最終STL格式模型.zip

     制動踏板輕量化設計及建模小技巧

      近期將本文進行了重新編輯，分為了 輕量化設計 與 3D打印 兩部分，同時在也加入了建模過程的短片，希望對大家有所幫助，能力不足，做的不好的地方大家多多指導。

      我的例子的原型呢來源于inspire自帶的例子——腳踏板，官方的教材中用這個例子只講述了布爾運算的相關介紹，那我對它適當加上載荷，最終得到一個輕量化的結果，并且使用（巧用循環的功能）小技巧得到外觀較為良好，由于原素材大家都有，方便大家學習和探討。

      首先是，最終結果展示：

 渲染后的效果圖：

       隨后我也會上傳一個建模的小技巧視頻和大家一起交流一下，接下來我們結合圖文來看一下。

第一部分   輕量化設計部分

一、關于載荷及形狀控制的施加       

       用圖片來展示，我們一般對物體提前施加對稱或者拔模，或者兩者都加，但是這樣的情況得到的結果會有所不同，我們可以進行不同的組合得到想要的結果。

兩者都施加時的結果，比如下圖，全段的穿力結構清晰，但是后端不夠美觀。

只施加對稱的結果，后段比較美觀，但是中間的傳力結構不清晰。

所以，我們可以嘗試不同的載荷或者形狀控制，來獲得不同位置較好的輕量化結果和設計靈感。

        比如，我這各個結果，就是根據前面看到的這些圖的綜合設計結果，但是需要注意的一點是，最后全部建模完，再進行一次分析，確保剛度、位移、應力等與原設計相當即可。

        另外再多說一句，什么是拓撲設計呢？就是說大家不要被輕量化算出來的雛形把自己綁架掉，可以更自由一點，先用一個形象的例子來回答前面的問題，“你的影子投影在平的墻上，是你的影子；你的影子投影在平的桌子上，是你的影子；你的影子投影在崎嶇的路上，就不是你的影子了嗎？。拓撲設計就是自由地表達，只要滿足設計要求，怎么做都是對的。

    二、關于建模小技巧

建模小視頻（11月7號更新）

在建模過程中大量使用了循環功能，在新版本里面出現了拆分面的功能，也可以聯合使用，

    巧用循環，可以得到更加優美的拓撲設計結果。

      在得到輕量化結果時，有些位置兩邊特別寬，而中間的連接有特別細，如果直接進行橋接，得到的結果會非常的“粗壯”，不美觀，因此我需要幾個小的面來進行橋接，來得到纖細的連接結果，怎么做呢？       

      我想到的是循環（的切分），將上部寬的部分，切分成非常多的小塊，然后再進行橋接，這樣就可以得到纖細的連接結果了。

比如：下圖紅色框的地方 都是使用循環切分后再進行的橋接。

下面是用循環切分后做的另一個例子，如箭頭所指的地方最為明顯。

 那最后我們來看一下建模過程的。

       可以看到中間虛影處  是我初次得到的結果，但是建模時沒嚴格按照它來做，而是使用的其他載荷情況和形狀控制時的設計靈感。以下就是最終結果。

第二部分   3D打印部分

1. FDM工藝打印

   最后，對他們進行了3D打印使用FDM設備，材質PLA，設備是先臨三維的Einstart-S型。

   桌面級FDM打印機操作相對簡單，在此不做額為介紹了。
   

   
   

2. SLM工藝打印

   當然了，最后使用EOS-M290打印一個鈦合金的，以下是我進行的數據處理及支撐的建立，給大家也看一下，把前端做了一點小的鏤空。打印出來以后第一時間和大家分享。
   

• 首先是數據處理，使用的是Magics22.0軟件（感謝Materialise提供的E-stage支撐模塊）

  第一步，導入拓撲設計出的腳踏板，完成STL文件的修復，干掉其中諸如破洞、壞邊、法向量錯誤、干擾殼體、重疊三角面等錯誤，然后合理擺放位置，也可以在進行適當其他修改，比如下圖則是在踏板位置添加了蜂窩狀的鏤空結構。

• 第二步，創建支撐結構。

  此處多說幾句，支撐結構對于金屬3D打印來講極其重要，支撐結構起到：防止熔化區域的塌陷、導出熱量、抵抗熱變形和熱應力的作用。支撐建立時的三原則：＜40°的傾角、＞Φ8mm的孔、＞1mm的懸臂必須建立支撐。

  如下兩圖，第一圖就是使用E-stage支撐插件制作的支撐結構，本次打印為第一次使用這個，有別于第二圖原來的SG+支撐建立模塊
  

以下是我寫在朋友圈的一段話，文中的圖與上兩圖對應。

【e-stage模塊建立的支撐在本次打印過程中運行基本順利，有別于SG+建立的塊狀支撐，如下圖1為estage支撐2為SG塊狀支撐，支撐形式上來講，e-stage建立的支撐很更加的離散和輕盈，便于去除，但僅僅從打印過程來看，其存在支撐斷裂的情況（每個支撐都是單獨的片狀結構，較弱），斷裂的位置容易出現在實體下方的邊界區域，但豎直區域的支撐也存在斷裂的情況（上不未打印實體），可能造成的原因主要是熱應力及熱量不能及時導出，粉末金屬的導熱性比實體金屬的導熱性差很多，其他原因可能是支撐與平臺的Z向補償不夠致使初始層連接不良，總體來說，軟質刮刀比如碳纖維毛刷，影響較小，可以順利完成打印，再后續的打印任務中，可以在e-stage支撐中使用原來的SG+建立錐狀支撐或者樹狀支撐，用以導熱和抵抗應力變形】

• 第三步，切片處理及打印參數設置

  在完成模型的修復、擺放、再修改、建立支撐以后，進入數據導出階段，首先將實體零件部分導出為*_p.stl的文件，將支撐結構導出為*_0m.stl的文件；

      再分別導入RPTools軟件中，進行切片，并導出實體部分*_p.sli 和支撐部分*_0m.sli的切片文件；以下為切片的過程，可以看到共切了2071層；

    接下來，將得到的sli文件，導入EOS的打印管理軟件eosprint軟件中去，并檢查實體部分和支撐部分的打印參數是對應正確，注意：支撐是弱結構，為跳層打??；

    如有需要更改打印參數的話，再做另外設置。

下圖為我們的主角腳踏板某一層上的打印路徑信息

第四步，3D打印設備準備

對3D打印涉筆的準備工作，主要有數據導入、粉末準備、成型平臺的預熱與調平、更換刮刀、壓縮空氣制備與干燥、激光冷卻設備預熱、惰性保護氣瓶連接、成型艙及循環系統置換。。。（2018-7-7-00：48，好瞌睡，明天接著寫，比如設備處理的過程、打印過程）

以下動圖是，本次的打印過程，圖中上部的即就是制動踏板，下方的是另一個輕量化模型。

這個是最后打印出來的結果，材質鈦合金，打印時長約10小時，每層打印厚度0.03mm，打印最大高度58.94mm，最大長度207.51mm（1蜂窩結構的部分、2輕量化部分、3支撐結構部分）

以下是SLM打印過程的展示，打印過程一般分為支撐區域和實體區域，支撐區域為調層打印同時打印功率較低打印速度較快，而實體區域打印時為了保證最終最零件的致密度和強度要求，一般打印能量密度較大去存在熔道的搭接。

最后是，打印結束時的清理過程