CN110415596A - 三元相图立体模型及其3d打印制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三元相图立体模型及其3D打印制作方法，所述三元相图立体模型包括立体模型本体，该立体模型本体由若干单体组合而成，所述立体模型本体上设有若干水平截面及垂直截面，该水平截面和垂直截面将相应单体分割为若干分体，所述立体模型本体内还设有若干垂直孔和水平孔，该水平孔从立体模型本体的一侧穿透至另一侧且其与相应垂直孔相交。本产品可展示三元相图多种截面及投影，使用人可以根据需求随时进行设计、制作和改进，且本产品成本低，适用于教学和科技创新。

Description

三元相图立体模型及其3D打印制作方法

技术领域

本发明属于教具领域，具体涉及一种三元相图立体模型及其3D打印制作方法。

背景技术

三元相图是研究材料的重要工具，也是材料类专业课程教学中的基本内容(石德珂主编.《材料科学基础》(第二版)[M].北京:机械工业出版社，2003)。完整的三元相图是三维立体模型，由单相区、两相区、三相区和四相区组成，各相区分别为三维不规则形状，拼装成为一个三棱柱即为完整的三元相图。三棱柱的横截面为三角形(一般为等边三角形)，三个边代表三个组元的成分坐标，棱代表温度坐标。由于信息载体的限制，实际使用的三元相图一般是采用二维平面印刷或投影等方法进行显示，一般为截面图和投影图。即便可以采用虚拟仿真等方式获得立体的效果，但便利性和体验性受到局限。在分析相图的各种规律时，使用者又需要反推空间模型的立体结构才能更好的理解。特别是对于初学者，如果没有立体模型的实物进行反复的观察、拼装，仅靠想象是很难掌握三元相图的相关知识，限制了这一重要工具的使用。公开号为CN107545091A的专利，公开了一种一种可拆装多元相图模型及其制备方法和应用，以3D打印的方法制作出三元相图的实体模型。具体做法是：将三元相图按相区拆解为单独的模块(子模型)，采用3D打印制作各个模块，然后将各个子模型拼接成相图。各子模型的固定方法：利用外部框架进行固定；各子模型用孔棍式固定。各个子模型拼接的方法：在相界面上设磁力贴或磁性涂料，利用磁力相互吸引。虽然该专利对模型的展示及制备方法有所改进，但仍然存在以下缺陷：

(1)该发明只能通过简单的拼装组合反映三元相图的三维模型，未能反映三元相图核心的知识，比如从三维立体模型向二维平面图形的转化，即实际印刷的平面图中的截面图和立体图与三维模型的对应关系。

(2)该发明对于三维模型的展示方法仅局限于表面，并未实现关于横截面及垂直截面的展示,这也就意味着对于学生学习过程的辅助作用有待考量。

(3)该发明采用磁力贴或磁性涂料的方式连接子模型，因为磁性材料的特性可能导致吸力不足，且影响美观。

此外，目前市场中现有立体模型造价较高，且携带不便。

发明内容

本发明的目的是提供一种多方面展示，利于教学、制作成本低且便于拆装携带的三元相图立体模型及其3D打印制作方法。

为了实现上述目的，本发明首先提供一种三元相图立体模型，包括立体模型本体，该立体模型本体由若干单体组合而成，其特征在于：所述立体模型本体上设有若干水平截面及垂直截面，该水平截面和垂直截面将相应单体分割为若干分体，所述立体模型本体内还设有若干垂直孔和水平孔，该水平孔从立体模型本体的一侧穿透至另一侧且其与相应垂直孔相交。

优选的，还包括展示组件，所述展示组件包括底座，该底座上设有支架杆，所述支架杆上设有若干能够沿支架杆轴向方向移动的用于夹紧所述立体模型本体的夹紧器。

优选的，所述夹紧器为三角形，其包括V形固定板、活动板及约束绳，所述V形固定板与所述活动板之间通过V形弹性连接板连接，所述V形固定板及活动板外侧均设有若干约束孔，所述约束绳的一端与所述V形固定板的角部位置相连，另一端依次穿过所述约束孔后与一用于调节其张紧力的调节件相连。

