II鼠標(biāo)外殼的曲面設(shè)計(jì)和3D打印材料的選擇分析案例第1章鼠標(biāo)外殼的曲面設(shè)計(jì)與實(shí)體鼠標(biāo)造型相比，曲面建模并沒有完全的參數(shù)化。一般來說，構(gòu)件的曲面設(shè)計(jì)通常是先用草圖曲線或空間曲線來繪制模型的骨架曲線，之后再用曲面造型的方法為所創(chuàng)建的曲線構(gòu)建曲面，再利用拼接等工具將這些曲面轉(zhuǎn)為一個(gè)完整的曲面組，最后將整個(gè)曲面組轉(zhuǎn)換一個(gè)模型。本文通過用草圖曲線，鏡像曲線，通過曲線網(wǎng)，剪裁體，縫紉，加厚，拉伸等特征命令來創(chuàng)建鼠標(biāo)外殼的三維模型。如圖1所示，它是鼠標(biāo)蓋的骨架曲線，圖2是鼠標(biāo)蓋的零件模型。圖1骨架曲線圖2零件模型1.1鼠標(biāo)蓋骨架曲線的設(shè)計(jì)創(chuàng)建鼠標(biāo)骨架曲線1，在“插入”菜單欄的“任務(wù)環(huán)境”中選擇草圖，在彈出的對話框中，默認(rèn)XC為草圖平面，單擊“確定”（或鼠標(biāo)中鍵）進(jìn)入草圖工作面。繪制草圖1，在草圖軟件欄中，單擊［樣條］命令繪制樣條曲線，如圖3所示。單擊［確定］按鈕（或按鼠標(biāo)中鍵）退出［樣條］對話框。從圖中我們可以看出曲線不是很平滑，所以我們需要改善它。雙擊初步草圖曲線1并選擇[分析]——[曲線]——[曲率疏]命令以在圖形區(qū)域中顯示草圖曲線的曲率稀疏。拖動草圖曲線的控制點(diǎn)以平滑其曲率，如圖4所示。要取消曲率稀疏顯示，需要再次選擇[曲率疏]命令，然后單擊［OK］按鈕（或按鼠標(biāo)中鍵）關(guān)閉［樣條］對話框。在草圖工具欄中，點(diǎn)擊[鏡像曲線]命令，選擇剛剛繪制為鏡像曲線的草圖曲線，鏡像中心線為X軸。單擊［確定］完成鏡像曲線的創(chuàng)建。最后，單擊［完成］按鈕（或快捷鍵q）退出草圖并顯示鼠標(biāo)骨架框架曲線1以完成構(gòu)建，如圖5所示。圖3初步草圖1圖4草圖1的曲率疏圖5草圖1（建模環(huán)境）圖6鼠標(biāo)蓋主體曲面1.2創(chuàng)建鼠標(biāo)蓋的其余骨架曲線骨架曲線中其他曲線的構(gòu)造與曲線1類似，因此不詳細(xì)說明其他曲線構(gòu)造。1.3創(chuàng)建鼠標(biāo)蓋主體曲面選擇菜單欄“通過曲線網(wǎng)絡(luò)插入網(wǎng)格面”命令，系統(tǒng)會自動彈出通過曲線網(wǎng)絡(luò)對話框。如圖1所示，順次選擇曲線2，3，4作為主曲線，點(diǎn)擊中間按鈕切換，注意方向相同。再次點(diǎn)擊中鍵后，選擇曲線5和曲線1作為交叉曲線，點(diǎn)擊中鍵確定，注意同一方向。其他參數(shù)為默認(rèn)值。因此，在使用貫通曲線網(wǎng)命令時(shí)，必須注意主曲線方向和橫曲線，防止曲面變形。確認(rèn)之后，您可以創(chuàng)建鼠標(biāo)蓋的表面，如圖6所示。圖7草圖5的曲率疏為繪制如圖7所示的初步草圖5，我需要選擇XZ平面作為草圖平面，一起對曲線和曲率疏進(jìn)行光順處理分析，使其曲率疏性呈現(xiàn)如圖7所示的光滑形狀，解除曲率疏顯示以完成草圖。點(diǎn)擊【插入】，【曲面】，【有界平面】命令，系統(tǒng)彈出對話框，在圖形區(qū)選擇如圖7所示的曲線，點(diǎn)擊左鍵完成有界平面的創(chuàng)建。