基于UG建模的3D打印技术研究

李瑞

摘要：采用3D打印技术制作产品模型，首先需要完成产品三维建模。基于此，对3D打印技术和UG建模软件进行了分析，提出了基于UG建模的3D打印技术应用方法，能够简化三维打印复制流程，缩短产品制作周期，有效提高产品设计效率。

关键词：UG建模;3D打印技术;三维打印复制

引言：在科学技术快速发展过程中，二维打印复制技术已经无法满足人们的需求，促使3D打印技术随之诞生。应用该技术进行产品模型制作，可以获得复杂的产品，为模型设计提供更多可能。但实现三维打印复制，需要获得三维数据，因此需要引入UG建模方法满足3D打印技术应用需求。

13D打印与UG建模软件

3D打印属于快速成型的三维打印复制技术，需要将3D数字模型文件当成是基础，利用塑料、金属粉末等可黏合材料进行逐层堆积、打印，生产任意复杂结构的3D实体[1]。近年来，该技术在模具设计、建筑设计、工业造型等多个领域得到了应用，可以节省产品焊接、打磨等工序，缩短制作流程，提高产品开发效率和质量。按照技术应用流程，需要先在计算机内设计需打印产品的三维模型，根据模型形状、尺寸等数据进行打印。通过将计算机和3D打印机连接，可以自动完成模型数据分割，根据平面信息自动生成打印路线，促使产品成型。

UG建模軟件为EDS公司开发的一流CAD软件，对航空、汽车、轻工业等多领域技术进行了集成，用户可以根据需求选择安装的模块，用于实现特定产品设计、分析、绘图等过程[2]。采用软件建模，可以将特征模型与几何模型结合在一起，完成实体模型曲面、形状的灵活编辑，兼具产品设计与分析功能，可以实现产品三维信息综合管理。UG建模软件造型功能强大，能够用于产品实体造型设计和建模，适用于复杂结构零件，可以完成产品安装匹配设计，生成高质量工程图纸。因此应用UG建模软件辅助3D打印机实现产品开发，能够推动产品设计和制作的一体化发展，提高产品生成效率和质量。

2基于UG建模的3D打印技术分析

2.1模型建立

在模型建立阶段，需要根据3D打印机的尺寸要求选择三维参数化设计软件，确认模型大小、是否闭合、是否为实体等各项条件。以小型玩具模型为例，产品由系统不规则曲面构成，需要建立自由封闭曲面体构成的实物模型。运用熔融沉积工艺和PLA材料进行3D打印，选用MakerBot Replicator打印机进行模型制作，可以搭配使用UG NX8.0软件进行三维建模，不仅能够完成草图创建，也能实现模型运动过程仿真模拟分析。在模型建立过程中，构造的曲面模型应确保精度、光顺性等达到要求。采用Geomagic studio软件进行曲面拟合，并进行误差分析，可以完成曲面的粗分和细分，获得相应网格图。执行误差分析命令，能够通过提高细分程度减小误差。将拟合好的曲面导入UG软件中建模，可以进行实体造型，并进行各部分结构装配分析，为实体打印奠定基础。

2.2仿真分析

在仿真分析阶段，针对软件生成的草图和设计方案，需要利用相关理论进行校验，确认模型能否顺利闭合或厚度是否过薄，以免出现模型制作失败或太脆等问题，防止材料浪费或打印时间延长。采用UG建模软件完成参数设置，对弯矩内部齿轮组等零部件运动情况进行仿真，能够由计算机在虚拟平台上对构建的数学模型进行运行，确定模型运动能否通过校验。根据仿真结果，可以直接确认各部分结构是否存在干涉问题，并完成模型修正。根据运动原理设置仿真环境，可以分别设置旋转副、连杆、运动器等，并完成初始速度、运动时间等参数设定。点击“解算方案”，选择常规驱动，并选择运动学分析类型，能够直接观察到模型内部零件运动过程。确认无问题后，可以获得最终模型，深入到3D打印机中进行产品制作。

2.3 3D打印

针对UG软件中的数据模型，利用U盘以OBJ或STL格式保存后，应确认使用英文名或拼音作为文件名，以免打印机在读取时提示错误。将U盘插入计算机，打印机软件将会自动读取。根据产品制作需求，可以通过旋转调整大小，也可以对打印精度进行缩放，完成支撑、底托等结构添加。在产品制作实践中，通常将精度设置到0.1到2.0之间，数值越小精度越高。通过调整喷头出料细度，能够使打印出的产品更加精致、细腻、但细度的减小也将导致打印时间延长，因此应综合考虑产品制作精度和经济性，合理设定有关参数。根据实体模型强度、尺寸等要求，可以将层厚设定为0.2mm，壁厚为1mm，按照40mm/s速度打印，达到20%的填充密度。结束参数设定后，可以进行预览，确认无误后点击操作按钮，在控制面板中选定文件开始打印。打印期间，工作台将提升到恰当位置，对喷头进行加热，直至温度达到要求后开始打印。在打印期间，可以通过面板确认温度等参数，并查看打印进度。期间一旦发现问题，可以立即停止打印，以免引发材料浪费。在确认打印的模型完后，可以将支撑结构去除，获得完整模型，通过组装获得成型产品。从产品开发结果来看，不仅成功缩短了生产周期，也降低了设计和制造成本，减少了人员工作量，能够达到产品快速制作要求。

结论：采用3D打印技术设计制作复杂结构物体，可以通过UG建模获得产品三维数据模型，直接进行产品打印制作，可以推动产品设计与制作工作的一体化发展，缩短产品开发周期的同时，减少不必要的资源浪费。因此相信随着技术的日渐成熟，未来基于UG建模的3D打印技术能够获得较好发展前景。

参考文献：

[1]张捷.UG软件在汽车车身CAD建模中的使用[J].内燃机与配件，2021（19）：206-207.

[2]邹锦波，王华.基于UG和3D打印的双离合自动变速器齿轮组教具的设计[J].北京印刷学院学报，2019，27（05）：99-101.