优选的，所述底座由若干底板依次相互连接而成，且相邻底板间相互铰接连接，所述底座上方还设有由若干顶板依次相互连接而成的分离板，相邻顶板间同样相互铰接连接，相邻顶板间的铰接处通过一支撑杆与相对应的相邻底板间的铰接处相连，相邻顶板的下方分别设有第一立杆和第二立杆，该第一立杆及第二立杆的两端分别与相应的分离板和底板相连；至少一个所述垂直孔被所述垂直截面分割为两部分，所述第一立杆和第二立杆同时穿过该被垂直截面所分割的垂直孔。

优选的，所述支架杆上设有能够沿支架杆轴向方向移动的悬臂，该悬臂内设有能够沿悬臂长度方向移动的光源本体，该光源本体为小于所述垂直孔直径且大于垂直孔高度的圆柱体状，所述光源本体上设有水平夹缝窗口，光源本体下端设有端部窗口。

优选的，所述立体模型本体外侧设有透明防护罩。

优选的，所述相邻单体的连接面上分别设有若干位置相对应的凹槽，相邻单体的连接面上的凹槽内分别设有若干磁极相反的磁铁。

优选的，属于同一单体的相邻分体间的连接面上分别设有相互配合的凸起和凹槽。

优选的，所述底座是木质、塑料或金属材质中的任意一种，所述底座下侧设有容纳腔。

本发明还提供一种上述立体模型本体的制作方法，包括下述步骤：

步骤一：利用3D制图软件设计各单体的分体模型，并根据相应分体模型生成3D打印机的可执行文件；

步骤二：根据所述可执行文件利用3D打印机制作各分体，打印过程中在相应的分体上打印出和磁铁尺寸相适应的凹坑，然后暂停打印并将磁铁放入凹坑中，之后继续打印，以将磁铁封装入相应分体中；

步骤三：对打印出来的各分体模型的尖锐部位进行钝化处理；

步骤四：将各分体组合成相应单体，然后将各单体组合成所述立体模型本体。

本发明的有益效果为：

(1)立体模型本体可拆分为若干单体，单体可拆分为若干分体；即所有单体可组合成一个立体模型本体，相应的分体也可组合成一个单体，不同单体的分体以及相邻单体也可组合成为组合体，组合灵活。本发明可根据实际需要进行展示，有效的提高了立体模型本体展示的全面性及灵活性，且便于学生反复观察及拼装，能够更好的理解和掌握三元相图的相关知识。

(2)本发明采用可拆卸安装的夹紧器、分离器，可根据实际需要展示单体、组合体及立体模型本体的水平截面、垂直截面图及投影，即根据实际需要只需在立体模型本体上选取所需位置进行分离，即可得到立体模型本体的相应水平截面及垂直截面，无需另做模具，节约成本。

(3)悬臂及光源本体的设计，可观察单体表面亮度及颜色的变化，达到可动态演示出蝴蝶规律、杠杆定律及重心法则。

(4)垂直孔和水平孔位置可根据实际需求而定，从而实现对凝固过程、杠杆法则、重心法则等进行直观的、动态的展示，便于教学及学生理解。

(5)本发明单体、分体之间采用磁铁或凸起、凹槽方式连接，容易拆分及组装，且结构稳定，便于手动操作，使初学者理解更加透彻。

(6)采用3D打印的方法制作不规则复杂形状的分体，不需要昂贵的模具，制作成本低，使用人可以根据需求随时进行设计、制作和改进，特别适用于教学和科技创新。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是实施例中所述单体A的拼装过程示意图；

