3D打印企業(yè)實例 課件 任務三 3D打印無人機葉片、任務四 3D打印瓷鳴音響

3D打印無人機葉片

3D打印學習任務三

工作情境描述

某玩具公司新開發(fā)了一款新的無人機，該無人載測試的過程中發(fā)現(xiàn)，如果機翼在飛行過程打到障礙物，機翼就會損壞，公司測試人員想利用逆向設計，打印出多付機翼，以便測試過程中能及時更換。便委托3D打印中心某高級工程師負責此任務，高級工程師依據(jù)產(chǎn)品要求制定設計任務書。明確產(chǎn)品材料要求、加工工藝要求，高級工師將此任務交付助理工程師具體實施。

助理工程師仔細閱讀產(chǎn)品任務書，依據(jù)設計任務書和逆向設計模型確認使用材料為ABS，便根據(jù)制要求定逆向設計打印流程，填寫設計任務書文檔，通知逆向設計設備管理部門，安排掃描，建模設計完成后，排包生產(chǎn)打印、后續(xù)處理檢測，完成后交付無人測試部門使用并獲得反饋。目錄1獲取無人機葉片逆向打印任務

2制定無人機葉片設計方案3采集無人機葉片模型數(shù)據(jù)4建立無人機葉片模型453D打印無人機葉片6無人機葉片后處理7無人機葉片任務評價學習活動1目錄1閱讀任務單，分析無人機組件逆向打印設計工作任務

2分析無人機組件的結(jié)構(gòu)特點3明確任務要求4確定合適掃描儀，并能進行掃描儀的標定

獲取無人機葉片逆向打印任務組建團隊及任務分工

學習活動1獲取無人機葉片逆向打印任務發(fā)放《任務單》

學習活動1獲取無人機葉片逆向打印任務圖

3-1無人機葉片實物任務分析

學習活動1獲取無人機葉片逆向打印任務

（1）加工產(chǎn)品名稱

，數(shù)量

，完成時間為

天。（2）此產(chǎn)品為無人機葉片是的

（A.機翼B.保護翼）。（3）此產(chǎn)品是

材料。（4）表面顏色是否需要使用顯影劑？為什么？

（5）根據(jù)產(chǎn)品你會選用

采集產(chǎn)品的數(shù)據(jù)（A.結(jié)構(gòu)光三維掃描儀B.關節(jié)臂掃描儀C.手持式激光掃描儀）（6）本產(chǎn)品的生產(chǎn)要求：

學習活動1獲取無人機葉片逆向打印任務根據(jù)任務的分析，對于產(chǎn)品的數(shù)據(jù)采集需要選用三維掃描儀，三維掃描儀其系統(tǒng)組成如圖3-2所示，通過光柵發(fā)射器，投射光柵；兩架CCD攝像機，拍攝圖像。對于光學系統(tǒng)來說，光學測量寫的制造和裝配必然存在誤差。因此，標定是根據(jù)掃描儀的特性，所有的掃描儀都需要標定。圖3-2系統(tǒng)組成框圖

學習活動1獲取無人機葉片逆向打印任務?避免掃描系統(tǒng)發(fā)生碰撞，造成不必要的硬件系統(tǒng)損壞或影響掃描數(shù)據(jù)質(zhì)量。?禁止碰觸相機鏡頭和光柵投射器鏡頭。?測量頭扶手僅在用于云臺對掃描頭做上下、水平、左右調(diào)整時使用。?嚴禁在搬運測量頭時使用此扶手。圖3-3測量頭

學習活動1獲取無人機葉片逆向打印任務?如圖3-4中①所指為控制云臺的螺桿，可以調(diào)節(jié)云臺

旋轉(zhuǎn)；?如圖3-4中②所指為控制云臺的螺桿，可以調(diào)節(jié)云臺

旋轉(zhuǎn)；?如圖3-4中③所指為控制云臺的螺桿，可以調(diào)整云臺

旋轉(zhuǎn)；

?如圖3-4中④所指為固定

的兩個螺絲，用來把

固定到云臺上圖3-4測頭云臺學習活動1獲取無人機葉片逆向打印任務表3-3掃描儀標定步驟步驟步驟圖解(1)擺放標定板-如圖的擺放，是否正確，為什么？（2）調(diào)整測頭的位置-側(cè)頭要擺正，左右偏差不要太大-對中十字線-盡可能多的看到標定板的小點學習活動1獲取無人機葉片逆向打印任務表3-3掃描儀標定步驟（3）根據(jù)標定提示，調(diào)整標定板的角度、測頭的角度、測頭的高度完成21位置的測量標定。（4）結(jié)果保存如果定標精度在合格范圍內(nèi)，點擊確定按鈕，系統(tǒng)會對攝像機進行定標。定標結(jié)果文件為“.\CalibData”目錄下的camera.bin文件。學習活動2制定無人機葉片設計方案目錄1敘述正向設計的流程

2掌握逆向設計的步驟3完成無人機組件的逆向設計方案的制定學習活動2

正向工程技術簡介

正向開發(fā)就是從市場調(diào)研開始，是從無到有的過程，是從未知到已知，從概念到實物的過程。圖3-5正向工程開發(fā)路徑制定無人機葉片設計方案學習活動2制定無人機葉片設計方案

逆向工程技術簡介

逆向工程(ＲeverseEngineering，ＲE)也稱作反求工程、反向工程、抄數(shù)等，是一種產(chǎn)品外形設計的再現(xiàn)過程，是許多產(chǎn)品原創(chuàng)產(chǎn)品技術中的必要環(huán)節(jié)。逆向“從有都無”的過程，即根據(jù)已有的產(chǎn)品模型，利用三維幾何數(shù)字化測量設備，準確、快速的測量出實物表面的三維坐標點。最后反向推出產(chǎn)品的設計數(shù)據(jù)，包括設計圖紙，數(shù)字模型。如圖3-6所示。逆向工程過程其中，實物逆向研究的主要內(nèi)容包括幾何形狀反求、結(jié)構(gòu)反求和材料工藝反求等。圖

