3D打印的模型设计方法

蒋艳 王菲

摘要：作为第三次工业革命的核心技术，3D打印技术在许多行业领域受到广泛应用及重视，作为职业院校更是应该把这种前沿的科技和实际的教学实践有机地结合起来，顺应时代的发展，打开学生实践创新的思路，更好地为国家社会服务。本文探讨了3D打印的模型设计方法，以期指导职业院校艺术设计类学生创新学生的学习方式。

关键词：3D打印；模型设计；设计方法

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）13-0189-02

1 3D打印计算机辅助设计

三维模型设计之前我们需要先了解3D打印计算机辅助设计技术。3D打印计算机辅助设计的概念是利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作的技术，简称CAD。计算机辅助设计的应用范围非常的广，小到纽扣和钢笔大道，汽车和飞机等等。

一个非常好能够诠释3D打印计算机辅助设计应用的例子，就是波音777飞机。他10万多个零件全部实现了计算机辅助设计和生产。他使用计算机进行预装配设计，使飞机的零件返工率减少了93%。使它的装配问题减少了55%到80%。开发的费用和时间减少了50%。波音777整个从设计到生产，用时仅用3年八个月。而且一次试飞成功，这就充分说明了计算机辅助设计的优越性。

1.1 3D打印计算机辅助设计的分类

3D打印计算机辅助设计可以分为二维的CAD和三维的CAD。二维的CAD与传统的手工纸规绘图在思路上基本相同，只是用计算机代替了手工绘图的方式。通过二维CAD制图可以更加迅速地画图，并且它的一个很重要的优点是在手工绘图的时候，我们需要用一些修改工具进行修改，而利用电脑进行二维CAD绘图，能够更加快捷的删除和修改图纸。三维CAD它不仅仅是二维CAD的升级，其三维造型曲面设计、参数化驱动彻底改变了设计人员的设计习惯，使设计过程与最终的产品紧密相连，大幅提高了设计速度和设计质量。他的设计思路是一种所见即所得的模式，是一种非常人性化的设计思路。

1.2常见的3D打印支撑软件

常见的3D打印计算机辅助设计的软件，有二维的CAD常见软件有AUTOCAD、CAXA、中望CAD、大熊CAD等。他的绘制方法是绘制设计对象的三视图。三视图是通过图形的几个视角来表达出这个图形的整体样貌。使用最为频繁的二维CAD软件是AUTOCAD。它是比较好用的一款，也是开发历史时间比较长的一款软件。

三维的CAD常用软件有Solidworks、UG、Pro-E、CATIA、Inventor等。目前全球使用频率最高的三维cad软件还是Solidworks。它相对来说比较容易上手。三维cad的软件的描述方式往往是通过三维模型。脑海中构思的产品通过三维效果直接呈现。

对于三维和二维的转换，很多同学学起来感觉是非常不容易的，比如我们的专业制图这门课，经常被大学生认为是一门撒手锏的课，难度很大。那么有没有一种方式能够不通过二维与三维之间的转换呢？那就是我们的计算机绘图技术。他不需要将原本的三维对象绘制成二维的图形之后再在脑海中转化成三维的一个状态，简化了复杂的过程。

1.3 3D打印三维设计过程

3D打印三维设计软件的整体的设计过程是什么样子的呢？一般的三维设计都会包括一个基本模块。基本的模块包括三個部分。第一个就是零件建模。比如一个球阀的零件模型图，各个零件之间的模型组成了零件模型图。接下来第二步就是装配体建模，也就是装配体的构建。就是把我们的零件像搭积木一样，把他们搭在一起。这就是装配体的过程。那么接下来通过我们的软件将零件建模图或者是装配体建模图，通过我们的三维软件自带的设置就能够形成规范的投影工程图。这就是他的第三个模块投影工程图。这三个模块的基础就是零件建模。零件建模建好了之后，就能为后面的两个模块提供基础。所以我们要重点了解零件建模。

2 以三维软件Solidworks为例进行3D打印建模设计的方法

首先我们来了解一下Solidworks软件的基本功能。首先我们来了解一下Solidworks软件的零件建模环境。零件建模的过程，实际上就是构建许多个简单的特征，让他们之间相互叠加切割或者相交的过程。

2.1零件建模环境

一个零件的建模过程可以分为以下的几个步骤来完成，首先那些选取绘图平面，然后进入草图绘制，接着在草图绘制界面进行大致的绘制草图。为什么是大致的草图绘制呢？这也是三维Solidworks软件的一个优点，通过尺寸标注添加几何关系，完善草图达到你想要的草图的样式。接着我们退出草图，在草图绘制界面进行特征操作。选择你想选用的特征，进行特征操作。那么第一个特征就这样生成了。接下来继续选取绘图平面，这时的绘图平面可以是系统提供的绘图平面，也可以是上一个特征中已有的绘图平面。作为你的绘图界面，进入草图绘制，然后进行大致的草图绘制。通过这样反复的过程。我们就可以得到一系列的特征。从而最终构建出你的零件来。

