复杂零件的3D打印实现技术研究

摘要

3D打印技术从20世纪80年代开始兴起到目前为止已经历了三十多年的发展，形成了几十种工艺方法。能够打印结构极为复杂的零件，打印精度也在快速提高，但由于打印材料、打印时间、打印成本等诸多因素，所以目前依旧制约着3D打印技术的普及和深入发展。本文从提高精度、节约材料、降低成本的目的出发，利用现有资源，将复杂曲面零件（以曲面无线鼠标为例）从设计到打印出实物，对其中各环节关键技术进行分析，以提高打印精度和打印效率。
　　首先，利用Solidworks软件设计鼠标三维模型，经干涉检查后转换为3D打印技术中普遍采用的STL文件格式。针对STL容易出现的裂缝、孔洞、数据冗余、逆向法向量等错误，利用Netfabb软件进行修复，最终生成能够正常进行打印的STL模型文件。但在此过程中，原模型的尺寸数据和表面精度将发生改变。
　　其次，在3D打印技术中，如何为模型选择正确的分层方向和分层厚度，是提高模型打印精度和打印效率的先决条件。以Meshmixer、Cura软件为例为鼠标模型自动添加树状支撑、分层并设置分层软件基本参数，最终将模型分层后的二维轮廓数据转化为3D打印机中打印头的运动轨迹。
　　接着，通过ProJet3510 HD型打印机对鼠标模型进行打印，发现在成型过程中成型件表面会出现凹陷等失真现象，导致打印失败。经过多次试验得出失败原因：在打印过程中材料会发生线性收缩和体积收缩。通过将鼠标模型抽壳优化，最终得到质量良好的曲面制件（鼠标打印件）。在此基础上，利用Metra-SCAN750光学扫描仪通过对鼠标打印件表面轮廓的扫描以获取三维坐标点云数据，并将其导入到Geomagic Control中，与鼠标三维CAD模型对比进行质量检测，得到3D彩色偏差图及相关图表，对所产生的数据偏差进行说明并分析其原因。
　　最后，利用有限元分析软件Solidworks Simulation对鼠标实体跌落碰撞过程进行动态模拟，设置相关模拟条件，以动画的形式把鼠标的跌落碰撞过程展现出来，得出跌落碰撞瞬间的试验数据，为今后鼠标结构的参数化改进提供帮助。

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附表索引

第1章 绪 论

1.1 选题背景及意义

1.2 3D打印技术概述

1.3 论文的主要工作

第2章 三维建模及修复

2.1 三维建模软件简介

2.2 三维模型的建立

2.3 STL模型

2.4 STL模型软件修复

2.5 本章小结

第3章 模型分层处理

3.1 分层算法

3.2 分层方向

3.3 添加支撑

3.4 分层软件介绍

3.5 Cura基本参数设置

3.6 本章小结

第4章 模型打印与检测

4.1 模型打印

4.2 模型后处理

4.3 计算机辅助检测

4.4 本章小结

第5章 无线鼠标跌落测试

5.1 有限元软件简介

5.2 跌落测试的内容

5.3 跌落测试过程的数值模拟

5.4 本章小结

总结与展望

一、总结

二、展望

参考文献

致谢

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