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一种用3D打印加工船模的方法与流程

作者:美团  来源:www.guangbo3d.com  更新时间:2020-08-26 17:14:06  点击次数:

  本发明涉及一种用3D打印加工船模的方法,属于精密模型加工技术领域。


  背景技术:


  船模是根据船舶设计要求按一定比例缩小制造的钢质、木质、玻璃钢或其它材质的船舶模型,它在造船业、船舶设计、仿真实验、教学中起着重要作用。新型船舶在研制过程中,为了预报或改进其航海性能,需要反复在专用拖曳水池中做各种类型的模型试验,如船模阻力试验、螺旋桨性能试验、船模操纵性实验和耐波性试验等,根据试验数据来修正模型船体形状,最后作为建造实船的重要依据。在教学和科研中,船模也起着很重要的作用:船舶原理学科的发展是和水动力学试验技术的发展相互促进、相互依存的,大量船模试验的结果可以归纳上升为理论,而任何相关理论都需要通过试验的验证。


  船模作为实船试验的近似替代品的可靠程度(即动力相似性),是和它的几何相似性密切相关的:船模的尺寸比例必须满足一定的要求,更重要的是几何加工精度要高、船体表面足够光滑,否则会使试验结果误差增大,甚至会得到错误的结果。


  但是,传统的船模加工制作方法不仅加工周期长,而且精度也难以保证,开发出一种能保证高精度、高质量并能大幅度缩短加工周期的船模加工方法具有重要的意义。


  技术实现要素:


  本发明的目的是为了提供一种用3D打印加工船模的方法,其既能通过3D打印满足高精度的船体表面,又能通过协同工作的方式大大提高加工效率,缩短生产周期。为船模加工提供快速、有效、精确的解决方案。


  本发明的目的是这样实现的:包括如下步骤:


  第一步:根据待加工的船模型线图进行建模,按缩尺比缩放到模型尺寸;


  第二步:将船模型线设计成具有厚度的船模骨架,将船模型线构成的船模曲面进行加厚处理得到船模实体,并将船模实体分割成船模子部件;


  第三步:将船模骨架雕刻成型,将船模子部件采用3D打印机打印成型;


  第四步:将雕刻出的船模骨架以及3D打印的船模子部件进行装配,形成船模毛坯;


  第五步:将得到的船模毛坯外表涂刷玻璃钢,进行结构加强及水密处理;


  第六步:在第五步后的船模毛坯外表面涂刷腻子,进行表面光滑处理;再喷涂油漆,成型。


  本发明还包括这样一些结构特征:


  1.第二步中:船模骨架间、骨架与船模子部件间均留有加工余量,分割船模子部件的位置切割成便于拼接的切口,所述切口为斜直线型、之字形切口。


  2.第三步中:用雕刻机将船模骨架雕刻成型,所述雕刻机为激光雕刻或机械雕刻。


  3.第五步中:所述玻璃钢是以不饱和聚酯、环氧树脂与酚醛树脂为基体、玻璃纤维布为增强材料的聚酯玻璃钢或环氧玻璃钢或酚醛玻璃钢。


  4.第六步中:所述腻子为不饱和聚酯树脂腻子,油漆为丙烯酸防水涂料。


  与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明的一种用3D打印技术加工船模的方法能生产出高精度、高强度的船模,且本方法加工船模周期短,节省了成本并提升了效率,适用于工程、科研及教学等所需船模的生产制造。


  附图说明


  图1为本发明一种用3D打印加工船模的方法一种实施例的流程图;


  图2为本发明的具体实例中建立船模的示意图;


  图3为本发明的实例中建立龙骨及船模分段设计示意图;


  图4为本发明的实例中形成的斜直线型、之字形切口示意图。


  具体实施方式


  下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。


  结合图1,本发明的一种用3D打印加工船模的方法,其特征在于,包括以下步骤:


  a、根据待加工的船模型线图进行建模,然后根据缩尺比缩放到模型尺寸。


  b、将船模型线设计成带有一定厚度(厚度为9-20mm)的船模骨架,将船模型线构成的船模曲面进行加厚处理(厚度为10-25mm)得到船模实体,并将加厚后的船模实体分割成预定方案尺寸范围内的船模子部件。且船模骨架的厚度优选18mm;船模实体的厚度优选为20mm。


