工业产品的创新设计与快速成型系统的研究

刘洋++成孝宗

摘 要：21世纪人们已经步人了一个高度信息化的时代，一个信息经济和知识经.济占主导的时代，信息经济已成为知识创新的决定因素。在设计领域，信息同样体现出巨大的价值，谁占有广泛的信息资源、拥有了新的信息，谁在收集、加工处理和利用设计信息方面领先一步，谁就`占据了新知识的制高点，在创新设计竞争中就具有更强的竞争力。

关键词：工业产品 创新设计 快速成型系统

1、快速成型技术原理

快速成型技术，自产生以来已有30年左右的发展历史，它融合了众多的学科与技术，比如数控技术、计算机辅助设计、机械工程、材料科学、激光技术。它较传统的机加工方法更快速地将设计概念实现为具有一定功能的模型或零件，从而为设计定义的发展、测试样机的功能验证等工作提供低耗、高效的生产工艺。

它是一种基于离散-堆积成型原理的新型制造方法。先由CAD软件建造出三维数字模型，然后把三维数字模型分层为二维平面信息；再将二维信息生成数控代码，驱动加工终端对材料進行逐层成型并粘接为产品形体。快速成型技术彻底摆脱了传统机械加工的“去除”加工法，而是采用全新的“增材”加工制造方法。

2、快速成型技术在设计研发中的作用

2.1快速成型技术可以避免设计主观失误，提升创意品质

新产品的创意初期经常带有设计者的主观喜好，但有可能是不严谨的。通过快速成型技术的运用，在创意设计的同时就能直观得到产品的预想样机模型，比仅靠三维数字模型更能发现并更正设计缺陷，更能直观地对设计细节及其与整体的关系进行评价，避免了更多的反复修改。

2.2快速成型技术可以缩短设计周期，加快新产品开发进度

对于一般产品，只有在模具验收合格后才能进行整机的装配及验收，这需要一段相当长的时间。应用快速成型技术之后，可以充分利用模具制造的这段时间进行产品部件的整体装配和功能试验，使模具争取一次性通过验收。这就会使模具制造与整机试验、评价工作同时进行，最大限度地提升产品的开发进度。

2.3快速成型技术可以在产品开发初期提供直观的三维实体样件

由于快速成型技术制作出的样品更直观、辨识度更强，所以在样件制作方面有非常大的优势。利用快速成型技术制作产品模型，能够使用户在产品批量生产之前便全方位地查验产品的细节与整体，及时反馈意见，给设计生产方提供更多更全面的设计生产依据。

3、工业产品创新设计与快速成型平台的选择

3.1 工业产品创新设计平台的选择

工业产品的设计过程是人性化物品优化设计的过程，产品的创新设计集工艺美术及商业等风格为一体。在整个创新设计过程中，设计方法和设计理念决定产品发展的前提，而选择合适的设计平台又是实现创新设计方法及设计理念的关键所在。采用Pro/Engineer作为工业产品的创新设计造型系统，设计者可利用实体建模、曲面建模、自由造型和图形渲染等功能，轻松实现自己的设计构思和创意，直接预见设计产品的外观，并为下一步产品快速成型、输出对应模型格式奠定基础。

3.2 快速制造平台的选择

工业产品的制造选用三维打印快速成形技术，其基于微喷射原理，将液态喷滴按一定程序逐层打印成形，整个过程在常温下操作，设备价格较低，运行可靠，维护费用较低，成型速度快，操作简单，无污染，制件精度较高。

4、工业产品的创新设计

4.1 原产品及创新设计要求

图1为电子定时控制插座，带有液晶显示和定时开关。随着网络技术的发展，智能家居越来越普及，要求将原电子定时插座改为智能wifi远程控制插座，并要求创新设计产品外形美观，曲面饱满、光顺，线条清晰，色彩漂亮、协调，具有较好的工艺性和经济性，且工作可靠，具有足够的机械强度和抗跌落性。

4.2 产品创新设计造型

由于内部控制线板和基本形状及尺寸已经给定，且以大批量生产为前提，故产品外形创新设计力求简单、实用，而且插头和插孔以国家标准为基础，故在草绘插板等标准件时，直接利用Pro/Engineer提供的高级草绘命令（草绘数据来自文件）进行特征创建，既满足设计要求，又缩短了设计时间，然后采用曲面造型及基本特征命令建立插座上盖、下盖、插板、按钮等零件并进行装配。

5、快速成型技术的发展方向

5.1 独立行进的快速成型制造领域

目前，快速概念模型制造、快速模具技术、快速功能测试模型制造及快速功能零件制造并行发展。前三者由于针对目标明确，发展方向相对独立。相对来讲，快速功能零件制造一直是快速成型技术研究的热点和最具挑战性的课题。现有的快速成型技术可以制造出ABS或金属零件，但其表面精度和内部力学性能等方面仍然很难达到真正实际零件的全部要求。所以，在今后的很长一段时间内，快速功能零件制造仍将局限于研究领域。

5.2 向大型制造与微型制造进军

分析快速成型技术主导公司的产品系列不难发现，成型的模型尺寸有不断增大的趋势，但是大型模具制造的难度也很大。不过快速成型技术在模具制造领域越来越有优势，未来的快速成型技术市场肯定会被大型制造占据一定份额。与此形成鲜明对比的是，快速成型向微型制造领域进军，采用高精度激光扫描系统的微米印刷技术来制造微米零件已经成为开发微机电系统的重要手段。

5.3 新的成型方法和材料

现有的快速成型方法都基于立体平面化-离散-堆积的思路，今后有可能研究集“堆积”和“切削”于一体的快速成型技术，形成新的叠层成型方法，以提高模型的性能和精度，降低生产成本。另外，从快速成型技术的特点出发，可以发展全新的快速成型材料，特别是复合材料、纳米材料、非均质材料等。

6、结论

快速成型技术是一种处在发展完善过程的高新技术，其技术本身和应用领域尚需进行大量的开发研究。21世纪将是以知识经济和信息社会为特征的时代，制造业面临信息社会中瞬息万变的市场对小批量多品种产品要求的严峻挑战。在制造业日趋国际化的状况下，缩短产品开发周期和减少开发新产品投资风险，成为企业赖以生存的关键。因此，快速成型、制模、制造技术将会得到进一步发展。

参考文献：

[1]文政.输电线路施工安全管理刍议[J].科技展望，2016，07：104.

[2]李林.输电线路工程施工安全管理综合评价[J].江西建材，2016，08：221+223.