图2是实施例中所述夹紧器将立体模型本体夹紧时的结构示意图；

图3是实施例中所述立体模型本体处于待分离状态时的结构示意图；

图4是实施例中所述悬臂装于支架杆上且光源本体照射单体内部时的结构示意图；

图5是实施例中所述组合体F的各单体及分体连接结构示意图；

图6a是实施例中所述组合体F的结构示意图；

图6b是实施例中两相区单体LA内部设有垂直孔时的结构示意图；

图6c是实施例中三相区单体LAB内部设有垂直孔时的结构示意图；

图6d是实施例中两相区单体LA水平切分为若干分体时的结构示意图；

图6e是实施例中三相区单体LAB水平切分为两个分体时的结构示意图；

图6f是实施例中两相区单体LA分为若干分体时垂直孔及水平孔位置的结构示意图；

图6g是实施例中三相区单体LAB分为两个分体时垂直孔及水平孔位置的结构示意图；

图7是实施例中所述组合体B及组合体C的拼装过程示意图；

图8是实施例中所述组合体D及组合体E的拼装过程示意图；

图9a是实施例中单相区单体A的投影示意图；

图9b是实施例中两相区单体AB的投影示意图；

图9c是实施例中两相区单体LA的投影示意图；

图9d是实施例中三相区单体LAB的投影示意图；

图9e是实施例中三相区单体ABC的投影示意图；

图9f是实施例中所述立体模型本体的投影示意图；

图10是实施例中所述单体A与底座间的连接结构示意图；

图11是实施例中所述单体A与底座间的另一连接结构示意图。

附图标记说明：

101：单体A 102：分体

201：底座 202：支架杆 203：调节件 204：第一调节螺母

205：V型固定板 206：活动板 207：约束绳 208：约束孔

209：立体模型本体投影 210：立体模具本体 211：弹性连接板

301：分离板 302：底板 303：立杆 304：支撑杆 305：第一立杆

306：第二立杆 307：垂直孔

401：第二调节螺母 402：悬臂 403：夹缝窗口 404：端部窗口

405：光源本体 406：水平孔

501：磁铁 502：凹槽 503：凸起 504：第六组合体

701：第一组合体 702：第二组合体 703：第三组合体 704：水平截面

801：垂直截面 802：第四组合体D 803：第五组合体

1001：固定凸起 1002：固定凹槽

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，术语“安装”、“连接”、“固定”等术语均应广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中,在未作相反说明的情况下,实用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。

参照图1至图11，本实施例提供一种三元相图立体模型，包括立体模型本体210，该立体模型本体210由若干单体组合而成，所述立体模型本体210上设有若干水平截面704及垂直截面801，该水平截面704和垂直截面801将相应单体分割为若干分体(例如图1所示，水平截面及垂直截面将单体A 101分割为了4块分体102)，所述立体模型本体210内还设有若干垂直孔307和水平孔406，该水平孔406从立体模型本体210的一侧穿透至另一侧且其与相应垂直孔307相交。所述垂直孔307也优选为从从立体模型本体210的顶部穿透至其底部。

以复杂三元共晶相图为例，立体模型本体210是一个三棱柱形，由单相区、两相区、三相区和四相区组成，具体可分为15个相区，如表1所示，单相区包括L、A、B、C，两相区包括LA、LB、LC、AB、BC、CA，三相区包括LAB、LBC、LCA、ABC，四相区为LABC，各相区分别为三维不规则形状。一个相区定义为一个单体，共15个单体；各单体经过拼装组合得到一个完整的三元相图立体模型本体210。本产品所述立体模型本体210横截面是边长为30-600mm的等边三角形，高为20-660mm。本实施例中所述单体或分体内部可以是镂空状态。同一个单体由1-12个分体组成。