3-6逆向工程過程請同學們根據(jù)圖3-6的理解連線圖3-7

3D打印實物原型數(shù)據(jù)獲取建立三維模型原始設計參數(shù)優(yōu)化

圖3-7逆向設計路徑圖學習活動2制定無人機葉片設計方案

學習活動2制定無人機葉片設計方案

產(chǎn)品名稱無人機葉片產(chǎn)品編號20170401數(shù)量（件）4創(chuàng)建時間

創(chuàng)建人

模型建立

選擇：

A.正向工程B.逆向工程C.SLSD.

Polyjet打印技術選擇：

A.SLAB.FDMC.SLSD.

Polyjet打印設備

選擇：

A.TPMB.

Objet500Connex3TMC.上海聯(lián)泰RS6000D.Einstart3D打印材料選擇：

A.

Vero系列B.

FullCureC.ABSD.PLA前端處理軟件

選擇：

A.

Slic3rB.

SolidView/ProRPC.

ObjetStudioTMD.CustomProprietary制定無人機葉片3D打印方案表3-4無人機葉片3D打印方案學習活動3采集無人機葉片模型數(shù)據(jù)目錄1能使用顯影劑正確的處理產(chǎn)品表面

2能正確使用標志點對產(chǎn)品進行標定3掌握掃描儀對產(chǎn)品進行數(shù)據(jù)采集使用4掌握GeomagicStudio優(yōu)化電云數(shù)據(jù)5導出點云數(shù)據(jù)學習活動3采集無人機葉片模型數(shù)據(jù)

無人機葉片掃描前的準備

圖3-8顯影劑的噴涂

噴粉：觀察發(fā)現(xiàn)無人機葉片表面為白色鏡面漆材質(zhì)，在不噴粉的狀態(tài)下也可進行掃描，但如果噴涂一層顯像劑掃描，掃描出的點云效果較好，所以我們選擇噴薄薄一層顯像劑。請觀察圖列出噴粉的注意事項：（1）如圖3-8所示噴粉時兩者之間的距離

（30cm40cm50cm）學習活動3采集無人機葉片模型數(shù)據(jù)

無人機葉片掃描前的準備

圖3-9顯影劑的噴涂效果

（2）如圖3-9所示噴涂表面要

（A厚且均勻B薄且均勻C無謂）學習活動3采集無人機葉片模型數(shù)據(jù)

粘貼標志點：因要求為掃描整體點云，所以需要粘貼標志點，以進行拼接掃描。請根據(jù)圖3-10列出標志點粘貼注意事項，觀察下圖回答問題（1）標志點盡量粘貼在平面區(qū)域（平面區(qū)域陡峭區(qū)域）或者曲率較?。ㄇ瘦^小曲率較大）的曲面，且距離工件邊界較遠(遠近)一些；（2）標志點粘貼要成為

（三角形四邊形直線），且不要粘貼對稱；（3）公共標志點至少為

3（3、4）個，但因掃描角度等原因，一般建議5-7個為宜；標志點應使相機在盡可能多的角度可以同時看到；（4）粘貼標志點要保證掃描策略的順利實施，并使標志點在長、寬、高均等。圖3-10粘貼標志點無人機葉片掃描前的準備

學習活動3采集無人機葉片模型數(shù)據(jù)

無人機葉片掃描

根據(jù)任務要求，本次掃描采用標志點拼接掃描。標志點拼接掃描是利用兩次拍攝之間的公共標志點信息來實現(xiàn)對兩次拍攝數(shù)據(jù)的拼接。使用標志點前，要對待測物體進行分析，在需要、合適的位置上貼上標志點，通過多次的掃描及拼接得到需要的數(shù)據(jù)。表3-5無人機葉片掃描步驟步驟步驟圖解(1)打開左右拍攝場景及光柵視窗

（2）新建工程：點擊“新建工程”后，在彈出的對話框中選擇需要的模式、建立工程目錄、輸入工程名稱

（3）點掃描控制：擺放掃描產(chǎn)品到掃描區(qū)域。投射十字光標在物體上，觀察左右鏡頭視窗，使光標都在中心位置以確定合適的物距。如圖所示紅色的為相機本身顯示的十字線，黑色的為光柵機投射出的十字線，當2個十字線重合時，則此時光柵機到被測物的距離最合適。

學習活動3采集無人機葉片模型數(shù)據(jù)

無人機葉片掃描（4）調(diào)整相機曝光時間和增益強度曝光時間調(diào)節(jié)：通過軟件來調(diào)整相機的曝光時間，曝光時間調(diào)節(jié)是調(diào)整整幅圖像的亮度。但曝光時間不可隨意調(diào)節(jié)，需按照技術人員的指導設定數(shù)值。增益強度調(diào)節(jié)：增益調(diào)節(jié)用來調(diào)整圖像的亮度、對比度。對不同物體顏色、不同外界光照條件下，通過調(diào)整增益能得到令人滿意的圖像效果

（5）掃描測量選選擇菜單“測量及拼接”/“標志點拼接掃描”或點擊圖標，掃描時，系統(tǒng)將在物體上投射一系列光柵，在攝像機視場中會有實時顯示；根據(jù)需要變換物體的位置或改變掃描儀的位置，點擊“掃描”，完成后點擊“拼接”，如此反復，直到將整個物體掃描完成。