  c、将船模骨架采用高精度雕刻机进行雕刻成型,将船模子部件采用3D打印机打印成型。


  d、将雕刻出的船模骨架以及3D打印的船模子部件进行装配,形成船模毛坯。


  e、船模毛坯外表涂刷玻璃钢,进行结构加强。


  f、在结构加强后的船模毛坯外表涂刷腻子,进行表面光滑处理。外表喷涂油漆,成型。


  进一步地,在步骤a中,对船模的船身、附体、特殊结构(侧推孔、呆木)等完整建模,建成的模型曲面广顺且没有漏洞。


  进一步地,在步骤b中,船模骨架间、骨架与船模子部件间均留有加工余量,分割船模子部件的位置基于3D打印机的尺寸,切割成便于拼接的切口,优选地,所述切口为斜直线型、之字形切口。


  进一步地,在步骤c中,雕刻机为激光雕刻和机械雕刻中的任一种电脑雕刻机,3D打印机为熔融堆积技术(FDM)、电子束熔融(EBM)、激光近净成形(LENS)、选择性激光烧结(SLS)、直接金属粉末烧结(DMLS)、三维印刷(3DP)中的任一种增材制造方法。


  进一步地,在步骤d中,在各龙骨结合之前,对龙骨接口处进行打磨,降低其粗糙度,将骨架采用粘合剂(AB胶)的方式拼接起来之后,再将船模子部件采用镶嵌的方式组装成型。


  进一步地,在步骤e中,所述的玻璃钢为以不饱和聚酯、环氧树脂与酚醛树脂基体,玻璃纤维布为增强材料的聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢中的任一种。


  进一步地,在步骤f中,所述腻子为不饱和聚酯树脂腻子,油漆为丙烯酸防水涂料。


  参阅图1,本发明先根据待加工的船模型线图进行建模,然后根据缩尺比缩放到模型尺寸;将船模型线设计成带有一定厚度的船模骨架,并将加厚后的船模实体分割成预定方案尺寸范围内的船模子部件;将船模骨架采用高精度雕刻机进行雕刻成型,将船模子部件采用3D打印机打印成型;将雕刻出的船模骨架以及3D打印的船模子部件进行装配,形成船模毛坯;船模毛坯外表涂刷玻璃钢,进行结构加强;在结构加强后的船模毛坯外表涂刷腻子,进行表面光滑处理。外表喷涂油漆,形成成品。


  下面给出本发明的具体实施例:


  结合图2-图4,基于所提供的船舶型线图(水线型线图、纵剖型线图、横剖型线图),采用三维建模软件catia,将各型线图投影在船模各站位、水线位置、纵剖位置上,生成各站位的横剖型线2、中纵型线1、各高度处的水线型线4和甲板边线3,基于投影后的型线曲线,采用放样、桥接、拉伸、扫掠等方式完成船身曲面建模,然后对船身曲面检查是否有重叠、漏洞等,如果有则重新建模,否则会导致后续无法进行。完成检查后将船身曲面按照预定缩尺比缩放到船模大小,生成船模三维模型。


  基于船模三维模型,进行骨架设计和船模分块设计。骨架包括横剖骨架、中纵骨架、甲板骨架等。其中横剖骨架5是相应站位上的横剖型线进行偏移、加厚生成的骨架;中纵骨架6为中纵型线进行偏移、加厚之后生成的骨架;甲板骨架7是将船模甲板轮廓直接加厚,然后再在其上挖合适凹槽生成的骨架。骨架与骨架之间要做成镶嵌的形式,镶嵌的缝隙留有0.2mm的余量,便于后续涂抹胶水。


  船模分块为将船模三维模型直接向内部加厚后生成实体,然后按照预定方案分割尺寸范围内的船模子部件。首先要剔除掉骨架所占去的空间,然后按照斜直线型切口9、之字形切口10切割,便于后续的拼接工作。各分段之间、分段与骨架之间都留有0.2mm的余量,便于后续涂抹胶水。


  将雕刻出的船模骨架以及3D打印的船模子部件进行装配,形成船模毛坯。首先组装船模骨架,在各龙骨结合之前,对龙骨接口处进行打磨,降低其粗糙度,将骨架采用粘合剂(AB胶)的方式拼接起来之后,再将船模子部件采用镶嵌的方式组装成型,然后在接缝处均填满AB胶,待胶凝固之后,形成船模毛坯。


