CN107160104B - 一种用3d打印加工船模的方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种用3D打印加工船模的方法

技术领域

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。

发明内容

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。

Claims (3)

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；

基于船舶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、中纵型线、各高度处的水线型线和甲板边线，船舶型线图包括水线型线图、纵剖型线图、横剖型线图，基于投影后的型线曲线，采用放样、桥接、拉伸、扫掠的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，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；

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，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；

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，其中横剖骨架是相应站位上的横剖型线进行偏移、加厚生成的骨架；中纵骨架为中纵型线进行偏移、加厚之后生成的骨架；甲板骨架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、之字形切口切割，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；

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；

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；

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；

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；

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；

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。

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.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。