成型平台上 自动布局 : 点击工具栏最右边的自动布局按钮，软件会自动调整模型在平台上的位
30、置。当平台上不止一个模型时，我们建议您使用自动布局功能。 三维建模及打印技术实验 指导书 20 手动布局 : 点击 Ctrl 键，同时用鼠标左键选择目标模型，移动鼠标，拖动模型到指定位置。 使用移动按钮 : 点击工具栏上的移动按钮，选择或在文本框中输入距离数值，然后选择您想要移动的方向轴。 注意 :当多个模型处于开放状态时，每个模型之间的距离至少 要保持在 12mm 以 上。 4 准备打印 初始化打印机 ： 在打印之前，您需要初始化打印机。点击 3D 打印菜单下面的初始化选项，当打印机发出蜂鸣声，初始化即开始。打印喷头和打印平台将再次返回到打印机的初始位置，当准备好后将再次发出蜂鸣声。 图 3
31、-2 初始化选项 准备打印平板 ： 打印之前，请讲打印平板固定住，以确保模型在打印的过程中不会发生位移。在打印过程中，打印材料将被充分填充到打印平板表面的孔中，以保证模型的牢固。当将打印平板插入到打印平台的卡槽中时，应确保平板的受力均匀。当您插入或取 下平板时，请用手按住平台两侧的金属卡槽。 图 4-3 打印平板安装 三维建模及打印技术实验 指导书 21 打印设置选项 ： 点击软件“三维打印”选项内的“设置”，将会出现下图所示界面 : 图 3-4 三维打印选项 层片厚度 :设定打印层厚，根据模型的不同，每层厚度设定在 0.2mm-0.35mm。 支撑：在实际模型打印之前，打印机会先打印出一部分
32、底层。当打印机开始打印时，它首先打印出一部分不坚固的丝材，沿着 Y 轴方向横向打印。打印机将持续横向打印支撑材料，直到开始打印主材料时打印机才开始一层层的打印实际模型 。 表面层 :这个参数将决定打印底层的层数。例如，如果您设置成 3，机器在打印实体模型之前会打印 3 层。但是这并不影响壁厚，所有的填充模式几乎是同一个厚度（接近 1.5mm）。 角度 :这部分角度决定在什么时候添加支撑结构。如果角度小，系统自动添加支撑。 壳：该模式有助于提升中空模型的打印效率。如您仅需打印模型作为概览，请选择该模式。模型在打印过程中将不会产生内部填充。 表面：如您仅需打印模型轮廓且不封口，请选择该模式。该模式
33、仅打印模型的一层表面层，且模型上部与下部将不会封口。该模式一定程度上可以提高模型表面质量。 支撑选项 ： 密封层：为避免模型主材料凹陷入支撑网格内，在贴近主材料被支撑的部分要做数层密封层，而具体层数可在支撑密封层选项内进行选择（可选范围为 2 至 6 层，系统默认为 3层），支撑间隔取值越大，密封层数取值相应越大。 角度 :使用支撑材料时的角度。例如设置成 10，在表面和水平面的成型角度大于 10的时候，支撑材料才会被使用。如果设置成 50，在表面和水平面的成型角度大于 50的时候，支撑材料才会被使用。 间隔 :支撑材料线与线之间的距离。要通过支撑材料的用量，移除支撑材料的难易度，和零件打印质
34、量等一些经验来改变此 参数。 5 打印 在打印前情确保以下几点 : a 连接 3D 打印机，并初始化机器。载入模型并将其放在软件窗口的适当位置。检查剩余材料是否足够打印此模型（当您开始打印时，通常软件会提示您剩余材料是否足够使用）如果不够，请更换一卷新的丝材； b 点击 3D 打印菜单的预热按钮，打印机开始对平台加热。在温度达到 100时开始打印； c 喷头外侧的风口拨片可以控制风扇气流的强度，以改善打印质量，通常情况下，您三维建模及打印技术实验 指导书 22 可以将调节拨片关闭风口（见下图）。如封口处的气流过大，有可能造成模型在打印过程中发生底部翘曲或模型开裂。 点击 3D 打印的打印按钮，
