初二3D打印科学论文3000字
3D打印作为一种新型的快速成型技术，越来越多地受到人们的关注，己经开始对我们的生活产生全面影响，下面是小编为大家精心推荐的初二3D打印科学论文3000字，希望能够对您有所帮助。
初二3D打印科学论文3000字篇一
基于3D打印民族工艺品的快速原型构造
摘要： 民族工艺品作为重要的非物质文化遗产，对其进行数字化保护、创新设计与开发具有重要的现实意义。传统方法对复杂曲面的工艺品进行保护与开发存在一定的局限性。针对这一难题，课题从贵州民族工艺品(泥哨)着手，综合对比分析现有几种快速成型方法，利用3D数字建模、与3D打印技术，开展面向民族工艺品3D打印关键技术的研究。实现设计制造一体化，将整个过程数字化、自动化与三维模型直接关联，所见即所得，工艺品随时制造与修改;同时缩短工艺品开发周期，降低其开发成品。
Abstract： Ethnic handicrafts as important intangible cultural heritage， its digital protection， innovative design and development has important practical significance. There are some limitations for traditional methods to protect and develop complex curved surface handicrafts. To solve this problem， the topic， starting with Ethnic handicrafts (clay whistle) in Guizhou， comprehensively analyzes several existing rapid prototyping methods and uses 3D digital modeling and 3D printing technology to research the key technology for national crafts 3D printing. It will achieve the integration of design and manufacturing， the whole process of digitization， automation and directly related to the three-dimensional model， WYSIWYG， handicrafts manufacturing and modification at any time， and reducing handicrafts development cycle while reducing development costs.
关键词： 民族工艺品;数字化;快速成型;创新设计;3D打印
Key words： ethnic crafts;digitization;rapid prototyping;innovative design;3D printing
中图分类号：TB47 文献标识码：A 文章编号：1006-4311(2016)11-0098-03
0 引言
3D打印作为一种新型的快速成型技术，越来越多地受到人们的关注，己经开始对我们的生活产生全面影响，这项技术所涉及到的产业包括医疗、工业制造、航空、电路板等等多方面，对于少量生产、个性定制、样品研发等方面有非常大的发展空间[1-3]。但是，到目前为止，将3D打印技术应用到文化旅游领域，特别是旅游工艺品的生产上面，还是一个崭新的课题。2014年在第六届中国国际旅游商品博览会上，陕西省推荐的以高新3D打印技术制作的镂空秦韵马灯，引起了参会者极大的兴趣，是目前我国国内首件将3D打印技术与旅游工艺品相结合的作品[4，5]。
课题以苗族泥哨为例，在完成三维扫描及逆向建模的基础上，对三维数字模型进行改进设计，最后应用快速原型构造技术制造样品。实例过程与结果表明，将CAD/CAM、3D打印技术应用于曲面复杂的工艺品保护与开发，能有效地缩短周期、提高效率，为民族工艺品的数字化保护与开发提供了新途径。
1 选择泥哨快速成型生产的策略
1.1 传统加工工艺和快速制造工艺
快速成形技术简称为RP或RPM(RAPID PROTOPYING/RAPID PROTOTYPING MANUFACTUREING)也叫作快速原型制造技术，原理是材料堆积法是近几十年来制造领域的一个重大研究成果。快速成形技术集CAD技术、分层制造技术、逆向工程技术、数控技术、激光技术等多种工艺技术为一体，无需像传统制造技术那样需要模具、刀具和卡具[6]。它直接处理产品设计即CAD数据，采用分层制造，逐层叠加的加工原理，迅速制造出新产品的样件和模具。可将快速成形技术形象的比喻成“立体打印机”在此过程中STL格式的三维CAD实体模型数据被自发、直接、迅速、准确地制造成实体零件或模具。
快速原型制造技术极大程度的缩短了新产品的研发周期，同时提高了产品质量降低了研发成本，为新思路的验证、零件原型的再现等诸多方面提供了高效率低成本的实现方法，可考虑作为接下来泥哨的模型制作方法。