（6）結(jié)果保存掃描完成后，在點云顯示窗口右擊，選擇“導出所有點云”，彈出以下對話框?qū)W習活動3采集無人機葉片模型數(shù)據(jù)

掃描數(shù)據(jù)優(yōu)化

GeomagicWrap所提供的業(yè)界功能最為強大的工具箱能夠?qū)?/p>

3D掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為3D模型用于下游處理。GeomagicWrap擁有強大的點云處理能力，能夠快速完成點云到三角面片的過程；軟件簡單易學，應用于藝術、雕塑、考古、醫(yī)學、玩具等自由曲面的領域。當啟動GeomagicWrap軟件后，將會出現(xiàn)如圖3-11所示的應用界面。請在空白出該界面的幾個部分。圖3-11GeomagicWrap操作界面學習活動3采集無人機葉片模型數(shù)據(jù)

掃描數(shù)據(jù)優(yōu)化

表3-6掃描數(shù)據(jù)優(yōu)化步驟步驟步驟圖解(1)點云優(yōu)化處理

去掉掃描過程中產(chǎn)生的雜點、噪音點；

將點云文件三角面片化（封裝），保存為STL文件格式。

（2）多邊形優(yōu)化處理

將封裝后的三角面片數(shù)據(jù)處理光順、完整；

保持數(shù)據(jù)的原始特征。

（3）數(shù)據(jù).STL導出學習活動4建立無人機葉片模型目錄1能導入STL格式文件

2能運用GeomagicDesignX軟件的坐標系建立功能3能運用GeomagicDesignX軟件的領域組功能4掌握GeomagicDesignX軟件的片面擬合功能5掌握GeomagicDesignX軟件的面片草圖功能6掌握GeomagicDesignX軟件的曲面修剪功能學習活動4建立無人機葉片模型

知識多知點GeomagicDesignX軟件擁有強大的點云處理能力和逆向建模能力，可以與其他三維軟件無縫銜接，適合工業(yè)零部件的逆向建模工作。軟件特點：l專業(yè)的參數(shù)化逆向建模軟件；l基于歷史樹的CAD建模；l基于特征的CAD數(shù)模與通用CAD軟件兼GeomagicDesignX的用戶界面如圖3-12所示，比較直觀、便于使用，而且是靈活、動態(tài)設計界面。用戶界面窗口和工具欄可以修改，可以使它們常顯示或在工具條區(qū)域點擊鼠標右鍵動態(tài)顯示。圖3-12GeomagicDesignX用戶界面學習活動4建立無人機葉片模型

根據(jù)任務要求完成無人機葉片的三維建模

表3-7無人機葉片的三維建模步驟步驟圖解(1)倒入STL格式數(shù)據(jù)在GeomagicDesignX菜單欄【插入】>【導入】，選擇【僅導入】（2）領域組的劃分在菜單欄點擊調(diào)整自動分割參數(shù)，完成領域劃分。完成分割后需要根據(jù)領域組的分割結(jié)果，按產(chǎn)品的同一平面原則使用【合并】【分離】等功能對領域組進行調(diào)整。

（3）建立坐標系-參照實物的裝配位置，利用點線面建立坐標系PS：檢查坐標系成功建立，此時可以把之前創(chuàng)建的參照點以及參照線刪除。使模型樹更便于操作。

學習活動4建立無人機葉片模型

根據(jù)任務要求完成無人機葉片的三維建模

表3-7無人機葉片的三維建模（4）葉片的構(gòu)建-使用【片面擬合】功能構(gòu)建葉片的上下兩個面；請思考構(gòu)建兩個葉面時需要注意什么？-使用【面片草圖】功能構(gòu)建葉片的四周輪廓曲線；-使用【曲面拉伸】功能構(gòu)建葉片四周的曲面；-使用【修剪】功能完成曲面的修剪；-使用【縫合】功能完成曲面的縫合，生成實體與下一步的

（5）連接圓柱的構(gòu)建-使用【面片草圖】功能完成上下兩個圓柱體的構(gòu)建-使用【圓形陣列】功能完成左右兩個葉片的構(gòu)建；思考：使用此功能時候需要做什么準備工作。-使用【布爾運算】功能完成圓柱體和葉片的結(jié)合。-使用【圓角】功能完成圓柱體和葉片的結(jié)合無人機部件。構(gòu)建卡槽-使用【面片草圖】、【拉伸實體】【布爾運算】功能完成圓柱體上卡槽的構(gòu)建。

學習活動4建立無人機葉片模型

根據(jù)任務要求完成無人機葉片的三維建模

表3-7無人機葉片的三維建模（6）建模精度檢查-根據(jù)任務書的精度要求使用【TM】功能完成對部件的分析。（7）組件的導出-使用【輸出】功能完成組件的輸出（如右圖所示）。請思考：組件的輸出數(shù)據(jù)格式選用原則是什么

學習活動4建立無人機葉片模型

無人機葉片的建?；卮鸨?-8的專業(yè)術語表3-8GeomagicDesignX中的術語模式

介紹

在面片模式中，可以修補并編輯面片境界與單元面/頂點。可以重新生成面片，以便用于FEM（有限元）分析、加工、RP等。也可以利用多種紋理編輯工具編輯面片的顏色和紋理。