本发明的多个相邻单体可以组成组合体，例如如图7所示，以具有代表性的组合为例，单体A、单体LA、单体LAB及单体AB可以组合成第五组合体701。与此同时，本发明的不同单体的分体间也可以组合成组合体，例如如图7所示，单体A、单体LA、单体LAB及单体M分别被同一水平截面704分割为上下两部分(每个部分可能包含多个分体)，各上下部分分别组合后可以形成第二组合体702及第三组合体703；此外，如图8所示，单体A、单体LA、单体LAB及单体M还可能分别被同一竖直截面801分割为左右两部分，各左右部分分别组合后可以形成第四组合体802及第五组合体803。

表1

优选的，为便于组装，所述相邻单体的连接面上分别设有若干位置相对应的凹槽，凹槽内分别设有若干磁极相反的磁铁，例如图5所示，单体LA与单体LAB间通过磁极相反的磁铁501相互连接形成第六组合体504。所述磁铁501优选为NdFeB永磁体，形状优选为圆柱形，直径3-10mm，高度3-10mm。所述磁铁吸引力下限为：两个单体相互吸住后不会因单体自重影响而脱落，同时以人的两手各握一个单体能轻易将其分开为上限，大约是在两块磁铁相距1mm时吸力为5-100gf。本产品精准的磁力大小设计，不仅便于单体之间的组合与拆卸，同时也保障了整体结构的稳定。

进一步的，如图5所示，属于同一单体的相邻分体间的连接面上分别设置相互配合的凸起503和凹槽502，所述凸起503优选直径为1-5mm，高度为1-5mm，间隔为1-5mm的圆柱体，确保同一单体间的分体连接稳固，且容易拆卸。此外，相邻分体之间也可采用上述磁铁连接方式，分体间磁铁结合力大于上述单体之间的磁铁501之间的结合力，其结合力约10-200gf。

参考图7、图8，本发明通过在立体模型本体210设置若干垂直截面801和水平截面704,可实现立体模型本体210不同位置的截面及投影展示(例如上述第二组合体702及第三组合体703的水平截面展示，第四组合体802及第五组合体803的垂直截面展示，如图9A-9F所示的投影展示)。

进一步地，所述立体模型本体210内部垂直孔307的数量可根据实际情况进行设置，保证穿过每个单体的垂直孔307数量为6-10个即可，垂直孔307可代表不同成分的合金(每一个垂直孔位置代表一个成分合金)，可用于分析凝固过程。本实施例中所述垂直孔307的形状可以均设置为直径为3-10mm的圆柱形，或者可以将各垂直孔307分别设置为不同的形状以示区分，比如有6个垂直孔，那么其形状可以分别设置为圆形、半圆形、三角形、正方形、五边形、六边形。本产品通过设置垂直孔307，不仅有助于凝固过程的分析，还可采用不同形状的垂直孔307以帮助学生更好的理解与掌握相关知识。

如图6F及图6G所示，立体模型本体210内还设有与所述垂直孔307交叉且在垂直方向均匀分布的若干水平孔406，相邻水平孔406的上下间隔距离为5-20mm；水平孔406的内侧壁上涂覆有对光、磁场、电场等敏感的附属物，用于展示凝固过程成分变化。水平孔406在单体外表面的开口处可封闭(光照后发亮或改变颜色，能明显显示，与无光照的孔有明显差别)。如图6A至图6G所示，水平孔406在两相区单体LA内为一直通孔且两端开口在曲面上。如图9F所示，高度变化一个间隔时，水平孔406在水平方向上以垂直孔所在轴线为旋转轴旋转一定角度(1-10°)，以用于演示蝴蝶法则和杠杆法则。