1.2 几种快速成型方法的对比
世界上第一台SLA快速成形机由美国3D公司在20世界80年代末推出，至今已形成了十余种不同的成形系统。自1991年起，众多高校如清华大学、华中科技大学等在RPM设备及软硬件和成形材料方面做了相当多的研究，并研制出了多种快速成形系统。现今国内能形成规模生产的方法主要有5种：熔融沉积成型法(FDM)、选择性激光烧结法(SLS)、光敏液相固化法(SLA)、叠层实体制造工艺(LOM)和三维打印成型(3DP)[7]。
1.3 泥哨原型构造的方案
贵州泥哨多注重头部特征，形态夸张、形状迂回复杂、特征突出;周身造型简洁洗练，但表面具有装饰性的雕刻纹样或和图案，特征细小繁复(如图1所示)。泥哨底部留有回气孔，内部有空腔。这些特征，要求在选择泥哨原型构造方案时，综合分析对比各种快速成型方法，以求最优方案。 单在加工制造方面，SLS和3DP方法具有明显的优势。
光敏液相固化法具有很好的精度和光洁度，因此表面质量非常好，几乎能够完全利用原材料，可生产形状复杂和结构精细的零件。然而，此技术具有一定的局限性，比如材质不结实、工作台移动频繁、后处理复杂、需要操作者具有较高的能力。此技术一般应用在验证装配设计过程中。
叠层实体制造工艺该方法的缺点是无法完成太复杂零件的加工，可用材料种类少，无法调整每一层的厚度，精度较低。
3DP的成型方式同SLS有一定的相似之处，不同之处是3DP将SLS中的激光用喷射结合剂取代，在铺好的粉末状材料上选择性喷射粘合剂，被喷区域材料粘结，其他区域不发生改变，以此逐层粘结后即得到一个空间实体，清除残留粉末，烧结获得实体零件。相比于SLS，3DP在精度和速度方面都有所提高，而且易操作、小型化、成本低。所以本课题通过综合对比，选择3DP打印方式来完成泥哨最后的模型构造。
2 泥哨曲面向实体模型的转换化
论文利用基于三角网格NURBS曲面重构的方法，得到光滑拼接的泥哨NURBS曲面[8，9]，如图2所示。但生成的NURBS曲面还只是曲面模型。要进行接下来的快速原型构造，还需把曲面模型转换为三维实体模型。具体转换步骤如下：①把泥哨模型以.igs格式导入UG8.0，采用“插入→组合→缝合”命令，把泥哨的曲面模型转化为三维实体模型。②得到泥哨的三维实体模型，以.STL格式导出文件。为接下来的模型制造做准备。
3 样品的改进设计
建立了工艺品数字化模型以后，结合美学、市场等因素，对产品进行再次设计。这种设计方法，将极大的缩短工艺品的设计周期，减少工艺品设计成本。
本次改进设计主要针对原模型面部特征不够立体化进行改进，新设计添加了眼部、嘴及鼻子的立体化，同时尾部翘高且稍许偏斜，使得样品更加生动、可爱。在本实例的基础上，可以进一步设计一系列表情和造型不一的样品，这里不再深入讨论。
4 泥哨的快速原型构造
4.1 “Objet30睿智”三维打印机
将上一步得到的泥哨实体模型，转换为STL文件输出。最后导入objet studio系统，利用‘Objet30 睿智’三维打印机进行原型制造。
“Objet30 睿智”三维打印机其工作原理是：打印机通过读取文件中的横截面信息，用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来，再将各层截面粘合起来从而制造出一个实体模型。该工艺可使用7种具有不同级别的物理和机械特性(强度和韧性)的打印材料，其中主要材料是：刚性清晰透明材料、耐高温材料和类聚丙烯材料。该工艺技术具有速度高、弹性大、成本低、携带方便、兼容性强、分辨率和精确度高( ±0.1mm )，几乎可以造出任何形状的物品。
4.2 泥哨的快速原型构造
启动软件，导入STL格式的模型文件，调整模型在打印框里的位置便可以打印样件。打印过程中，软件一边做模型的切片文件，一边传送数据给打印机进行打印。具体步骤如下：
①打开objet studio软件界面，以.STL格式导入如理好的泥哨三维实体模型。
②利用命令设置打印模型的大小比例，在实验中设置的实体模型与原件模型的比例为0.5，如图3a所示。
③利用placement命令，调整泥哨模型打印的最佳位置，如图3b所示。
④经validate命令检测后，没有出现未封闭曲面的问题，模型合格。按build命令建立打印请求。
⑤关闭打印系统。取出泥哨三维打印模型如图4所示。
5 结语
3D打印作为一种先进的新型快速成型技术，必将带来我国民族工艺品生产工艺的创新，改变我国民族工艺品制作工艺中存在的一些不足，但是作为一种前沿的科学技术，将其应用在工艺品的生产中同样存在着一些问题。例如快速原型制造技术与其它配套技术，如逆向工程与CAD建模系统等的集成还很不够，目前主要是通过标准的数据格式进行数据交换，难以在设计修改过程中进行实时的交流进而达到互相补充、相互促进的效果。
工艺品的快速成型不同于其他零件，由于其表面有装饰性的雕刻纹样或和图案，结构特征细小、繁复，在进行3D打印时，很难保证工艺品外表面装饰花纹的精度。所以在民族工艺品的快速成型中，即保证模型曲面连续性和光顺性又保证精确再现工艺品原貌，还需进一步的研究，这也是快速成型技术应用于民族工艺品的重点研究课题。
参考文献：
[1]王忠宏，李扬帆，张曼茵.中国3D打印产业的现状及发展思路[J].经济纵横，2013，01：90-93.