在領域組模式中，可以自動將特征分割為彩色領域，也可以手動編輯領域組。

在面片草圖模式中，可以根據(jù)面片創(chuàng)建2D草圖，如直線、圓弧、圓等。創(chuàng)建的草圖將用于創(chuàng)建實體或曲面。

在草圖模式中，可以在沒有面片的情況下創(chuàng)建2D草圖，如直線、圓弧、圓等。該草圖模式與其他三維CAD建模軟件類似。

在3D面片草圖模式中，可以在面片上創(chuàng)建3D草圖。曲線可自動投影到面片上。

在3D草圖模式中，可以在3D空間中創(chuàng)建3D曲線。這些曲線可以用于創(chuàng)建曲面或?qū)嶓w。學習活動53D打印無人機葉片目錄2敘述FDM常用工藝材料，了SFDM設備3制定工作方案，正確排包4應用SolidView/ProRP2015.0x64軟件，處理數(shù)據(jù)5操作SLS快速成型設備1敘述FDM打印技術工作原理，區(qū)別FDM工藝優(yōu)缺點準備知識學習活動53D打印無人機葉片

FMD是一種不依靠激光作為成型能源、而將各種絲材（如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC等）加熱熔化進而堆積成型方法。--成形材料：

--制件性能：

--主要用途：

圖3-13FMD打印件學習活動53D打印無人機葉片

工作原理FDM工作原理圖FDM熔融擠壓成型是將材料在加熱噴頭融化后，通過動輪擠壓出來進行堆積，瞬間固化，堆積出實物的來。

成型設備Einstart3D打印機攜帶方便、操作簡單。只需要按幾個按鍵，就可以很容易地制造出自己喜歡的模型。該打印機的原理是首先將打印材料高溫熔化擠出并迅速凝固，因而打印出的模型結(jié)實耐用。。

打印材料FDM打印機使用的耗材——絲狀熱塑性材料，最常用的是ABS、PLA塑料。SLS工藝特點優(yōu)點：1、構(gòu)造原理和操作簡單，維護成本低，系統(tǒng)運行安全。2、材料性能是主要優(yōu)點，ABS原型強度可以達到注塑零件的1/3。3、可以成型任意復雜程度的零件。4、原材料利用率高，且材料壽命長，以材料卷的形式提供，易于搬運和快速更換。5、支撐去除簡單，無需化學清洗，分離容易。6、多用于概念設計的三維打印機對原型精度和物理化學特性要求不高，便宜的價格是其能否推廣開來的決定性因素。缺點：1、成型精度較低，成型件的表面有較明顯的條紋；2、需要設計與制作支撐結(jié)構(gòu)；3、成型速度相對較慢表3-9FDM工作原理學習活動53D打印無人機葉片

打印步驟步驟步驟圖解（1）安裝平臺放置平臺，平臺采用磁力吸附，只需將3個突出點對應下方的凹槽放下即可，確保平臺放平。思考：為了便于分離打印件，我們可以在平臺上加什么呢？

（2）安裝打印絲根據(jù)產(chǎn)品要求，選擇打印材料的顏色，保證材料的頭部整齊后，順著打印機的送線管插入到打印噴頭接線口。思考：如果打印噴頭已經(jīng)有打印線在里面怎么取出？表3-10無人機葉片打印步驟學習活動53D打印無人機葉片

打印步驟步驟步驟圖解（3）打印機初始化-開機：打開電源開關，長按“”鍵3秒后，出現(xiàn)開機界面。-菜單：開機后，直接按“”按鈕進入“快捷操作”，如圖所示。-進絲：在“快捷操作”按“”鍵開始進絲。到達設定溫度后，進絲會自動開始，如下圖所示。-停止進絲：當溫度到達后，會一直進絲。您可以按“”停止，如圖

所示。

（4）導入無人機葉片模型-打開軟件，點擊

導入打印機模型。-“”按鈕：將模型移動到平臺中心表3-10無人機葉片打印步驟學習活動53D打印無人機葉片

打印步驟步驟步驟圖解（5）設置打印參數(shù)，生成打印路徑點擊

路徑生成按鈕，按鈕對路徑生成設置的參數(shù)進行配置。程序?qū)⒏鶕?jù)您上一次的設置來生成路徑。默認設置下，程序?qū)⑹褂谩皹藴省迸渲蒙陕窂健?/p>

（6）打印點擊向?qū)^(qū)的“”按鈕，開始打印。開始打印后，界面將會更新，向?qū)^(qū)將會增加“”按鈕，狀態(tài)與設置區(qū)將會增加“”按鈕。表3-10無人機葉片打印步驟學習活動6無人機葉片后處理目錄1無人機組件后處理；

2使用打磨機；無人機葉片后處理學習活動6無人機葉片后處理

無人機葉片屬于薄壁結(jié)構(gòu)，螺旋角度的葉面都是懸空，采用逐層堆疊方式成型的3D打印技術也必需遵循平衡原理，因此有些模型的打印為了保持平衡是需要支撐結(jié)構(gòu)的。

一般情況下，支撐結(jié)構(gòu)使用的材料與模型的材料是不同的，它采用的是容易去除的特殊材料，目前市面上3D打印機比較容易去除的支撐材料有：可以溶于水的凝膠狀支撐材料、可溶于堿性溶液的支撐材料、可溶于酒精的支撐材料等。采用這些特殊材料作為支撐結(jié)構(gòu)的3D打印模型，只要把它放入到水、堿性溶液或者酒精等特定溶液中就可以自行脫掉支撐了，除去支撐結(jié)構(gòu)需要小心細致，借助小刀、鉗子等工具人工去除了，處理的時候要特別小心以免損壞模型，那些毛邊可以通過打磨拋光進一步處理。為了打印組件的平衡，需對打印件進行打磨處理。無人機葉片后處理學習活動6無人機葉片后處理

表3-11無人機葉片后處理步驟步驟步驟圖解(1)去支撐支撐的情況跟打印時候的打印設置

小提示：葉片的外部支撐由于葉片比較薄，部分支撐與葉面粘結(jié)在一起，可以用小刀小心去除。用小刀去除時，對于切除部分的操作謹慎，以免對工件的結(jié)構(gòu)造成變形破壞。（2）打磨