进一步的(参考图2)，为便于所述立体模型本体的展示，所述三元相图立体模型还包括展示组件，所述展示组件包括底座201，该底座201上设有支架杆202，所述支架杆202上设有若干能够沿支架杆202轴向方向移动的用于夹紧所述立体模型本体210的夹紧器。本产品底座201厚度优选为5-100mm，具有体积小，重量轻，便于携带等优点，当需要显示截面图、投影图、凝固过程时，可将立体模型放置在底座上。为实现所述夹紧器在支架杆202上的上下移动，可在夹紧器与支架杆202的连接位置处设置第一调节螺母204，其不仅可以实心夹紧器的上下移动及锁定，而且操作简单，也便于夹紧器的拆卸。此外，可在支架杆202上同时设置多个夹紧器，以用于立体模型本体210不同位置的水平截面展示，例如立体模型本体210被两个水平截面分为上中下三部分，此时可设置三个夹紧器，分别夹紧此上中下三部分，当需要看上中部分间的水平截面时，可向上移动最上面的夹紧器，以此类推。总之，所述夹紧器可将处于同一水平层的组合体锁紧，以便于与相邻层分开，用于显示水平截面，同时，所述夹紧器也可将立体模型本体夹紧于底座上方一定高度，以便于分析三元相图的投影图。另外，底座201的大小应大于立体模型本体210的投影尺寸，以便于观察立体模型本体210在底座201上的立体模型本体投影209。

具体地，本实施例所述立体模型本体210还可直接插接在底座201上(参考图10和图11)，具体地，组成所述立体模型本体210的并与底座201相接触的分体底端设有固定凸起1001，该固定凸起1001可与底座201上的固定凹槽1002配合，稳定性极佳。所述固定凸起1001及固定凹槽1002可根据需求设置不同形状，比如圆形、方形等。

优选的，如图2所示，所述夹紧器为三角形，其包括V形固定板205、活动板206及约束绳207，所述V形固定板205与所述活动板206之间通过V形弹性连接板211连接(V形弹性连接板211处于三角形的角部位置)，所述V形固定板205及活动板206外侧均设有若干约束孔208，所述约束绳207的一端与所述V形固定板205的角部位置(V形固定板205与支架杆202的连接位置)相连，另一端依次穿过所述约束孔208后与一用于调节其张紧力的调节件203相连，其中，所述V型固定板205与所述活动板206的边长均小于立体模型本体210的横截面边长，。具体实施时，参考图2，把立体模型本体210置于V型固定板205与活动板206组成的三角形内，随后调节调节件203，在调节件203的带动下，约束绳207缩紧，进而使得V型固定板205与所述活动板206组成的三角形收缩，即可实现夹紧器夹紧立体模型本体210。优选地，所述调节件203可以设置为调节螺栓，通过旋转此调节螺栓来调节约束绳207在其上面的缠绕长度，进而调节约束绳207的张紧度。

综上，本产品通过底座201，支架杆202及夹紧器可实现组合体水平截面704的展示，也可实现立体模型本体210的投影展示。方法如下：

组合体水平截面展示：如图7所示，可以用夹紧器分别夹紧第二组合体702或/第三组合体703，之后即可展示第二组合体701或/和第三组合体703的水平截面704。

立体模型本体投影：将立体模型本体210用夹紧器夹紧，同时调节所述第一调节螺母204，使立体模型本体210处于底座201上方一定高度，即可在底座201上得到立体模型本体210的立体模型本提投影209(参考图2)。本产品夹紧器也可用于展示各单体或组合体的投影，如图9A至图9F所示，为便于展示不同单体或组合体及立体模型本体210的投影，可以预先在底座201上绘制(或在某一载体上绘制然后将其贴在底座上)出各单体的交线，各线条的颜色与其所对应的单体颜色相同，如果是共用线，则用各自单体颜色的线条并排表示。投影图的三角形的三个边上按顺时针标识出刻度值，范围是0-100，代表三个组元的含量，用于演示三角形内任意点所代表的组元成分。

