基于UG软件和光固化工艺的模型制作流程

    王琛 陆雪亿 訾然

    

    

    摘 要：以可调扳手模型为例，使用UG软件建立零件模型，输出STL文件，通过光固化工艺制作模型。基于UG软件和光固化工艺的集成应用，快速精确地将可调扳手模型制作成型，其制作流程对同类产品的开发制作具有参考作用。

    关键词：UG;光固化;模型制作

    光固化是快速成型工艺中综合性能最好的工艺之一。[1]其工艺原理为：光敏树脂类材料在UV光的照射下，有选择地固化成型，层层堆积，直至模型打印完成。[2]该工艺制作出的模型具有精度高、表面光滑、力学性能适中等特点，但由于其设备成本和制作成本高昂，普及度并不高。[3]因此，本文结合UG软件，使用3D Systems projet-5000型號的快速成型机，以可调扳手为例，探索了基于UG软件和光固化工艺的可调扳手模型的制作过程，为同类产品的开发制作提供了参考。

    1 建模与装配

    使用UG软件建立模型，可调扳手由固定钳口、活动钳口和开口调节螺母三个零件组成，其中固定钳口、活动钳口的功能为夹紧工件，开口调节螺母的功能为调节扳手开口大小，建模时需要将三个零件分开进行创建。通过UG实体建模模块分别建立好三个零件模型后，新建装配文档，根据各零件之间的相互装配关系，将零件装配为一个整体（如图1）。由于三维模型的数据不能直接导入快速成型系统中进行原型件制作。因此，将UG软件建立的装配体模型输出为STL标准格式。

    2 模型制作

    本次模型制作使用的是3D Systems projet-5000型号的快速成型机，模型制作过程分为前处理、成型过程和后处理三个部分。

    2.1 前处理

    projet-5000快速成型机的前处理包含模型布置、切片处理和设备检查三个步骤。其中，模型布置即布置模型的空间位置，需要将STL文件导入切片软件中，通过对具体模型的分析，选择最合适的打印位置进行放置，一般而言，需要将模型尽可能地平铺在打印平台上，并将模型的较大平面朝下放置，以节省打印时间和支撑材料。[4]切片处理即对布置好的模型生成加工数据，切片处理过程可以计算出模型的打印时间和材料消耗。设备检查包含三个环节：首先，检查活动打印平台是否平整，用手掌按压打印平台的四角以确认;其次，检查打印材料是否充足，材料不足需要更换，增加耗材;最后，检查废液收集装置是否堵塞，如果堵塞，就需要及时清理，否则打印过程中设备无法排出废液，设备容易损坏。

    2.2 成型过程

    projet-5000快速成型机的成型过程即为模型制作过程。[5]成型过程中，打印头在打印平台上横向移动，有选择地在固定区域喷射光敏树脂（成型材料）和石蜡（支撑材料）。喷射的同时，UV光对光敏树脂进行固化，石蜡则自然冷却固化。当完成一层模型的扫描过程后，活动打印平台下移一个分层高度，打印头重复上述打印过程，直至模型打印完成。

    2.3 后处理

    后处理包含冰柜冷冻、烘箱加热、油浴去蜡和水浴去油四个步骤：第一步冰柜冷冻，将表面黏附模型的活动打印平台放置在冰柜里冷冻20分钟，该步骤的作用为利用不同材料受冷收缩率不同的原理，更方便地将黏附在打印平台上的模型与打印平台分离;第二步烘箱加热，将烘箱温度调节至80℃，放入打印完成的模型加热20分钟，该步骤的作用为利用失蜡法将支撑材料石蜡从成型材料上分离;第三步油浴去蜡，将烘箱加热好的模型放入60℃油浴锅中加热20分钟，目的是进一步去除残留在模型表面孔槽处的石蜡;第四步水浴去油，通过超声波水浴锅，对油浴处理后的模型进行超声清洗，以去除其表面的油渍。后处理步骤完成后，模型制作完成，效果图如图2。

    参考文献：

    [1] 瞿娟，郁舒兰.表情包的形态语义分析和认知[J].戏剧之家，2019（04）：222-223.

    [2] 蔺秀媛，闫小星，尹太玉.多功能卧具设计分析[J].艺术科技，2019（07）.

    [3] 第烨，靳文奎.基于老年人怀旧倾向的交互产品设计研究[J].戏剧之家，2019（14）：141-143.

    [4] 高玲玲，徐伟.缩短有限定制沙发平均生产周期的方法研究[J].家具，2019，41（2）：13-17.

    [5] 姚月姝，祁忆青，王丹.冬季室内有害挥发物释放特征及防治措施[J].家具，2018，39（2）：11-14+23.

    作者简介：王琛，南京林业大学家居与工业设计学院实验师，主要研究方向：工业设计工程。