在［插入］菜單欄中選擇[關(guān)聯(lián)]——[鏡像體]命令，選擇為鏡像體對象創(chuàng)建的有界平面，為鏡像平面選擇新平面，為指定平面選擇ZC，XC平面，并確認(rèn)，如圖7所示。1.4修剪鼠標(biāo)蓋的曲面在[插入]菜單欄中選擇[修剪]——[修剪片體]命令來修剪鼠標(biāo)蓋的主外表和側(cè)表面，如圖9所示。a）鏡像前b）鏡像后圖8鏡像體圖9修剪后特征1.5曲面縫合和加厚單擊“插入”菜單欄中的“組合縫合”指令。在彈出對話框中，選擇切片類型，選目標(biāo)實(shí)體，之后選擇工具實(shí)體。確定后，完成表面縫合。在菜單欄［插入］中選擇[偏置/縮放]——[加厚]命令，系統(tǒng)將彈出板材加厚對話框，加厚對象，選擇縫合曲面，輸入偏值1，變化方向，確定完成曲面加厚操作。鼠標(biāo)外殼的實(shí)體建模使用拉伸和邊緣圓角命令來完成鼠標(biāo)蓋模型的創(chuàng)建。第2章3D打印材料的選擇2.13D打印工藝材料的選擇3D打印技術(shù)起源于美國的快速成型技術(shù)。其技術(shù)的基本原理是：先數(shù)字分層后物理分層，即首先建立打印作品的數(shù)字模型，進(jìn)行數(shù)字分層，實(shí)行每一層的二維加工路徑或軌跡。然后，選擇適合的材質(zhì)和相應(yīng)的加工方法，并在上述的數(shù)字路徑的驅(qū)動下逐層打印，最終完成打印模型。3D打印技術(shù)不同于傳統(tǒng)的加工模具的方法，它一種日益成熟的加工方法，其大大提高了材料的利用率，顛覆了傳統(tǒng)制造方法的革命性制造技術(shù)。在我國3D打印被稱為增材制造技術(shù)。三維打印技術(shù)不僅具有較高的處理靈活性而且市場反應(yīng)速度快速，在工業(yè)生產(chǎn)，航空航天，建筑，藝術(shù)，動畫模型，影視模型等領(lǐng)域都得到了很好的應(yīng)用。目前，國內(nèi)外3D打印領(lǐng)域有近20種不同的處理系統(tǒng)。其中，最典型，最成熟的技術(shù)有立體光刻設(shè)備（SLA），疊層物體制造（LOM），熔融沉積建模（FDM），選擇性激光燒結(jié)（SLS），選擇性激光熔化（SLM），3D打印和涂膠（3DP）。雖然這六種3D打印工藝原理上是一致的，但打印材料的不同，讓其六種工藝的特點(diǎn)和具體應(yīng)用領(lǐng)域也有所不同。通過對打印材料在3D打印工藝中的應(yīng)用和過去研究結(jié)果的回顧，指出材料是3D打印領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，也是影響3D打印工藝進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用的瓶頸。1984年，SLA技術(shù)獲得了CharlesHull的專利，3DSystems公司使其商業(yè)化。SLA被公認(rèn)為是世界上研究最深入、應(yīng)用最早的3D打印工藝。目前，該工藝所用的主要材料是光敏液體樹脂，即光敏樹脂。光敏樹脂材料主要包括了齊聚物、引發(fā)劑和活性稀釋劑。根據(jù)引發(fā)劑的使用機(jī)理，該類光敏樹脂材料可分為三類：陽離子光固化樹脂、自由基紫外光固化樹脂和雜化光固化樹脂。激光激發(fā)自由基體系產(chǎn)生自由基，引發(fā)單體聚合交聯(lián)。