专业综合性与创新性实验报告

专业综合性与创新性实验报告

姓名：刘喜文

专业班级：交设1402

学号：1109140206

指导老师：周咏翎

风扇叶三维数字化建模与3D打印

1.实验目的

“专业综合性与创新性实验”是本专业教学计划中设定的一个重要教学培养环节，目的是在学习有关专业基础课程和专业课程上，开展一个具体的大、中型实验项目，通过实验项目激发每位学生的学习热情和潜能的自我挖掘，培养学生独立运用专业理论、知识、技能，进行设计、实践和解决实际问题的综合能力，使学生具备良好的综合实践能力和创新能力，使学生毕业后成为有创新能力和工程实践能力的专业人才。

本实验熟悉三维数字化的基础上，结合本专业相关知识，不用广泛运用的减材制造技术，采用3D打印增材制造技术进行风扇叶建模及打印。

2.选题背景

“3D打印”是通俗的叫法，学术名称为“快速成型技术”，也称为“增材制造技术”。这种技术是依据物体的三维模型数据，通过成型设备以材料累加的方式，制成实物模型，甚至直接制造零件或模具，从而缩短产品研发周期、并缩减生产成本。3D打印是一片一片地打印，然后叠加到一起，成为一个立体物体。说得简单点，就是由点堆积成面，再由面堆积成实体。

3D打印的概念早在几十年前就已提出。上世纪70年代，随着3D辅助设计的兴起，设计师能在电脑软件中看到虚拟的三维物体，但要将

这些物体用粘土、木头或是金属做成模型却非常不易，可以用费时费力费钱来形容。3D打印的出现，使平面变成立体的过程一下简单了很多，设计师的任何改动都可在几个小时后或一夜之间重新打印出来，而不用花上几周时间等着工厂把新模型制造出来，这样一来可以大大降低制作成本，节省产品开发成本。日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面物品，而所谓的3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。通俗地说，3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备，比如打印一个机器人、打印玩具车，打印各种模型等等。之所以通俗地称其为“打印机”是参照了普通打印机的技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。这种打印技术称为3D立体打印技术。3D打印是一种通过材料逐层添加制造三维物体的变革性、数字化增材制造技术，它将信息、材料、生物、控制等技术融合渗透，将对未来制造业生产模式与人类生活方式产生重要影响。

这次选用3D打印课题，以前一直学习的都是减材技术，从没接触过这种增材制造技术，因而3D打印技术对于我们来说是一个相对新鲜的技术方法，这符合本次创新实验的要求。而为了同本专业交通设备信息工程有一定的联系相关性，采用3D打印技术来增材制造一个高速列车车头模型的课题。

目前，世界铁路趋于高速化，这必将引起一系列的空气动力学问题，

如空气阻力、列车风、两车交会压力波、隧道气压波、气动噪声及车辆震动等，这些问题与列车外形紧密相联，尤其是车头的流线外形设计。此次采用3D打印技术来制造一个高速列车车头模型，能帮助我更好了解流线型车头形状构造及性能要求。而学院拥有的硬件设备也给我们本次创新实践提供了技术支持。

3.实验设备

（1）3D打印机MakerBot Replicator 2

学院实验室所使用的3D打印机型号是makerbot replicator 2。MakerBot Replicator 2 是MakerBot 3D打印机的第四代产品，由MakerBot公司于2012年9月推出, 并在2012年11月引进中国。该产品的打印精度提升至三倍（为100微米），拥有410立方英寸的打印体积，和上一代比体积增大37%。可以打印大物体，或者同时打印多个部件。Replicator 2采用的是MakerBot PLA耗材（多种颜色可选），这种新型生物塑料可以更牢靠的粘在打印平台上，减少脱落，卷曲，滑动和收缩情况的发生。

（2）ProE、SolidWorks、UG等软件

（3）PC 计算机

4.实验原理及方案

选择一种三维绘图软件(如UG)，根据前面相关参数进行风扇叶建模。（1）创建直径30高度40的圆柱

（2）利用偏置曲面功能，偏置圆柱面，距离为80。

（3）在YC-ZC平面上绘制草图（两段圆弧）。

（4）利用投影曲线功能，将曲线以XC轴为投影方向，投影到体的面上，(小圆弧投影到圆柱面上，大圆弧投影到偏置圆弧面上)。

（5）使用直纹曲面命令，创建片体。使用加厚，两侧加厚1mm。（6）倒圆角，大的36mm，小的22mm。

（7）偏置面，向里面偏置2mm。

（8）使用变换功能，绕Z轴旋转120度复制两个特征。

（9）倒圆角，半径12。创建直径20，深度28的孔。

5.总结

经过这次课程实践，我增强了自己的UG软件使用能力，提高了自身的自学能力。除此之外还了解了3D打印这一项融合了计算机软件、材料、机械、控制、网络信息等多学科知识的综合性系统性的技术。3D打印将对未来制造业生产模式与人类生活方式产生重要影响。越来越多的迹象表明，3D打印技术已经从实验室和工厂逐渐走出来了，并且走进学校和家庭，与我们每个普通人的生活息息相关。这样会极大地冲击我们的工作方式，或者增强很多行业的生命力，也或者导致某些行业走向消亡。我们必须认识到3D打印技术也会催生大量前所未有的行业和巨大机遇，我们必须牢牢的抓住机遇。

在本次实验中也是有不足的，打印的时候由于时间太长所以把风扇叶缩放了。在以后的学习中会更加注意细节方面。这次综合性和创新性的实验，充分调动了创新积极性，取得了很多的收获。在以后的学习生活中我们更应该不断学习和摸索，不断的提高自己的专业性和创新性，不断加强自己理论联系实际的能力和动手能力。

还要特别感谢周咏翎老师，实验期间找我们谈话了好几次，对我们有很大的帮助。在选题上也给了很大的帮助。没有周老师，实验要艰难很多。实验室的老师也对我们的实验有很大的帮助，实验的时候老师就在办公室处理相关事宜。当我们有什么问题，有什么困难的时候都是找老师帮忙，老师也很好的帮助我们解决了问题。不管怎么说，这次实验还是非常成功的，在老师的带领下，自己设计、建模、打印的产品总算完成了。