35、在打印对话框中设置打印参数（如质量），点击 OK 开始打印。 图 3-5 打印对话框 质量 :分为普通、快速、精细三个选项。此选项同时也决定了打印机的成型速度。通常情况下，打印速度越慢，成型质量越好。对于模型高的部分，以最快的速度打印会因为打印时的颤动影响模型的成型质量。对于表面积大的模型，由于表面有多个部分，打印的速度设置成“精细”也容易出现问题，打印时间越长，模型的角落部分更容易卷曲。 非实体模型：当您所要打印的模型为非完全实体，如存在不完全面时，请选择此项。 无基底：如您 选择此项，在打印模型前将不会产生基底。该模式可以提升模型底部平面的打印质量。当您选择此项后，将不能进行自动水平校准。
36、 暂停：您可在方框内输入想要暂停打印的高度，当打印机打印至该高度时，将会自动暂停打印，直至您点击“恢复打印位置”。请注意：在暂停打印期间，喷嘴将会保持高温。 提示 : 开始打印后，您可以将计算机与打印机断开。打印任务会被存储至打印机内，进行脱机打印。 6 移除模型 a 当模型完成打印时，打印机会发出蜂鸣声，喷嘴和打印平台会停止加热。 b 将扣在打印平台周围的弹簧顺时针别在平台底部，将打印平台轻轻 撤出。 c 慢慢滑动铲刀在模型下面把铲刀慢慢的滑动到模型下面，来回撬松模型。切记在撬模型时要佩戴手套以防烫伤。 提示 : 我们强烈建议您在撤出模型之前要先撤下打印平台。如果不这样做，很可能使整个平台弯
37、曲，导致喷头和打印平台的角度改变。撤出平台的简单方法，请详见手册中的提示和技巧部分，可以无需工具更容易的拆除 去移除支撑材料 ： 支撑材料可以使用多种工具来拆除。一部分可以很容易的用手拆除，越接近模型的支撑，使用钢丝钳或者尖嘴钳更容易移除。 注意 : a 在移除支撑时，一定要佩戴防护眼罩，尤其是在移除 PLA 材料时。 b 支撑材料和工具都很锋利，在从打印机上移除模型时请佩戴手套和防护眼罩。 三维建模及打印技术实验 指导书 23 7实验范例模型制造 用三维软件画出 图 4-6 零件的三维模型，并存为 stl 格式文件。然后用三维打印机制造三维实体模型， 完成实验报告。 图 3-6 范例 零件
38、二维示意图 五 思考题 1.FDM 成形 原理是什么 ？ 2.三维打印的工艺过程 有哪些？ 三维建模及打印技术实验 指导书 24 实验四 三维打印自主设计实验 一 实验目的 了解 三维打印 的基本理论； 了解 三维打印 工艺方法种类及特点 了解 三维打印 的方法和 三维打印 常用 软件 了解 三维打印 机的 结构 和 功能 掌握 三维打印 设备操作方法 二 实验原理 1. UP 三维打印 机简介 UP mini 是 UP 系列中的经济型打印机，是 3D 打印入门机的首选 ， 采用先进的熔融挤压快速成型技术 。 UP mini 价格虽低，却继承了高端机型的打印质量，最高打印精度为 0.2mm，并
39、且，该机型能够以较快的速度打印出比较精致的模型，满足了绝大多数的打印需求。该机型采用创新的磁铁吸附设计，令安装和更换打印头易如反掌。其全金属的机身结构，坚固稳定，且封闭式的机身设计，非常适合家庭和学校使用。配合容易使用的 UP 软件和耗 材，无烦恼零基础。 图 4-1 UP mini 打印机 2. 三维打印 的工艺过程具体如下： （ 1）产品三维模型的构建。由于 RP 系统是由三维 CAD 模型直接驱动，因此首先要构建所加工工件的三维 CAD 模型。该三维 CAD 模型可以利用计算机辅助设计软件（如Pro/E、 I-DEAS 、 Solid Works、 UG 等）直接构建，也可以将已有产品的