[2]黄烽坚，封小影，黄昊.3D打印技术应用前景展望与分析[J].中国卫生质量管理，2014，02：53-55.
[3]李小丽，马剑雄，李萍，陈琪，周伟民.3D打印技术及应用趋势[J].自动化仪表，2014，01：1-5.
[4]张荣红，熊玮，张楠.3D打印技术在传统工艺表现中的应用研究[J].宝石和宝石学杂志，2015，01：45-49.
[5]张盼盼，蒋正清.基于3D打印云平台的旅游纪念品开发设计[J].设计，2015，04：20-21.
[6]卢秉恒.激光快速原型制造技术的发展与应用[J].航空制造工程，1997(7)：15-18.
[7]陈永华，殷国富.快速原型制造技术的集成应用方法[J].机械与电子，1998(5)：9-12.
[8]张翠翠，古文全，李英.基于逆向工程的黄平泥哨的数据采集[J].贵州科学，2015，04：35-40.
[9]张翠翠，黄海松，吕健.基于三角网格的民族工艺品曲面重构技术[J].计算机应用研究，2014，31(6)：1906-1908.
初二3D打印科学论文3000字篇二
3D打印技术在三维模型设计中的应用研究
摘 要：目前来看，3D打印技术在三维模型设计中已经有很广泛的应用了。三维模型不同于一般的模型设计，一般利用物体的多边形表示，其设计方法主要是通常用计算机或者其他视频设备进行显示。显示的物体可以是现实世界的实体，也可以是虚构的物体。而且，其主要模拟的物体可以是自然界物理中存在的任何物体。简单来说，3D打印技术就是将这些空间中存在的物体立体设计在纸上，使其呈现一种空间上的存在形式。
关键词：3D打印;三维立体模型;应用前景;技术分析
根据近年来的应用结果看来，三维模型的设计领域已经逐渐拓展得越来越宽阔，三维模型主张将模型内容立体化。简单来说，在园林设计、土木工程建造图纸等都需要三维模型的应用。3D打印技术能够立体直观地将三维模型表示出来，对工程施工或者园林项目指导都有广泛的应用。举例来说，在园林图纸设计中，将园林绿化布置在电脑中清晰地表现出来，为了能够更好地施工利用比例尺，所以需要一份施工图纸。这时3D打印技术的重要性就可轻易得知，它提高了施工效率，增加了施工工程的完整性。
1 3D打印技术的具体技术分析
3D打印技术不同于一般的打印技术，但是仍然拥有一般的打印技术所具有的技术要领。简单来说，3D打印是快速成型技术的一种打印技术，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。整体来说，它能够建造空间物体，对于打印技术领域上来说，该技术是一种质的飞跃。另外，该技术的实现主要是靠数字技术打印机，这种打印机和一般的打印机也是不同的，不是单单利用纸张和墨水，3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，这种打印机能够利用电脑中的设计图纸，将原材料逐步通过技术累积，最后成型出一个3D建筑实物，该打印技术仍然存在和普通打印机相似的原理，不过是在空间上进行分层加工处理，3D打印技术需要在打印机中添加必要的打印原材料加工3D实物，一般来说原材料有以下几种：尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶类材料。另外，3D打印技术更是在很多的领域都有其相关的应用，比如说珠宝、鞋的制造、园林、房屋建筑等的设计，甚至是汽车、航空航天的建造应用，应该说3D打印技术在很多的领域都有技术应用，对人类生活有很大的帮助。
2 3D打印技术对于三维模型表现的优势
2.1 增加三维模型的立体性
对于三维模型来说，其主要是在电脑上形成的空间立体结构，但是不利于分析模型的特定规则，所以需要建造一个空间实物用来分析模型，三维模型即可以利用3D打印技术实现空间的模型立体性，该打印技术能够利用空间打印技术进行图层的堆叠，使其完成一个分层次的打印技术，利用实际材料进行立体模型的建造，得到的模型能够进行研究。举例来说，园林专业的三维模型，可以利用3D打印技术进行设计打印出一个3D模型，能够利用比例尺等因素进行实地考察，减少了实际设计中的很多问题，一般建造的缺点就可以在3D模型中有所反映，所以真实性、立体性是3D打印技术设计3D打印模型的一个重要性优势。