小提示：由于葉片是安裝到無人機機翼上的，是一個動平衡的組件，在打磨的時候需要注意左右兩邊的平衡，使得飛行更加平穩(wěn)。（3）安裝試飛

小提示：該結(jié)構(gòu)是和無人機機翼的連接孔，六角形結(jié)構(gòu)是與金屬件連接一起的，處理的時候注意不能變形，不能過小也不能多大，注意裝配間隙。葉片有兩個對不同旋向，安裝的時候需按照說明書安裝，避免設備損壞。

學習活動7無人機葉片任務評價目錄1鍛煉表達能力

2檢驗工作任務完成效果3學會正確客觀地進行評價

學習活動

無人機葉片任務評價

1.小組展示無人機葉片2.三方評價3.無人機葉片工作小結(jié)評價項目考核內(nèi)容考核標準配分小組評分教師評分企業(yè)評分總評任務完成情況評定（80分）任務分析正確率100%分；正確率80%分；正確率60%分；正確率<60%分；5

注：此項企業(yè)只需填寫一個總分

逆向合理10分；基本合理6分；不合理0分10

建模規(guī)范、熟練10分；規(guī)范、不熟練5分；不規(guī)范0分10

數(shù)據(jù)處理參數(shù)設置正確20分；參數(shù)設置不正確0分；20

快速成型操作規(guī)范、熟練10分；操作規(guī)范、不熟練5分；操作不規(guī)范0分25

加工質(zhì)量符合要求20分；加工質(zhì)量不符合要求0分后處理處理方法合理5分；處理方法不合理0分10

操作規(guī)范、熟練10分；操作規(guī)范、不熟練5分；操作不規(guī)范0分職業(yè)素養(yǎng)（20分）勞動保護按規(guī)范穿戴防護用品每違反一次，扣5分，扣完為止

紀律不遲到＼不早退＼不曠課＼不吃喝＼不游戲表現(xiàn)積極、主動、互助、負責、有改進精神等6S規(guī)范是否符合6S管理要求總分

學生簽名教師簽名

日期表3-12評價表工作任務名稱：感謝您的觀看3D打印3D打印瓷鳴、手機共鳴音箱學習任務四工作情境描述公司的主打產(chǎn)品“瓷鳴·手機共鳴音箱”的設計已接近了尾聲，為進行進一步的測試該產(chǎn)品的性能，公司要求測試部門進行計算機建模及快速成型以方便進行測試，經(jīng)研究決定利用SLA技術進行快速成型工作。目錄/CONTENT04應用Magics軟件，處理數(shù)據(jù)03

能用CAD軟件將設計理念表達出來02能根據(jù)需求進行產(chǎn)品設計閱讀任務單，表述瓷鳴·手機共鳴音箱打印工作任務01

07

瓷鳴?手機共鳴音箱任務評價06SLA產(chǎn)品處理05

了解SLA技術的原理和利用SLA技術打印

閱讀任務單，表述瓷鳴·手機共鳴音箱打印工作任務01

1.組建團隊及任務分工團隊名稱團隊成員工作任務

團隊LOGO

閱讀任務單，表述任務2.發(fā)放《任務單》閱讀任務單，表述任務產(chǎn)品名稱瓷鳴·手機共鳴音箱編號

時間5天序號零件名稱規(guī)格圖形數(shù)量（件）設計要求1瓷鳴·手機共鳴音箱

自行設計1改變iPhone手機音箱放音方向，適應桌面欣賞；放大iPhone音量；2

備注請在指定時間內(nèi)完成完成日期

生產(chǎn)數(shù)量套1生產(chǎn)部經(jīng)理意見(同意生產(chǎn))日期了解瓷鳴、手機共鳴音箱瓷鳴·手機共鳴音箱（以下簡稱音箱，如圖2-1所示）由「器道」品牌創(chuàng)始人李鋒設計，獲2013年德國紅點設計概念獎，2015年獲中國工業(yè)設計界最高獎-紅星獎。用戶在使用共鳴音箱時，只要打開手機的音樂，將手機放入音箱，手機播放的音樂，通過聲音入口進入共鳴腔，在此形成共鳴，從而增大了音量、加重了低音，并從左右兩個出聲口傳出，進而使單孔出聲的iPhone形成了立體聲效果（如圖2-2所示）。閱讀任務單，表述任務圖2-1瓷鳴·手機共鳴音箱圖2-2共鳴音箱原理示意

從自然擴音效果和低碳環(huán)保的角度來考慮，音箱選擇陶瓷材料制成。陶瓷質(zhì)地堅實細密、表面光滑，敲擊聲清脆悅耳，具有獨特的音質(zhì)和音色，自古就是制作樂器的良好材料（如圖2-1所示）。但音箱從設計到產(chǎn)品，需要經(jīng)過對形態(tài)、尺度、重心、出音孔朝向、手機的放置位置和角度進行反復的計算和測試，而陶瓷器具制作工藝復雜、價格較高、制作時間較長，用作測試產(chǎn)品略顯費時費力。材料的選擇閱讀任務單，表述任務3D打印的作用3D打印模型用于測試，可以很好的解決這個問題。3D打印模型可以較為精準地還原設計細節(jié)，通過反復測試，可以幫助優(yōu)化產(chǎn)品設計。同時在節(jié)約制作和時間成本上也有很大的優(yōu)勢，可以有效地提高了設計效率，加快產(chǎn)品的實用化和商業(yè)化的進程。利用3D打印技術，可在產(chǎn)品開發(fā)過程中快速得到產(chǎn)品的樣機，以提供設計驗證與功能驗證，檢驗產(chǎn)品可制造性和可裝配性等。共鳴音箱結(jié)構(gòu)相對簡單，但需要較為光滑的表面，因此選擇激光立體光固化（SLA）的快速成型方法來進行模型制造。閱讀任務單，表述任務