优选的(参考图3)，本实施例所述三元相图立体模型还包括由分离板和底座相互配合而成的分离器，其具体结构如下：所述底座201由若干底板302依次相互连接而成，且相邻底板302间相互铰接连接，所述底座201上方还设有由若干顶板依次相互连接而成的分离板301，相邻顶板间同样相互铰接连接，相邻顶板间的铰接处通过一支撑杆304与相对应的相邻底板302间的铰接处相连，相邻顶板的下方分别设有第一立杆305和第二立杆306，该第一立杆305及第二立杆306的两端分别与相应的分离板301和底板202相连；至少一个所述垂直孔307被所述垂直截面801分割为两部分，所述第一立杆305和第二立杆306同时穿过该被垂直截面801所分割的垂直孔307。本产品以支撑杆304为转轴，可使相邻的顶板及对应的相邻底板202同步分离开，进而使得相应的第一立杆305与第二立杆306分离开，最终实现对立体模型本体210垂直截面的展示，其方法如下：

参考图3，将第一立杆305及第二立杆306穿过立体模型本体210的垂直孔307(该垂直孔307被相应垂直截面分割为了左右两部分)，该第一立杆305和第二立杆306两端分别与相对应的分离板301和底板302连接，用于固定立体模型本体210，同时还可对应设置多个立杆303，以提高分离器整体结构的稳定性及方便分离操作。在进行分离操作时，两手分别把持相对应的立杆303并向外施加相反方向的作用力，使得分离板301(图3中分离板301由两块顶板铰接组合而成)及底座201同步展开，进而带动立体模型本体210在相应垂直截面分离开，此时即可展示立体模型本体210的垂直截面。此外，分离板301除上述设置方式外，还可把分离板301制成为梳子状，一个分离板301上设置若干个齿，齿前端为楔形，其细部横截面小于垂直孔307的孔径，粗部则比垂直孔307的孔径大1-5mm，当楔形齿插入垂直孔307内时，可将立体模型本体210在相应垂直截面处分离开。该展示方法还可用于展示不同组合体或单体的垂直截面，例如如图8所示，通过上述分离器可进行所述第四组合体802及第五组合体803的垂直截面展示。实际教学过程中，可根据实际需要，可选取不同位置的垂直截面进行相应展示。

优选的(参考图4)，所述支架杆202上设有能够沿支架杆202轴向方向移动的悬臂402，该悬臂402内设有能够沿悬臂402长度方向移动的光源本体405，该光源本体405为小于所述垂直孔307直径且大于垂直孔307高度的圆柱体状，所述光源本体405上设有水平夹缝窗口403，光源本体405下端设有端部窗口404。为实现悬臂402在支架杆202上的移动和锁定，同时为了简化操作，可在悬臂402上与支架杆202的连接位置设设置第二调节螺母401。同时，在悬臂402上可以设置一水平条形滑槽，所述光源本体405与该滑槽相配合，以实现光源本体405沿悬臂402长度方向移动，也可实现该光源本体405在竖直方向的移动。所述光源本体405可置于垂直孔307内，用于控制单体表面亮度和颜色的变化，进而进行相关教学演示，具体方法如下：

参考图4，把悬臂402置于支架杆202上，并调节第二调节螺母401，使悬臂402处于合理高度位置，然后在水平及竖直方向移动光源本体405，使光源本体405伸入到相应垂直孔307内，同时调节光源本体405的高度位置以使得夹缝窗口403处于相应水平孔406的位置，此时光源本体405的光线可通过水平孔406投射到不规则形状单体表面，以显示亮度或颜色的变化，通过这种方式可显示某合金在特定高度(温度)的平衡相成分点，可动态演示出蝴蝶规律、杠杆定律、重心法则等。本产品所用光源本体405优选为点光源。本产品所用光源也可是普通光源从顶部照射(在垂直孔307上端口处照射)。本方法还可用于控制分体表面亮度和颜色的变化。

此外，在单体或分体为透明材质的情况下，可采用平面光源显示亮度或颜色的变化，方法如下：该光源可设置在支架杆202上或悬臂402上，同时将该光源快速旋转或在一定角度范围进行往复扫描运动，速度大于60°/秒，利用人的视觉暂留现象形成“光刀”，可显示出任意截面，用于分析三元相图的水平和垂直截面变化规律。