40、二维图样进行转换而形成三维模型，或对产品实体进行激光扫描、 CT 断层扫描，得到点云数据，然后利用反求工程的方法来构造三维模型； （ 2）三 维模型的近似处理。由于产品往往有一些不规则的自由曲面，加工前要对模型进行近似处理，以方便后续的数据处理工作。由于 STL 格式文件格式简单、实用，目前已经成为快速成型领域的准标准接口文件。它是用一系列的小三角形平面来逼近原来的模型，每个小三角形用 3 个顶点坐标和一个法向量来描述，三角形的大小可以根据精度要求进行选择。 STL 文件有二进制码和 ASCll 码两种输出形式，二进制码输出形式所占的空间比 三维建模及打印技术实验 指导书 25 ASCII 码
41、输出形式的文件所占用的空间小得多，但 ASCII 码输出形式可以阅读和检查。典型的 CAD 软件都带有转 换和输出 STL 格式文件的功能； （ 3）三维模型的切片处理。根据被加工模型的特征选择合适的加工方向，在成型高度方向上用一系列一定间隔的平面切割近似后的模型，以便提取截面的轮廓信息。间隔一般取0.05mm0.5mm， 常用 0.1mm 。间隔越小，成型精度越高，但成型时间也越长，效率就越低，反之则精度低，但效率高； （ 4）成型加工。根据切片处理的截面轮廓，在计算机控制下，相应的成型头（激光头或喷头）按各截面轮廓信息做扫描运动，在工作台上一层一层地堆积材料，然后将各层相粘结，最终得到原型
42、产品； （ 5）成型零 件的后处理。从成型系统里取出成型件，进行打磨、抛光、涂挂，或放在高温炉中进行后烧结，进一步提高其强度。 本实验采用的熔融沉积制造（ FDM ）工艺，由美国学者 Scott Crump 于 1988 年研制成功。 FDM 的材料一般是热塑性材料，如蜡、 ABS 、尼龙等。以丝状供料。 熔融沉积成型的原理如下：加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作 X-Y 平面运动，热塑性丝状材料由供丝机构送至热熔喷头，并在喷头中加热和熔化成半液态，然后被挤压出来，有选择性的涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层大约 0.127mm 厚的薄片轮廓。一层截面成型完成后工作台下降
43、一定高度，再进行下一层的熔覆，好像一层层 “画出 “截面轮廓，如此循环，最终形成三维产品零件。 三 实验器材 计算机 1 台 一台快速成型机 1 台 ABS 材料 若干 SolidWorks 三维制图软件 1 套 四 实验内容及步骤 1 启动程序 点击桌面上的图标 UP，程序就会按照如下图示打开： 图 4-2 主操作界面 2 载入一个 3D 模型 点击菜单中 -文件 /打开或者工具栏中 打开 按钮，选择一个想 要打印的模型。注意： UP！仅支持 STL 格式（为标准的 3D 打印输入文件）和 UP3 格式（为 UP！三维打印机专用的压三维建模及打印技术实验 指导书 26 缩文件）的文件 ,以及
44、 UPP 格式（ UP！工程文件）。将鼠标移到模型上，点击鼠标左键，模型的详细资料介绍会悬浮显示出来 。 将鼠标移至模型上，点击鼠标左键选择模型，然后在工具栏中选择卸载，或者在模型上点击鼠标右键，会出现一个下拉菜单，选择卸载模型或者卸载所有模型（如载入多个模型并想要全部卸载 )。 选择模型，然后点击保存。文件就会以 UP3 格式保存，并且大小是原 STL 文件大小的12%18%，非常便于您存档或 者转换文件。此外，还可选中模型，点击菜单中的“文件 -另存为工程”选项，保存为 UPP（ UP Project）格式，该格式可将当前所有模型及参数进行保存，当您载入 UPP 文件时，将自动读取该文件所