2.2 确定立体模型的精度和稳定性
立体模型的立体性固然重要，但是要想将该设计的模型更好的应用，稳定性、精度都是需要重点关注的问题。一般来说，只要是理论电脑上可以设计的造型，3D打印机都可以打印出来，消费者只需要简单下载设计图，就可以在数小时之内随心所欲的打印自己想要的任何东西，这种技术是改变了通过对原材料进行切削，组装进行生产的加工模式可以说是一种精确实体复制。3D打印技术不仅仅能够复制普通的立体模型，而且还能够进行音频、视频的复制，完全按照电脑中的设计模型，在打印机中进行立体复制分层次的使用打印机中的原材料实现整体的复制，然后在进行统一组装。只要打印机中的原材料够多，就可以保证3D打印机完整的复制一个3D打印成品，而且这种打印技术采用打印原材料累积的方式，稳定性比一般的打印技术好而且精度非常好，可以说是对设计图的复制。
2.3 方便生成形成的不同模型，实现材料的无限组合
对于现在很多领域的商品生产而言，将不同的材料混合在一起生产产品是一件很困难的事，因为涉及的工具材料模具不能够轻易地混合原材料，3D打印技术可以说是一种技术的发展，能够在打印机中实现各种不同的材料的融合，传统设计无法制造的产品，因为受到很多的限制，其中有制造形状的能力方面，制造模具的机器也只能单一的设计一种形状，而3D打印技术突破了以上的局限，不仅仅能够设计普通的设计模型，而且可以甚至是自然界的模型该打印技术也可以实现。可以说，在一定的层次上增加了产品的多样性。无论设计模型有多少种样式，都能够利用3D打印技术进行模型设计，设计符合消费者需求的三维模型打印模型，更好地找到问题实现更好的设计。
2.4 降低组装成本，提高产品利润率
一般的模型设计需要比较复杂的模型组装，这其中不仅仅需要过硬的技术支持。同样也需要比较繁杂的组装步骤，因为每一个步骤都需要不同的材料堆叠，所以传统的模型设计就相当于每一个步骤都要注意，所以每一个步骤的每一个细节都要进行人工加工，而3D打印技术可以说属于人工智能，减少了不必要的问题发生，只需要将不同的设计原材料投放入打印机中进行自动的加工，不浪费材料的同时还能够增加设计的准确性，减少了组装成本，增加了利润率。因为这项打印技术在很多的设计领域都有应用，所以在生产产品的过程中，增加利润率、减少成本输出的3D打印技术能够被大家关注、重视，进而有了广泛的应用。换个思路，如果在产品介绍时不采用传统的PPT介绍，而是将3D打印产品展现在消费者面前，更能吸引更多的消费者注意到产品的任何细节。
3 3D打印技术在三维模型上的应用前景
目前看来，3D打印技术在如今已经有了非常广泛的应用，首先是航空航天，在这个领域，该技术已经成功“打印”出了航空发动机的重要零部件，这一技术将使该零件成本缩减30%、制造周期缩短40%。并且在此领域上这项技术还能够应用在航天科技制造领域上，取得了不错的成果。之后在医疗上可以利用这项打印技术进行器官的立体制作，如果和人体匹配，还能够起到医治疾病的作用。其次，在建筑设计上，建筑师发现了这一项技术的相关优点，成功利用3D打印机打印的建筑模型，节省成本的同时，还增加建筑的整体安全性、稳定性、环保性。
4 结语
3D打印技术应用在三维模型中有了很明显的作用效果，所以3D打印技术的应用很广泛，可以相信随着3D打印技术的不断成熟和完善，它将会在越来越多的领域得到推广和应用。并且3D打印技术的优点很多能够优化很多模型设计的细节，并且增加模型设计的精确性、稳定性，减少成本，增加利润率，在产品输出中，这些优点都是在市场上非常具有关注性的。
参考文献：
[1] 童宇阳. 3D打印技术在中教学中的应用研究[J].现代科技，2013(02).
[2] 王月圆，杨萍. 3D打印技术及其发展趋势[J].印刷杂志，2013(4)：10-12.