02能根據(jù)需求進行產(chǎn)品設計人機位置關系圖2-3人機位置關系示意圖

手機共鳴音箱，在設計之初，首要考慮的就是音箱和使用者之間的位置關系。根據(jù)現(xiàn)實的使用情景分析，手機在使用音箱播放音樂的情況下，一般放置在桌面上，所以在設計音箱是要特別考慮人耳與聲源的位置關系（如圖所示）。根據(jù)需求進行產(chǎn)品設計可以看出：①聲音的傳播相對于人耳來說是要傾斜

（向上/向下）。②手機屏幕相對于人眼來說也是要傾斜

（向上/向下）。繪制概念圖（概念圖繪制）根據(jù)需求進行產(chǎn)品設計參考概念圖

瓷鳴?手機共鳴音箱參考圖請畫出你的概念圖根據(jù)以上分析的使用環(huán)境、條件以及使用體驗，繪制出概念圖表2-3概念圖繪制瓷鳴?手機共鳴音箱參考圖概念圖解析根據(jù)需求進行產(chǎn)品設計剖析概念圖，可以明確并最終形成對手機音箱組成和結(jié)構(gòu)的設計（如圖所示）。圖2-4手機音箱組成和結(jié)構(gòu)的設計參考圖試一試：本次設計的手機音箱包括：1.手機座槽，作用是

放置手機

；2.聲孔，作用是

；3.聲道，作用是

；4.底墊，作用是

。外形設計的兩個關鍵問題根據(jù)需求進行產(chǎn)品設計（1）要滿足用戶收聽的需求根據(jù)用戶使用環(huán)境分析，考慮到前述的設計構(gòu)想和主題，手機音箱的外形應該采用______________（弧形/方形）外觀，弧形由環(huán)形切割而來（如圖所示）。切割的形狀決定了聲道的位置。圖2-5手機音箱外形設計圖外形設計的兩個關鍵問題根據(jù)需求進行產(chǎn)品設計（2）滿足穩(wěn)固性的需求圖2-7聲道位置設計手機音箱必須有一定的____________才能對準用戶的耳朵，順利聽到音樂?？紤]到手機音箱傾斜后就會造成不穩(wěn)定，需增加底墊來穩(wěn)定手機音箱，底墊的角度決定了手機音箱的傾斜____________。從Z中心環(huán)可以看出底墊和手機座槽所處的位置（如圖2-6所示）。底墊的位置巧妙的讓瓷鳴站立起來，使傳聲道可以傾斜向上（如圖2-7所示）。圖2-6

手機座槽位置和底墊的關鍵繪制手機音箱三視圖根據(jù)需求進行產(chǎn)品設計參考視圖平放

底墊作用

左視圖

前視圖

請草繪出設計的三視圖表2-4

手機音箱三視圖1本次課程結(jié)束后，有iPhone的同學覺得好開心，用其他品牌手機的同學覺得很不公平，請考慮一下，此設計是否只能用于iPhone呢？任務拓展

能用CAD軟件將設計理念表達出來03

建模一般流程

實體建模就是利用實體模塊所提供的功能，將二維輪廓圖延伸成為三維的實體模型，然后在此基礎上添加所需的特征，如抽殼、鉆孔、倒圓角等。用CAD軟件將設計理念表達出來

依據(jù)產(chǎn)品2D圖，可將手機音箱拆分如圖2-9所示，由圖可知其三維模型設計過程可按以下步驟進行：1)創(chuàng)建手機音箱主體，其形狀是一段弧形圓環(huán)。2)創(chuàng)建手機座槽及音箱放置平面。3)細節(jié)設計，主要包括抽殼、音響孔及圓角設計。

圖2-9

瓷鳴設計拆分圖圖2-10

瓷鳴3D模型圖用CAD軟件將設計理念表達出來音箱主體手機座槽細節(jié)設計Inventor常用命令創(chuàng)建二維草圖在零件的平面/工作平面上或部件的工作平面上創(chuàng)建二維草圖。用CAD軟件將設計理念表達出來直線創(chuàng)建線和圓弧單擊起點和終點定義線。切線或垂線和圓弧需要連續(xù)的幾何圖元。

橢圓制定中心點。使用光標指定第一個軸與圓心的距離。然后指定第二個軸與圓心的距離。

旋轉(zhuǎn)

通過繞軸旋轉(zhuǎn)一個或多個草圖截面輪廓來創(chuàng)建特征或?qū)嶓w。

拉伸通過將深度添加到開放或閉合的截面輪廓或面域來創(chuàng)建拉伸特征或?qū)嶓w。

分割分割零件面、修剪和刪除零件的剖面或?qū)⒘慵指顬槎鄠€實體。

抽殼從零件內(nèi)部去除材料，創(chuàng)建一個具有制定厚度的空腔。

圓角為一個或多個邊或面增加圓角或圓邊。用CAD軟件將設計理念表達出來繪制過程用CAD軟件將設計理念表達出來音箱主體1、選擇YZ平面作為草圖平面

2、在YZ平面上繪制草圖

3、將繪制好的橢圓繞軸線旋轉(zhuǎn)