  为保证加工船模的强度以及水密性,在船模毛坯外表面进行刷涂1层玻璃钢,首先铺设一层玻璃纤维布,然后再均匀涂抹环氧树脂,涂抹过程要求不留死角,以形成水密船壳。


  在玻璃钢冷却凝固之后,在表面涂刷一层很薄的不饱和聚酯树脂腻子,然后先用150的粗砂纸进行粗打磨,将表面的缝隙等填平,然后采用600号砂纸进行精细水磨,表面达到广顺的要求;之后再喷涂丙烯酸防水涂料,水线上和水线下油漆颜色要区分开,在船首、船中及船尾贴上黑色水尺。完成船模成品。


  综上,本发明公开了一种采用3D打印技术进行船模加工制造的方法,包括以下步骤:根据待加工的船模模型型线图进行模型3D建模,然后根据缩尺比缩放到模型尺寸;基于模型尺寸及打印机预定尺寸范围,选择合适的分块方案,进行模型骨架设计,分别设计龙骨、横剖站、甲板、水线等骨架,采用雕刻机进行骨架加工制作;将待加工模型按照分块方案切割成多个子零件模型,采用3D打印机加工成型;将雕刻出的骨架以及3D打印的子零件进行装配;外表涂刷玻璃钢,进行加强处理;外表涂刷腻子粉,进行光滑处理;外表喷涂油漆,成型。本发明既能通过有效打印尺寸不足的3D打印设备进行制造大尺寸船模,也能保证船模切割拼接后的船模精度,还能保障船模的强度、防水性等。为船模加工制造提供了精度高、速度快、节省加工材料的解决方案。


  技术特征:


  1.一种用3D打印加工船模的方法,其特征在于:包括如下步骤:


  第一步:根据待加工的船模型线图进行建模,按缩尺比缩放到模型尺寸;


  第二步:将船模型线设计成具有厚度的船模骨架,将船模型线构成的船模曲面进行加厚处理得到船模实体,并将船模实体分割成船模子部件;


  第三步:将船模骨架雕刻成型,将船模子部件采用3D打印机打印成型;


  第四步:将雕刻出的船模骨架以及3D打印的船模子部件进行装配,形成船模毛坯;


  第五步:将得到的船模毛坯外表涂刷玻璃钢,进行结构加强及水密处理;


  第六步:在第五步后的船模毛坯外表面涂刷腻子,进行表面光滑处理;再喷涂油漆,成型。


  2.根据权利要求1所述的一种用3D打印加工船模的方法,其特征在于:第二步中:船模骨架间、骨架与船模子部件间均留有加工余量,分割船模子部件的位置切割成便于拼接的切口,所述切口为斜直线型、之字形切口。


  3.根据权利要求1所述的一种用3D打印加工船模的方法,其特征在于:第三步中:用雕刻机将船模骨架雕刻成型,所述雕刻机为激光雕刻或机械雕刻。


  4.根据权利要求1所述的一种用3D打印加工船模的方法,其特征在于:第五步中:所述玻璃钢是以不饱和聚酯、环氧树脂与酚醛树脂为基体、玻璃纤维布为增强材料的聚酯玻璃钢或环氧玻璃钢或酚醛玻璃钢。


  5.根据权利要求1所述的一种用3D打印加工船模的方法,其特征在于:第六步中:所述腻子为不饱和聚酯树脂腻子,油漆为丙烯酸防水涂料。


  技术总结


  本发明提供一种用3D打印加工船模的方法,根据待加工的船模模型型线图进行模型3D建模,然后根据缩尺比缩放到模型尺寸;基于模型尺寸及打印机预定尺寸范围,进行模型骨架设计,分别设计龙骨、横剖站、甲板、水线等骨架,采用雕刻机进行骨架加工制作;将待加工模型按照分块方案切割成多个子零件模型,采用3D打印机加工成型;将骨架以及子零件进行装配;外表涂刷玻璃钢,进行加强处理;外表涂刷腻子粉,进行光滑处理;外表喷涂油漆,成型。本发明既能通过有效打印尺寸不足的3D打印设备进行制造大尺寸船模,也能保证船模切割拼接后的船模精度,还能保障船模的强度、防水性等,为船模加工制造提供了精度高、速度快、节省加工材料的解决方案。


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