接下来我们来看一下零件建模的环境。在软件中我们点新建，我们就会得到我们之前所说的零件建模的三个模块：零件、装配体和工程图。我们以零件为例，进入到零件绘制的一个模块中。建模环境中上面是工具条，左边那是设计树。设计树会包含你设计的全部过程。也就是说你所设计的每一个步骤都会在这里显现。这样你想在将来对任意一个步骤进行修改，直接在设计树中去选去改就可以了。接下来右边是画图区域。工具条重要的包括两个部分，一个是特征。特征中有一些是被激活的状态，有一些没有被激活。另一部分是草图，点进去里面提供了基本的绘图的修改的命令。

2.2 3D打印草图设计的基本知识

首先是如何进入草图环境。我们需要选择一个基准面或者是草图平面，在刚进入环境界面的时候，界面绘图区什么都没有。这时候系统会提供三个基准面。之后绘制生成特征后可以用特征中的任意一个基准面或者任意一个平面作为基准面。选择好基准面或者草图平面以后，点击草图绘制进入草图，绘制界面之后，我们会发现在界面的右上角多了两个图标。

表示已经进入了草图绘制界面环境。当我们想要退出草图环境的时候选择右边的图标，那么我们可以退出草图环境，同时在设计树会生成我们的绘图过程。选择差选按钮，则表示退出草图且不保留草图。

进入到草图界面中，有草图绘制命令和草图编辑命令。草图绘制命令，包含了我们所有的直线曲线圆形等等基本线型。而草图编辑命令，是cad中不可或缺的一部分，只要通过草图的编辑命令，如修剪删除阵列镜像等才能修改草图，为草图标标注做准备。

在草图模块中还包括两个模块，一个是至尊标注。草图绘制的过程中只需要完成大致的草图绘制，接着需要尺寸标志来进行驱动。软件提供的尺寸标注智能化非常高，系统可以根据被标注对象的特点自动选择一种合适的尺寸类型，并设计出实际尺寸值，而且如果对自动标注的尺寸类型不满意，还可以进行修改。再次超出界面还提供了添加几何关系，利用添加几何关系工具，可以在超脱实体之间或者是草图实体与基准面基准周边相和顶点之间生成几何关系。

完成草图阶段之后就可以进入特征阶段。其实就是一种二维变三维的过程。特征，可以分为草图特征和应用特征。草图特征，顾名思义就是有草图生成的特征，如拉伸，旋转，扫描放样。有些设计对象不必要通过草图的特征我们可以运用应用的特征。然后利用它的边角关系就能够生成其他的一些特征。比如说给一些产品，倒圆角或者是直角，就是属于应用特征的范畴。特征的调用，只需要单击特征工具栏中被激活的特征操作按钮，它是根据系统识别系统分析所得出的草图或者你所见好的特征适用于其他哪些特征，直接点击就进入了特征编辑。

2.3 三维Solidworks软件3D打印的模型设计方法

打开三维Solidworks软件点击新建，点击零件确认。在设计树中选择一个基准面，比如前视基准面，点草图。进入到草图绘制，那么你就会发现界面的右上角会出现图标。这时我们就可以完成我们的草图绘制。草图绘制中有非常多的命令，例如直线圆等。建议大家在绘图的时候，所有的起点都以系统所给的坐标原点为起点。优越之处在于我们后期进行装配的时候，大家就会发现它的方便性。左边的鼠标点击抬起，在你想要结束的位置再次点击即可。这样就可以画出一个圓，点击确定完成图形的绘制。接着我们想画直线，我们依然是用坐标原点为起点开始绘制，结束时可以点击键盘左上角的esc键结束命令。这样我们就画出了基本的草图，接着我们可以用智能尺寸来驱动，使设计对象达到我们想要的状态。点击添加几何关系。选中想要产生几何关系的两个实体，点击相切，在设计树中点击相切完成操作。即完成了添加几何约束关系。如果你的想要的形体还需要减掉一些线条。这就需要用到草图的编辑功能。我们采用裁剪实体，最常用到的就是边角和剪切到最尽端。将对象裁剪成我们想要的形状。

除此之外还有等距实体，可以将我们现有的形状通过设置等距的距离给设计对象一个新的轮廓。草图完成以后，进入特征后已经有两个特征被激活，一个是拉伸，一个是旋转。比如我们点击旋转，我们就可以发现设计对象已经从二维形态变成了三维的造型。如果你的操作并没有完成，那么可以选择设计树中的基准面，或是你画的图中的某一个平面，点击以后进入草图绘制。通过这种方式完成设计对象的三维造型的处理。通过反复的操作，精确地完成我们想要的图形，以上就是三维Solidworks软件3D打印的模型设计的基本操作方法。

参考文献：

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