4、得到實體后，將第一個草圖共享

5、在環(huán)狀物中心做工作平面6、得到工作平面

7、做切割草圖

8、將草圖拉伸成切割面

9、用分割面分割實體

10、生成瓷鳴·手機共鳴音箱初步輪廓用CAD軟件將設計理念表達出來繪制過程手機座槽11、在YZ平面繪制底座草圖

12、利用拉伸功能切割出瓷鳴·手機共鳴音箱底座

13、在YZ平面繪制手機座槽底面草圖，拉伸成工作平面

14、拉伸后得到工作平面

15、在該工作平面上做手機座槽底部草圖16、減料拉伸并增加錐度方便放入手機

細節(jié)設計17、抽殼選擇兩端作為開口面抽殼厚度設為4

18、增加R2圓角

19、減料拉伸出聲孔

20、完成

2在步驟2中，橢圓的軸線是否一定要傾斜呢？請討論并嘗試鉛垂軸線的做法。任務拓展

04應用Magics軟件，處理數(shù)據(jù)什么是數(shù)據(jù)處理設計完成，首先要將三維數(shù)模設計文件轉(zhuǎn)化輸出成快速成型設備能夠運行的數(shù)據(jù)文件，這就_______________。

數(shù)模分層處理軟件可以看做數(shù)模和快速制造之間的橋梁，擁有對數(shù)據(jù)檢查、修復、優(yōu)化和分層處理等功能。數(shù)據(jù)處理技術對數(shù)模進行分層處理，并將其處理成層片文件格式后送入3D打印設備，3D打印設備接受數(shù)據(jù)處理后的層片文件即可開始進行快速成型制造。應用Magics軟件，處理數(shù)據(jù)本例中使用的數(shù)據(jù)處理軟件是比利時Materialise公司推出的Magics（如圖2-11所示）專業(yè)STL文件處理軟件。Magics一直都是最理想的、最完美的STL文件解決方案，它為處理平面數(shù)據(jù)的簡單易用性和高效性確立了標準，提供先進的、高度自動化的STL操作，從步入3D打印行業(yè)以來依靠源源不斷的創(chuàng)新，為工業(yè)產(chǎn)業(yè)以及醫(yī)療應用方面做出了巨大貢獻，是用戶心中3D打印必備軟件。Magics軟件圖2-11

Materialise公司產(chǎn)品介紹應用Magics軟件，處理數(shù)據(jù)

Magics軟件使用過程

導入文件

導入三維數(shù)據(jù)模型在Magics中導入設計數(shù)模，導入方式很簡單。

檢查修復

對導入數(shù)據(jù)進行診斷和修復將音箱的數(shù)模放置在虛擬的加工平臺上，打開修復向?qū)?，對零件的?shù)模進行診斷和修復。三維數(shù)模從模態(tài)到數(shù)字的轉(zhuǎn)化，會不可避免地產(chǎn)生一些錯誤，常見的錯誤有法向錯誤、間隙錯誤、特征丟失錯誤等。Magics的修復向?qū)Чδ軓姶?，可以輕松修復翻轉(zhuǎn)三角形、壞邊、洞等各種缺陷，軟件自動進行分析和修復，使之成為完好的STL文件。應用Magics軟件，處理數(shù)據(jù)

Magics軟件使用過程零件擺放

音箱模型在加工平臺上的初步擺放作為單獨制造的零件，音箱模型放置在加工平臺中央即可，至于具體擺放角度和方向會根據(jù)零件結(jié)構(gòu)及支撐結(jié)構(gòu)來確定。

生成支撐水平方向在快速成型制造中，大多數(shù)零件都需要用到支撐。支撐的作用不僅僅是支撐零件提供附加穩(wěn)定性，也是為了防止零件變形。零件變形可能是由于熱應力、過熱或者添加材料時刮板的橫向擾動引起的，通過支撐結(jié)構(gòu)，以最少的接觸點完成熱量傳遞，可以獲得表面質(zhì)量較好的零件，也方便零件的后處理。豎直方向Magics有自動生成支撐的功能模塊，可以自動、簡單、快捷地生成支撐結(jié)構(gòu)，支撐的適用性和可靠性對于零件的最終表面質(zhì)量至關重要。

傾斜方向在生成支撐前，需要設置零件的加工方向，加工方向決定著支撐的生成，而支撐會對表面質(zhì)量帶來影響，這一點在立體光固化中尤為明顯。首先設置的是零件的加工底面。應用Magics軟件，處理數(shù)據(jù)

Magics軟件使用過程以音箱較為平滑的底面作為設置底面水平放置，支撐水平架構(gòu)在音箱底部，但是底部的支撐結(jié)構(gòu)較薄且豎直放置，在制件取出和后處理時較難進行，不易移除，在去除支撐的過程中有破壞零件的風險。

以豎直方向放置，產(chǎn)生的支撐最少，有利于節(jié)省支撐材料，但是支撐相對不夠穩(wěn)定，可能會在加工過程中出現(xiàn)變形，也不是合適的選擇。

綜合以上兩種方向的優(yōu)點，選擇一定角度傾斜放置音箱模型，增加底部支撐的厚度和寬度，提高支撐的穩(wěn)定性。并且通過創(chuàng)建帶角度的支撐，降低后處理的復雜性。重新選好底面后自動生成支撐結(jié)構(gòu)。水平方向放置的音箱模型的支撐結(jié)構(gòu)垂直方向放置的音箱模型的支撐結(jié)構(gòu)傾斜方向放置的音箱模型的支撐結(jié)構(gòu)應用Magics軟件，處理數(shù)據(jù)

Magics軟件使用過程應用Magics軟件，處理數(shù)據(jù)

支撐創(chuàng)建完成后預覽，觀察支撐是否合理，如不合理要刪除相關支撐，重新調(diào)整零件的擺放及角度，然后再次生成支撐預覽，直至滿意。Magics還有支撐修改、增加、刪除、查看等功能，使用者可以根據(jù)實際需求和經(jīng)驗對自動生成的支撐進行修改、刪除等操作。支撐結(jié)構(gòu)的類型有塊類支撐、柱類支撐等多種，為用戶提供更多的選擇，依照實際需求和加工條件選擇合適的支撐結(jié)構(gòu)。支撐結(jié)構(gòu)確認好后，要進行保存和輸出的工作。

