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现代消费电子产品塑料外壳的自顶向下设计及3D打印研究

2017/10/18    来源:互联网    作者:肖苏华  张静娴  吴俊霖      
关键字:消费电子产品  自顶向下  主控模型  骨架模型  3D打印  工艺模式  
针对消费电子产品更新换代速度快、个性化的特点,采用自顶向下设计方法及3D打印实现消费电子产品塑料外壳的高质量、高速度设计及模型高精度、高效率成型。分别阐述了骨架模型设计法、主控模型设计法及应用范围。阐述了桌面型3D打印的一般流程,建立了常用的三种工艺模式参数。以小音箱作为案例进行了验证。结果表明,消费电子产品的自顶向下设计和3D打印,能显著提高设计和模型成型效率,缩短新产品设计和研发的周期,并为其他机械产品的自顶向下设计及快速成型提供了借鉴。

3 示例

    以小音箱作为产品进行主控模型自顶向下设计及3D打印成型示例。

3.1 小音箱主控模型自顶向下设计过程

    (1)构建主控模型文件,命名为MASTER.PRT。根据产品的前期调研和分析,在主控模型中构建产品的基本外形和产品的分型曲面,如图3所示。

    (2)创建一个装配文件,名称为YINXIANG.ASM,在装配文件里缺省装载主控文件,在装配文件里采用零件模板创建BACK.PRT和FRONT.PRT空零件文件。

    (3)在如图4所示的模型树中激活FRONT.PRT、BACK.PRT文件,利用元件“合并” 功能把主控零件复制到前壳及后壳零件中,将主控模型与前后壳模型文件关联起来。

    4

    图3 主控模型零件图

    5

    图4 小音箱整体装配模型图

    (4)分别打开FRONT.PRT、BACK.PRT,利用分型面切除相应部分,并完成零件的详细设计,如罔5及图6。

    6

    图5 前壳零件设计

    7

    图6 后壳零件设计

    (5)完成螺钉等连接件的创建。

    (6)隐藏主控模型MASTER.PRT,总体装配效果如图4所示。小音箱的主要外形、装配结构需要修改,可以直接打开主控模型进行编辑定义,完成后可通过重生自动映射到前后壳零件文件。

3.2 小音箱3D打印

    将自顶向下设计构建好的模型文件,采用表1精度优先模式参数进行3D打印成型,使用设备为UPBOX桌面3D打印机,材料为PLA材料,直径为1.75 mm的线材。步骤如下:

    (1)分别将模型文件转化为STL文件,图7为前壳导入到UP软件后的界面。

    (2)启动UP软件,导入相应零件的STL文件,设置比例、层厚等参数,预览打印时间,如表2所示。表2中如采用精度优先模式实施即0.1 mm层厚打印,三个零件打印时间总和为428 min,采用效率优先模式即0.4 mm层厚打印,打印时间总计为91min,采用精度效率兼顾模式,打印时间总计为118min。显然,精度效率兼顾模式比精度优先模式的打印时间明显缩短,但精度比效率优先模式亦有一定提高。

    (3)实施打印。

    选用精度效率兼顾模式实施打印成型。打印后的后壳零件模型如图8、喇叭零件模型如图9、装配好的手板模型(含螺钉等)如图10所示。

    表2 3D打印参数及时间表

    8

    9

    图7 前壳STL文件导人

    10

4 结论

    消费电子产品具有更新换代速度快、个性化的特点,采用白顶向下设计方法来研发产品以避免自底向上设计的缺陷,采用ABS或PLA塑料进行3D打印实现手板模型的快速成型。分别阐述了骨架模型设计法及主控模型设计法,并进行了两种方法应用的对比。阐述了桌面型3D打印的一般流程,给出了常用的三种工艺模式参数。以小音箱作为案例实施了主控模型的自顶向下设计,对比了三种模式下的打印时间并实施了3D打印成型。结果表明,消费电子产品塑料外壳采用自顶向下设计方法,能实现零件的数据传递和共享,在产品的个性化定制中具有重要作用;桌面型3D打印的工艺模式,能有效指导不同类型产品的快速成型。因此,消费电子产品的自顶向下设计和3D打印,能显著提高设计和模型成型效率,缩短新产品设计和研发的周期,并为其他机械产品的自顶向下设计及快速成型提供了有益的借鉴。

责任编辑:张纯子
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