康瑋明

(撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院 遼寧撫順 113122)

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，以工業(yè)生產(chǎn)為基礎(chǔ)的產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)發(fā)展到全新的模式，工業(yè)生產(chǎn)的更新?lián)Q代速度也前所未有，因此，在工業(yè)設(shè)計的過程中，必須要結(jié)合市場對產(chǎn)品的需求進行及時化的設(shè)計，只有進行全面及時的設(shè)計才能夠在廣大的市場發(fā)展中占據(jù)競爭優(yōu)勢，核心的技術(shù)競爭力也是促進企業(yè)發(fā)展，技術(shù)提升和市場主動權(quán)的重要保障，因此對于企業(yè)來說，在產(chǎn)品的設(shè)計過程中必須以較快的設(shè)計周期來增強在市場環(huán)境的主動權(quán)。目前，3D打印技術(shù)是一種行之有效的產(chǎn)品設(shè)計軟件，能夠在較短的實踐周期內(nèi)對產(chǎn)品進行相關(guān)的設(shè)計和生產(chǎn)，從而保障產(chǎn)品能夠快速推入市場，促進企業(yè)在經(jīng)濟環(huán)境下不斷發(fā)展，在進行3D打印的過程中，SolidWorks作為一種設(shè)計軟件能夠發(fā)揮重要的作用，不僅能夠?qū)Ξa(chǎn)品的設(shè)計過程進行相關(guān)的優(yōu)化作業(yè)，還能夠促進產(chǎn)品的精細化生產(chǎn)和適時化修改，能夠從很大程度上節(jié)約產(chǎn)品的成本轉(zhuǎn)換，從而強化企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計中的效益。因此，研究SolidWorks軟件在3D打印技術(shù)中的應(yīng)用，能夠有效提升企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計和產(chǎn)品生產(chǎn)中的效率。

1 Solidworks軟件及3D打印技術(shù)的概念介紹

SolidWorks軟件是世界上第一款基于Windows操作系統(tǒng)的三維模型設(shè)計軟件，經(jīng)過幾十年的發(fā)展逐漸成為集傳統(tǒng)設(shè)計軟件CAD、CAE以及CAM等為一體的綜合設(shè)計化軟件，這款軟件能夠結(jié)合設(shè)計者的基礎(chǔ)需求結(jié)合計算機的輔助通過一系列的設(shè)計步驟，從而實現(xiàn)基礎(chǔ)產(chǎn)品的模型化設(shè)計，還能夠結(jié)合產(chǎn)品的基礎(chǔ)材料和性能設(shè)計來進一步優(yōu)化在不同熱力環(huán)境以及使用頻率下的產(chǎn)品消耗速度，模擬產(chǎn)品的跌落測試等一系列設(shè)計，這種軟件在很大程度上能夠促進產(chǎn)品在設(shè)計階段的測試工作的完整性，有效節(jié)約產(chǎn)品的實驗成本，縮短整個產(chǎn)品的基礎(chǔ)設(shè)計周期，還能夠提高產(chǎn)品在多種使用情境下的可靠性。將其應(yīng)用在3D打印技術(shù)中式提升產(chǎn)品的設(shè)計強度和使用性能的行之有效的方法，通過機體框架的有效建模和靜力學(xué)仿真設(shè)計，能夠為3D打印技術(shù)提供高質(zhì)量以及高精度的技術(shù)支撐，從而強化企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)過程中的不斷提升。