优选的，所述立体模型本体210外侧还设有防护罩，所述防护罩可以设置为透明材质的三棱柱状，该防护罩的内横截面大于立体模型本体210的横截面，且高度略大于立体模型本体210，该防护罩内侧壁与立体模型本体210间的间隙优选为1-2mm。立体模型本体210可置于防护罩内，未使用或携带时，使立体模型本体210得到有效保护。防护罩顶端可设置提拉把手，便于对防护罩进行提拉。

优选的，所述底座201是木质、塑料或金属材质中的任意一种，所述底座201下侧设有容纳腔。根据教学实际需要，可选取不用材质底座，例如在室外教学，可选取木质或塑料材质，重量轻便于携带；在室内可选取金属材质，保障其底座201的稳定性能。同时本产品容纳室的设计，可在室外教学时装入其他教具(比如所述锁紧器、分离器等)。

本实施例还提供一种上述立体模型本体110的制作方法，包括下述步骤：

步骤一：利用3D制图软件设计组成各单体的分体模型，并根据相应模型生成3D打印机的可执行文件；

步骤二：根据所述可执行文件利用3D打印机制作各分体，打印过程中在相应的分体上打印出和磁铁501尺寸相适应的凹坑，然后暂停打印并将磁铁501放入凹坑中，之后继续打印，以将磁铁501封装入相应分体中；

步骤三：出于安全的考虑，对打印出来的各分体模型的尖锐部位进行钝化处理，优选为用Φ1-5mm的圆弧进行过渡，即尖角部位做成Φ1-5mm的球面，与所连接的棱相切；

步骤四：将各分体组合成相应单体，然后将各单体组合成所述立体模型本体210。

其中，在步骤一中所述利用3D制图软件设计组成各单体的分体模型之前，可采用太空泥、精雕泥等手工材料制造各单体及分体的简单模型，以便于得到各单体及分体的基本形状、构成面和线条的形态以及各单/分体之间的空间关系和尺寸关系，在此基础上利用3D制图软件设计组成各单体的分体模型。

步骤二中3D打印制作时所采用的方法可以为熔融沉积法或光固化法，优选为熔融沉积法，打印所用材料采用PLA、ABS、尼龙、TPE、软性橡胶等材料，优选为TPE和PLA。此外，步骤二中磁铁的设置方式也可以为：分体上设凹坑，凹坑尺寸和磁铁相适应，讲磁铁嵌入凹坑中，再用热熔胶或其它胶水将磁铁固定封装到凹坑中。

当然，所述立体模型本体也可以通过注塑等其它方法制作，此时制作材料优先采用软质材料，如硅胶、TPE等等。

综上所述，本实施例所述的立体模型本体210可拆分为若干单体，单体可拆分为若干分体，不同单体间的分体或相邻单体间可组合成不同的组合体；相邻单体间采用磁极相反的磁铁连接，稳定性佳，且拆卸方便；分体间采用方便插接的凹槽502与凸起503，不仅便于拆装，还保障了立体模型本体210的整体结构的稳定性。本产品单体内设有若干垂直孔307，可代表不同成分的合金，用于分析凝固过程，便于学生理解；该单体还设有若干均匀分布的水平孔406，可用于表示凝固过程的成分变化。

本实施例采用独特底座201，把夹紧器安装在底座201上，不仅可以夹紧立体模型本体110或组合体，还可用于展示立体模型本体210或组合体的水平截面，也可展示其投影(即三元相图的投影图)。

本实施例所述分离器，可用于展示立体模型本体210、组合体或单体的垂直截面，同时采用了若干立杆保障了整体结构的稳定性。

本实施例将底座201、支架杆202及悬臂402组合使用时，可用于控制单体或分体上水平方向亮度或颜色变化。通过这种方式可显示某合金在特定高度(温度)的平衡相成分点，可动态演示出蝴蝶规律、杠杆定律、重心法则等。