45、保存的参数，并替代当前参数。 STL 文件注意事项 : 为了准确打印模型，模型的所有面都要超向外。 UP！软件会用不同颜色来标明一个模型是否正确。当打开一个模型时，模型的默认颜色通常是灰色或粉色。如模型有法向的错误，则模型错误的部分会显示成红色。 3 将模型放到成型平台上 自动布局 : 点击工具栏最右边的自动布局按钮，软件会自动 调整模型在平台上的位置。当平台上不止一个模型时，我们建议您使用自动布局功能。 手动布局 : 点击 Ctrl 键，同时用鼠标左键选择目标模型，移动鼠标，拖动模型到指定位置。 使用移动按钮 : 点击工具栏上的移动按钮，选择或在文本框中输入距离数值，然后选择您想要移动的方向
46、轴。 注意 :当多个模型处于开放状态时，每个模型之间的距离至少要保持在 12mm 以 上。 4 准备打印 初始化打印机 ： 在打印之前，您需要初始化打印机。点击 3D 打印菜单下面的初始化选项，当打印机发出蜂鸣声，初始化即开始。打印喷头和打印平台将再次返回到打印机的初 始位置，当准备好后将再次发出蜂鸣声。 图 4-3 初始化选项 三维建模及打印技术实验 指导书 27 准备打印平板 ： 打印之前，请讲打印平板固定住，以确保模型在打印的过程中不会发生位移。在打印过程中，打印材料将被充分填充到打印平板表面的孔中，以保证模型的牢固。当将打印平板插入到打印平台的卡槽中时，应确保平板的受力均匀。当您插入或
47、取下平板时，请用手按住平台两侧的金属卡槽。 图 4-4 打印平板安装 打印设置选项 ： 点击软件“三维打印”选项内的“设置”，将会出现下图所示界面 : 图 4-5 三维打印选项 层片厚度 :设定打印层厚，根据模型的不同，每层厚度设定在 0.2mm-0.35mm。 支撑：在实际模型打印之前，打印机会先打印出一部分底层。当打印机开始打印时，它首先打印出一部分不坚固的丝材，沿着 Y 轴方向横向打印。打印机将持续横向打印支撑材料，直到开始打印主材料时打印机才开始一层层的打印实际模型。 表面层 :这个参数将决定打印底层的层数。例如，如果您设置成 3，机器在打印实体模型之前会打印 3 层。但是这并不影响壁
48、厚，所有的填充模式几乎是同一个厚度（接近 1.5mm）。 角度 :这部分角度决定在 什么时候添加支撑结构。如果角度小，系统自动添加支撑。 壳：该模式有助于提升中空模型的打印效率。如您仅需打印模型作为概览，请选择该模式。模型在打印过程中将不会产生内部填充。 表面：如您仅需打印模型轮廓且不封口，请选择该模式。该模式仅打印模型的一层表面层，且模型上部与下部将不会封口。该模式一定程度上可以提高模型表面质量。 三维建模及打印技术实验 指导书 28 支撑选项 ： 密封层：为避免模型主材料凹陷入支撑网格内，在贴近主材料被支撑的部分要做数层密封层，而具体层数可在支撑密封层选项内进行选择（可选范围为 2 至 6
49、 层，系统默认为 3层），支撑间隔取值越大，密 封层数取值相应越大。 角度 :使用支撑材料时的角度。例如设置成 10，在表面和水平面的成型角度大于 10的时候，支撑材料才会被使用。如果设置成 50，在表面和水平面的成型角度大于 50的时候，支撑材料才会被使用。 间隔 :支撑材料线与线之间的距离。要通过支撑材料的用量，移除支撑材料的难易度，和零件打印质量等一些经验来改变此参数。 5 打印 在打印前情确保以下几点 : a 连接 3D 打印机，并初始化机器。载入模型并将其放在软件窗口的适当位置。检查剩余材料是否足够打印此模型（当您开始打印时，通常软件会提示您剩余材料是否 足够使用）如果不够，请更换一卷新的丝材； b 点击 3D 打印菜单的预热按钮，打印机开始对平台加热。
