使用UG软件进行可控温成型平台设计

    何垚城+杨峰

    摘要：本文设计了一种新型的可控温成型平台，阐明了其设计原理，使用UG建立三维模型，并装配成可控温成型平台的虚拟样机模型，对于部分非标配件，使用3D打印机及其软件对UG软件输出的.st1格式文件直接进行切片和打印。

    关键词：UG；成型平台；可控温

    1简介

    纳米材料3D打印系统中，纳米材料需要固化成型。固化成型使用快速冷冻成型技术。美国科学家Ming C.LeU提出了快速冷冻成型技术（Rapid FreezePrototyping），此项技术是将材料逐层打印到工作平面上，工作平面的温度在-50℃～10℃之间，每层材料可以在0.3～0.7s之间固化成型。

    UG（Unigraphics NX）是西门子公司出品的一款产品设计软件，使用C语言进行编程，于1969年开始开发。它为用户的产品设计提供了数字化造型。它是一个交互式CAD/CAM（计算机辅助设计与计算机辅助制造）系统，产品设计应用模块功能非常强大，使用者可以轻松实现各种复杂实体的造型。目前已经成为三维造型设计的一款主流应用软件。

    UG软件的优势是可以提供更多的可选设计方案，效率高，且在开发过程中可以根据以往经验更早的做出关键性的判断，及时的改进设计，有效的降低新产品的开发成本。

    本文设计了一款新型可控温成型平台，平台体积小巧，可以应用于市场上各种规格的3D打印机。冷面的低温易于取得且可以精确控制。冷面的温度获取时间短，1min之内就可以获得理想的冷面温度。降低快速冷冻成型技术的难度和成本，可以根据流体的物理特性选择平台的温度。

    2设计过程

    可控温成型平台使用UG软件进行设计，需要使用到UG软件的草图设计、曲面造型、曲线造型和装配等功能模块。实体造型在建模应用模块中进行，通过“文件”中‘新建”启动“建模”，使用体素特征中的命令创建圆柱、正方体、球、圆锥和管道等，使用成形特征工具条中的草图、拉伸、回转、扫掠等建模工具，采用特征操作工具条中布尔运算和参数化设计等工具，对平台进行设计。设计结果如图1所示，主要包括水槽（a）、pehier（b）、冷却液分流管（c）、大功率MOS触发开关驱动模块（d）、继电器（e）、微型水泵（f）、水桶（g）、散热片（h）和主板（i）。

    其中水槽a和冷却液分离管c是非标零件，因为其特殊的形状和结构，无法在市场上买到合适配件，所以在使用UG软件完成水槽和冷却液分离管的建模后，可以方便的输出-stl格式文件，导JkMakerbot3D打印机切片软件中进行参数设置及切片，存入SD卡中，使用工业级FDM打印机Makerbot Z18打印零件。开发周期快，无需开发专用模具，成本非常低。

    如图2装配图所示，由直流电源给pehier供电，实现制冷的目的。通过主板的控制程序实现大功率MOS触发开关驱动模块控制继电器的通断，继而通过pehier两端的电流通断实现可控温成型平台的温度控制。将冷却液放入水桶中，使用微型水泵和水管实现冷却液从水槽到水桶的循环，带走散热器上的热量。

    本文通过UG软件设计的可控温成型平台的优点是：

    （1）UG软件建模功能强大，可以快速准确地建立起三维模型。

    （2）UG软件装配功能简单易用，可以直观的对整个设计进行验证。

    （3）UG软件可以直接输出3D打印机识别的-stl格式文件，直接打印。缩短样机的开发周期和成本。

    （4）使用UG软件修改设计方案简单，快速，成本低，效率高。3结论

    本文使用UG软件对一种新型可控温成型平台进行造型设计，说明了其设计原理，建立起三维模型，并裝配成可控温成型平台的虚拟样机模型。对于部分非标配件，使用3D打印机及其软件对UG软件输出的-stl格式文件进行切片和打印。UG软件简单易用，适用于新产品的设计和试制，效率高，成本低。