本产品立体模型本体采用3D打印的方法制作，不需要昂贵的模具，制作成本低。使用人可以根据需求随时进行设计、制作和改进，特别适用于教学和科技创新。

以上所述的仅为本发明的优选实施例，所应理解的是，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的思想和原则之内所做的任何修改、等同替换等等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.三元相图立体模型，包括立体模型本体，该立体模型本体由若干单体组合而成，其特征在于：所述立体模型本体上设有若干水平截面及垂直截面，该水平截面和垂直截面将相应单体分割为若干分体，所述立体模型本体内还设有若干垂直孔和水平孔，该水平孔从立体模型本体的一侧穿透至另一侧且其与相应垂直孔相交。

2.根据权利要求1所述的三元相图立体模型，其特征在于：还包括展示组件，所述展示组件包括底座，该底座上设有支架杆，所述支架杆上设有若干能够沿支架杆轴向方向移动的用于夹紧所述立体模型本体的夹紧器。

3.根据权利要求2所述的三元相图立体模型，其特征在于：所述夹紧器为三角形，其包括V形固定板、活动板及约束绳，所述V形固定板与所述活动板之间通过V形弹性连接板连接，所述V形固定板及活动板外侧均设有若干约束孔，所述约束绳的一端与所述V形固定板的角部位置相连，另一端依次穿过所述约束孔后与一用于调节其张紧力的调节件相连。

4.根据权利要求2所述的三元相图立体模型，其特征在于：所述底座由若干底板依次相互连接而成，且相邻底板间相互铰接连接，所述底座上方还设有由若干顶板依次相互连接而成的分离板，相邻顶板间同样相互铰接连接，相邻顶板间的铰接处通过一支撑杆与相对应的相邻底板间的铰接处相连，相邻顶板的下方分别设有第一立杆和第二立杆，该第一立杆及第二立杆的两端分别与相应的分离板和底板相连；至少一个所述垂直孔被所述垂直截面分割为两部分，所述第一立杆和第二立杆同时穿过该被垂直截面所分割的垂直孔。

5.根据权利要求2所述的三元相图立体模型，其特征在于：所述支架杆上设有能够沿支架杆轴向方向移动的悬臂，该悬臂内设有能够沿悬臂长度方向移动的光源本体，该光源本体为小于所述垂直孔直径且大于垂直孔高度的圆柱体状，所述光源本体上设有水平夹缝窗口，光源本体下端设有端部窗口。

6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的三元相图立体模型，其特征在于：所述立体模型本体外侧设有透明防护罩。

7.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的三元相图立体模型，其特征在于：所述相邻单体的连接面上分别设有若干位置相对应的凹槽，相邻单体的连接面上的凹槽内分别设有若干磁极相反的磁铁。

8.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的三元相图立体模型，其特征在于：属于同一单体的相邻分体间的连接面上分别设有相互配合的凸起和凹槽。

9.根据权利要求2-5中任一权利要求所述的三元相图立体模型，其特征在于：所述底座是木质、塑料或金属材质中的任意一种，所述底座下侧设有容纳腔。

10.一种权利要求1所述立体模型本体的制作方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤一：利用3D制图软件设计组成各单体的分体模型，并根据相应模型生成3D打印机的可执行文件；

步骤二：根据所述可执行文件利用3D打印机制作各分体，打印过程中在相应的分体上打印出和磁铁尺寸相适应的凹坑，然后暂停打印并将磁铁放入凹坑中，之后继续打印，以将磁铁封装入相应分体中；

步骤三：对打印出来的各分体模型的尖锐部位进行钝化处理；

步骤四：将各分体组合成相应单体，然后将各单体组合成所述立体模型本体。