切片處理打開切片對話框，設置相關參數(shù)。修復參數(shù)采用默認值即可，不用改動。設置切片參數(shù)，其中切片厚度即激光成型每掃描一層固化的厚度，對話框中兩處切片厚度的數(shù)據(jù)要保持一致。設置完畢后，可以預覽整個加工過程，確認無誤后選擇合適的保存位置保存生成的*.cli及*_s.cli兩個文件，并將切片生成的文件按機器型號拷貝至相應的文件夾，至此整個數(shù)據(jù)處理過程就完成。

Magics支撐功能列表及各項參數(shù)

Magics切片功能對話框及相關參數(shù)3在學習活動3（瓷鳴?手機共鳴音箱建模）中，橢圓的軸線傾斜或者鉛垂，對數(shù)據(jù)處理是否有影響呢？任務拓展

了解SLA技術的原理和利用SLA技術打印05

01

SLA(StereoLithographyApparatus，光敏樹脂選擇性固化)，是最早被提出并商業(yè)化應用的快速成型技術。1986年美國的CharlesWHull博士首次在他的博士論文中提出用激光照射液態(tài)光敏樹脂,固化分層制作三維物體的快速成形概念,并申請了專利。

了解SLA技術的原理

SLA打印技術簡介02

SLA工作原理

打印機結(jié)構(gòu)

SLA工藝是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合原理工作的。樹脂槽中注滿成型用光敏樹脂，激光器按給定的零件各分層截面的信息，對截面進行掃描，被掃描區(qū)域的光敏樹脂發(fā)生光聚合反應而固化。一層固化完畢后，工作臺下降，在涂覆機構(gòu)(刮板)的配合下，在原先已固化的樹脂表面上均勻地涂覆上一層新的液態(tài)樹脂。了解SLA技術的原理

SLA工作原理

SLA工作原理

激光束對新一層樹脂進行掃描固化，使新固化的一層牢固地粘合在前一固化層上。重復以上步驟，直至零件制作完畢。使工作臺上升，取出工件進行清洗、后固化以及表面光潔處理后即可最終完成零件的制作。02了解SLA技術的原理

SLA工作原理

03

SLA工藝特點

SLA工藝特點優(yōu)點影響力發(fā)展時間最長，工藝最成熟，應用最廣泛。在全世界安裝的快速成型機中，光固化成型系統(tǒng)約占60%。速度快成型速度較快，系統(tǒng)工作穩(wěn)定。從CAD設計到完成原型制作通常只需幾個小時到幾十個小時，加工周期短，相對于傳統(tǒng)的制模到加工可節(jié)約70％以上時間。具有高度柔性表面光潔度高（表面Ra＜0.1μm）適應于加工各種形狀的零件，制造工藝與零件的復雜程度無關，無需專用夾具或工裝即可完成制造過程。精度高能制作非常精密的結(jié)構(gòu)，包括多種薄壁結(jié)構(gòu)，表面質(zhì)量良好。每層固化時側(cè)面及曲面可能出現(xiàn)臺階，但整體仍能呈現(xiàn)玻璃狀的效果可以加工結(jié)構(gòu)外形復雜或使用傳統(tǒng)手段難于成型的原型和模具表面質(zhì)量好表面質(zhì)量好，比較光滑：適合做精細零件。集成化成型過程高度自動化，后處理簡單（點支撐，易去除）；材料利用率接近100%。缺點需要設計支撐結(jié)構(gòu)支撐結(jié)構(gòu)需要未完全固化時去除，容易破壞成型件。制造和維護成本較高設備造價高昂，而且使用和維護成本都不低。SLA系統(tǒng)需要對液體進行操作的精密設備，對工作環(huán)境要求苛刻。輕微毒性光敏樹脂有輕微毒性，對環(huán)境有污染，對部分人體皮膚有過敏反應。材料價格貴樹脂材料價格貴，但成型后強度、剛度、耐熱性都有限，不利于長時間保存。成型件可加工性差由于材料是樹脂，溫度過高會熔化，工作溫度不能超過100℃。且固化后較脆，易斷裂，可加工性不好。成型件易吸濕膨脹，抗腐蝕能力不強。了解SLA技術的原理04

發(fā)展現(xiàn)狀目前研究SLA方法的有3DSystems公司、EOS公司、ZCorporation、CMET公司、D-MEC公司、TeijinSeiki公司、MitsuiZosen公司、西安交通大學和華中科技大學等。美國3DSystems公司的SLA技術在國際市場上占的比例最大。3Dsystem公司：其設備自1988年推出SLA-250機型以后，在技術上有了長足進步，近幾年推出的SLA-3500和SLA-5000機型使用半導體激勵的固體激光器，掃描速度分別達到2.54m/sec和5m/sec，成型層厚最小可達0.05mm，該公司于1999年推出的SLA-7000機型與SLA-5000機型相比，成型體積雖然大致相同，但其掃描速度卻達9.52m/sec，平均成形速度提高了4倍，成形層厚最小可達0.025mm，精度提高了一倍。了解SLA技術的原理

05SLA設備

SLA設備

聯(lián)泰三維RS60003D打印機采用振鏡掃描技術，掃描速度快,加工效率高，負壓吸附式刮板，涂層均勻可靠，掃描路徑自動化，自動工藝參數(shù)，便拆式工作臺，操作方便。

音響面板設計驗證打印效果利用SLA技術打印06

主要有四大系列：Ciba（瑞士巴塞爾）公司生產(chǎn)的CibatoolSL系列，Dupont(美國杜邦)公司的SOMOS系列，Zeneca（英國捷利康公司）公司的Stereocol系列，