3D打印技術(shù)是一種快速成型技術(shù)，該技術(shù)以數(shù)字模型相關(guān)的文件作為成型基礎(chǔ)，運用粉末狀的金屬或者塑料等一些可以及時粘合的材料，通過逐層打印來構(gòu)造物體形態(tài)，從而形成基于設(shè)計理論的實物。這一項技術(shù)通常適用在模具制造和工業(yè)設(shè)計等行業(yè)領(lǐng)域中用來制造相關(guān)的產(chǎn)品模型，隨著該技術(shù)的不斷成熟，隨后逐漸被應(yīng)用于一些工業(yè)產(chǎn)品的直接制造過程中，目前我國的工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)有使用3D打印技術(shù)生成的各種零部件，這些零部件的形成是利用數(shù)字技術(shù)材料打印機來實現(xiàn)的，最早出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代中期，在實際的應(yīng)用化過程中的工作原理與普通的打印機相同，裝置內(nèi)部裝有液體或者固體等打印材料，將其與計算機網(wǎng)絡(luò)鏈接以后，就能夠在數(shù)字化指令的控制下將這些打印材料進行層層疊加，從而將計算機上的設(shè)計產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為實物。在工作過程中主要分為三維設(shè)計、切片處理以及打印完成三個步驟，其中三維設(shè)計過程就是利用計算機進行相關(guān)建模的過程，在該過程中是基于設(shè)計者的思考和產(chǎn)品的實際生產(chǎn)需求來進行相關(guān)設(shè)計的，并利用相關(guān)的設(shè)計軟件例如SolidWorks等對產(chǎn)品進行相關(guān)的使用環(huán)境模擬，最終投入切片處理和打印階段，完成產(chǎn)品生產(chǎn)。

2 Solidworks軟件在3D打印技術(shù)中的應(yīng)用優(yōu)勢分析

SolidWorks軟件在3D打印技術(shù)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在產(chǎn)品的形態(tài)設(shè)計以及環(huán)境模擬設(shè)計階段，通過計算機的輔助作用，該軟件能夠在Windows操作系統(tǒng)下完善自身對產(chǎn)品相關(guān)形態(tài)功能的優(yōu)化以及相關(guān)的環(huán)境性能模擬，具體來講，該軟件在3D打印技術(shù)中的應(yīng)用優(yōu)勢主要有以下兩個方面。

一方面，完善產(chǎn)品的設(shè)計優(yōu)化。在傳統(tǒng)的設(shè)計軟件中，產(chǎn)品的設(shè)計和使用過程缺乏足夠的精度和完善性，導(dǎo)致在哎產(chǎn)品的批量生產(chǎn)中次品率較高，甚至?xí)斐膳稳毕荩瑸槠髽I(yè)的經(jīng)濟效益帶來嚴重的問題，往往也會與設(shè)計者的設(shè)計初衷出現(xiàn)偏差，因此，將SolidWorks軟件與3D打印技術(shù)結(jié)合能夠有效促進產(chǎn)品設(shè)計過程中的精度提升，從而完善產(chǎn)品的額設(shè)計優(yōu)化，該軟件集合了多種設(shè)計軟件于一體，能夠從基礎(chǔ)設(shè)計需求出發(fā)，以更加人性化和智能化的設(shè)計方式幫助設(shè)計者處理產(chǎn)品設(shè)計中存在的些許問題，與此同時，較多的軟件設(shè)計功能也能夠有效促進產(chǎn)品設(shè)計的全方位優(yōu)化，避免由于精度缺乏而出現(xiàn)問題，產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計是保障企業(yè)安全生產(chǎn)的重要前提，也是強化企業(yè)發(fā)展方向的重要保障，先進的設(shè)計軟件能夠為企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計提供良好的發(fā)展基礎(chǔ)，也能夠促進企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計的不斷優(yōu)化。

另一方面，優(yōu)化產(chǎn)品環(huán)境使用效果。SolidWorks設(shè)計軟件不僅能夠利用多種設(shè)計手段促進產(chǎn)品在設(shè)計過程中的精度和細節(jié)，還能夠結(jié)合產(chǎn)品的使用性能，在虛擬環(huán)境下模擬產(chǎn)品的使用性能，例如模擬產(chǎn)品在高溫和高壓環(huán)境下的承受度，模擬產(chǎn)品在高空墜落的承受力等，這一功能是該軟件區(qū)別于其他傳統(tǒng)軟件的根本優(yōu)勢，不僅從根本上縮短了產(chǎn)品在測試期間的時間，還有效降低了企業(yè)在產(chǎn)品測試過程中的成本消耗，在降低人力資源成本的同時也避免了材料的過度消耗，在日常設(shè)計和生產(chǎn)中具有較強的應(yīng)用效果。