陽離子體系是陽離－子光引發(fā)劑輻照產(chǎn)生的強(qiáng)質(zhì)子酸，催化加速聚合，使樹脂固化?；旌舷到y(tǒng)結(jié)合了上述兩種固化原理。這種凝固首先是由激光照射產(chǎn)生的。隨后為了降低成本，西安交通大學(xué)在1996年發(fā)布了以廉價(jià)紫外燈為光源的SLA工藝系統(tǒng)，并同時(shí)開發(fā)了相應(yīng)的紫外輻照技術(shù)生產(chǎn)固化光敏樹脂。近年來，美國研發(fā)并推出了藍(lán)鹵素冷光光敏樹脂固化工藝，由于沒有溫升而給口腔帶來不適，因此，這種樹脂首次應(yīng)用于人牙修復(fù)。此外，光敏樹脂可用于3D打印，避免溫度變化引起的變形，因此可用于打印高精度的模型。目前，開發(fā)SLA復(fù)合材料也是該工藝的一個(gè)重要研究方向。通過添加納米陶瓷粉體、短纖維等特殊材料，來改變其材料的強(qiáng)度和耐熱性，改變其應(yīng)用范圍。或者加入生物活性物質(zhì)等功能材料，在高溫下燒蝕SLA，制成功能部件。目前，用于SLA工藝商業(yè)化的光敏樹脂材料主要有：Vantico公司的SL系列。Vantico公司SL系列材料為乳白色，質(zhì)地和強(qiáng)度高，但韌性小。應(yīng)特別注意小而薄零件的脆性斷裂。表1顯示了該系列在SLA50003D打印系統(tǒng)中使用時(shí)的性能指標(biāo)。表1SL系列樹脂的性能參數(shù)2.23D打印對光敏樹脂的要求與成型光固化樹脂的固化，就像漆的固化，相似于工程塑料。光固化成型材料的性能直接影響到模塑件的質(zhì)量和成本。成型件的加工精度，力學(xué)性能與成型材料密切相關(guān)。因此，光敏樹脂在SLA應(yīng)用的技術(shù)應(yīng)滿足特殊要求，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）液體樹脂穩(wěn)定性很強(qiáng)。在可見光下，無化學(xué)變化，具有好的穩(wěn)性，化學(xué)穩(wěn)性和組成穩(wěn)定。（2）低粘度。由于SLA成形工藝是固化片層材料的疊加過程，每層固化片材后，上平臺下降到一定水平后，液體樹脂需要盡快覆蓋固化片材層，對低粘度樹脂的快速調(diào)平的特點(diǎn)符合。（3）固化速度快。成型材料的性能直接受光敏樹脂固化率的影響，從而在一定程度上影響經(jīng)濟(jì)成本。因此，光固化樹脂需要對紫外線高度敏感。樹脂的光固化速率又稱光敏性，通常以臨界曝光為特點(diǎn)。（4）一次性固化率高。在紫外光固化條件下，未經(jīng)固化后的固化度稱為一次固化度。一般條件一次固化度達(dá)到90％以上，以保證零件在激光成形過程中的穩(wěn)定性，防止零件變形。一次性固化率高可減少后固化過程中的收縮，減少后固化過程中的變形，保持零件的精度。（5）制作精度是紫外光固化快成形的首要問題。在光敏樹脂紫外光固化過程中，由于液相向固相的轉(zhuǎn)變，常常導(dǎo)致樹脂體積收縮。復(fù)合樹脂的聚合收縮不僅會導(dǎo)致尺寸誤差，而且會導(dǎo)致零部件的翹曲。在光敏樹脂的開發(fā)過程中，主要目的是減少樹脂固化的影響。（6）透射深度適中。透光深度是樹脂體系的固有參數(shù)。Dp值過大與光固化樹脂固化板層間的附著力對固化產(chǎn)品的強(qiáng)度和精度有很大的危害