3 Solidworks軟件在3D打印技術(shù)中的應(yīng)用實例介紹

結(jié)合以上提到了SolidWorks軟件在3D打印技術(shù)中的應(yīng)用優(yōu)勢，目前的產(chǎn)品設(shè)計中已經(jīng)逐漸開始使用該軟件，產(chǎn)品設(shè)計中主要設(shè)計一些零部件的設(shè)計及打印工作，例如在當(dāng)今較熱的汽車市場下，不同汽車品牌對零部件的要求也越來越高，利用3D打印技術(shù)能夠有效提升產(chǎn)品零部件的精確度和耐用程度，與此同時，SolidWorks軟件也能夠通過軟件功能對零部件在機器使用環(huán)境下進行相關(guān)的耗能模擬，為零部件的正常運行提供較為可行的材料和運行周期。例如，在設(shè)計減速器中的斜齒輪進行設(shè)計時，需要按模型設(shè)計、STL文件的生成格式，模型分層切片，3D打印制造以及產(chǎn)品處理這幾個過程，其中在模型設(shè)計的過程中，SolidWorks軟件的設(shè)計功能能夠為設(shè)計者的設(shè)計需求以及軟件的基本參數(shù)進行相應(yīng)的設(shè)計，一方面促進了軟件在設(shè)計過程中斜齒輪的基礎(chǔ)參數(shù)的不斷完善，提高了設(shè)計精度，能夠從基礎(chǔ)細節(jié)入手，結(jié)合斜齒輪的日常工作和運行環(huán)境不斷完善相關(guān)的指數(shù)，在設(shè)計過程中，以計算機輔助系統(tǒng)設(shè)計形成的三維模型無法被3D打印機識別，因此需要轉(zhuǎn)換文件的基礎(chǔ)格式來進行下一步的操作，切片處理過程就是進一步促進3D打印機進行識別和處理的過程，能夠?qū)⑶衅蟮幕A(chǔ)文件直接轉(zhuǎn)化和儲存為gcode格式的文件，然后利用無線傳輸和打印的方式，通過相關(guān)材料的層層打印和粘合，最終實現(xiàn)模型的打印。

3D打印技術(shù)是現(xiàn)下比較熱門的技術(shù)，SolidWorks也緊跟時代潮流，在最近的SolidWorks2020 的軟件功能中，最新的3D打印機的綜合信息列表，我們可以通過快速瀏覽或搜索到最常用的打印機并將它們添加到收藏夾中，然后就可以從打印機列表下拉菜單中選擇打印機。選擇模型底面將顯示打印機的范圍并顯示出非打印區(qū)域，并以紅色顯示出來，我們可以抬高零件，再找到合適的方向。使用SOLIDWORKS 2020，現(xiàn)在可以根據(jù)精確的三維幾何圖形產(chǎn)生切片，而不需要先導(dǎo)出類似STL的格式文件，另外，這些信息可以保存為3mf格式，它不僅能存儲三維幾何數(shù)據(jù)，還能存儲材料、顏色，紋理、二維切片數(shù)據(jù)等。最后，如果在設(shè)計初始階段沒有合作的制造廠家，還可以通過“3DEXPERIENCE Marketplace Make”，從中獲取數(shù)百家廠家的報價。

使用機器憑空打印出一個物體聽上去像是科幻小說里才有的情節(jié)，但隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，利用SolidWorks軟件設(shè)計的產(chǎn)品可能性也越來越多，例如，我們可以通過3D打印食物，目前NASA是最早開始研究這一方向的機構(gòu)，主要目的是為了給太空中的宇航員送飯，現(xiàn)在這項技術(shù)也越來越普及；英國阿伯泰大學(xué)的科學(xué)家已經(jīng)開始打印泥土結(jié)構(gòu)錯綜復(fù)雜的3D圖像，為的是更好地理解真菌和細菌與之進行相互作用的方式；新墨西哥州羅斯威爾的警察部門最近獲得了一臺Faro 3D掃描儀，這款設(shè)備可以創(chuàng)建出數(shù)字化、全景式、縮小的犯罪現(xiàn)場模型。這項技術(shù)可以幫助執(zhí)法部門和調(diào)查人員來增強自己分析現(xiàn)場的能力，并在法庭上向陪審團進行展示。除此之外，該項技術(shù)還可以應(yīng)用在日常生活中，例如基于SolidWorks軟件打印較為復(fù)雜的衣服，為殘疾病人打印假肢等，都能夠不斷豐富和發(fā)展人類的日常生活，為人類帶來不可思議的便利和發(fā)展。