一種用3D打印加工船模的方法與流程

　　本發明涉及一種用3D打印加工船模的方法，屬于精密模型加工技術領域。

　　背景技術：

　　船模是根據船舶設計要求按一定比例縮小制造的鋼質、木質、玻璃鋼或其它材質的船舶模型，它在造船業、船舶設計、仿真實驗、教學中起著重要作用。新型船舶在研制過程中，為了預報或改進其航海性能，需要反復在專用拖曳水池中做各種類型的模型試驗，如船模阻力試驗、螺旋槳性能試驗、船模操縱性實驗和耐波性試驗等，根據試驗數據來修正模型船體形狀，最后作為建造實船的重要依據。在教學和科研中，船模也起著很重要的作用：船舶原理學科的發展是和水動力學試驗技術的發展相互促進、相互依存的，大量船模試驗的結果可以歸納上升為理論，而任何相關理論都需要通過試驗的驗證。

　　船模作為實船試驗的近似替代品的可靠程度(即動力相似性)，是和它的幾何相似性密切相關的：船模的尺寸比例必須滿足一定的要求，更重要的是幾何加工精度要高、船體表面足夠光滑，否則會使試驗結果誤差增大，甚至會得到錯誤的結果。

　　但是，傳統的船模加工制作方法不僅加工周期長，而且精度也難以保證，開發出一種能保證高精度、高質量并能大幅度縮短加工周期的船模加工方法具有重要的意義。

　　技術實現要素：

　　本發明的目的是為了提供一種用3D打印加工船模的方法，其既能通過3D打印滿足高精度的船體表面，又能通過協同工作的方式大大提高加工效率，縮短生產周期。為船模加工提供快速、有效、精確的解決方案。

　　本發明的目的是這樣實現的：包括如下步驟：

　　第一步：根據待加工的船模型線圖進行建模，按縮尺比縮放到模型尺寸；

　　第二步：將船模型線設計成具有厚度的船模骨架，將船模型線構成的船模曲面進行加厚處理得到船模實體，并將船模實體分割成船模子部件；

　　第三步：將船模骨架雕刻成型，將船模子部件采用3D打印機打印成型；

　　第四步：將雕刻出的船模骨架以及3D打印的船模子部件進行裝配，形成船模毛坯；

　　第五步：將得到的船模毛坯外表涂刷玻璃鋼，進行結構加強及水密處理；

　　第六步：在第五步后的船模毛坯外表面涂刷膩子，進行表面光滑處理；再噴涂油漆，成型。

　　本發明還包括這樣一些結構特征：

　　1.第二步中：船模骨架間、骨架與船模子部件間均留有加工余量，分割船模子部件的位置切割成便于拼接的切口，所述切口為斜直線型、之字形切口。

　　2.第三步中：用雕刻機將船模骨架雕刻成型，所述雕刻機為激光雕刻或機械雕刻。

　　3.第五步中：所述玻璃鋼是以不飽和聚酯、環氧樹脂與酚醛樹脂為基體、玻璃纖維布為增強材料的聚酯玻璃鋼或環氧玻璃鋼或酚醛玻璃鋼。

　　4.第六步中：所述膩子為不飽和聚酯樹脂膩子，油漆為丙烯酸防水涂料。

　　與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明的一種用3D打印技術加工船模的方法能生產出高精度、高強度的船模，且本方法加工船模周期短，節省了成本并提升了效率，適用于工程、科研及教學等所需船模的生產制造。

　　附圖說明

　　圖1為本發明一種用3D打印加工船模的方法一種實施例的流程圖；

　　圖2為本發明的具體實例中建立船模的示意圖；

　　圖3為本發明的實例中建立龍骨及船模分段設計示意圖；

　　圖4為本發明的實例中形成的斜直線型、之字形切口示意圖。

　　具體實施方式

　　下面結合附圖與具體實施方式對本發明作進一步詳細描述。

　　結合圖1，本發明的一種用3D打印加工船模的方法，其特征在于，包括以下步驟：

　　a、根據待加工的船模型線圖進行建模，然后根據縮尺比縮放到模型尺寸。

　　b、將船模型線設計成帶有一定厚度(厚度為9-20mm)的船模骨架，將船模型線構成的船模曲面進行加厚處理(厚度為10-25mm)得到船模實體，并將加厚后的船模實體分割成預定方案尺寸范圍內的船模子部件。且船模骨架的厚度優選18mm；船模實體的厚度優選為20mm。

　　c、將船模骨架采用高精度雕刻機進行雕刻成型，將船模子部件采用3D打印機打印成型。

　　d、將雕刻出的船模骨架以及3D打印的船模子部件進行裝配，形成船模毛坯。

　　e、船模毛坯外表涂刷玻璃鋼，進行結構加強。

　　f、在結構加強后的船模毛坯外表涂刷膩子，進行表面光滑處理。外表噴涂油漆，成型。

　　進一步地，在步驟a中，對船模的船身、附體、特殊結構(側推孔、呆木)等完整建模，建成的模型曲面廣順且沒有漏洞。

　　進一步地，在步驟b中，船模骨架間、骨架與船模子部件間均留有加工余量，分割船模子部件的位置基于3D打印機的尺寸，切割成便于拼接的切口，優選地，所述切口為斜直線型、之字形切口。

　　進一步地，在步驟c中，雕刻機為激光雕刻和機械雕刻中的任一種電腦雕刻機，3D打印機為熔融堆積技術(FDM)、電子束熔融(EBM)、激光近凈成形(LENS)、選擇性激光燒結(SLS)、直接金屬粉末燒結(DMLS)、三維印刷(3DP)中的任一種增材制造方法。

　　進一步地，在步驟d中，在各龍骨結合之前，對龍骨接口處進行打磨，降低其粗糙度，將骨架采用粘合劑(AB膠)的方式拼接起來之后，再將船模子部件采用鑲嵌的方式組裝成型。

　　進一步地，在步驟e中，所述的玻璃鋼為以不飽和聚酯、環氧樹脂與酚醛樹脂基體，玻璃纖維布為增強材料的聚酯玻璃鋼、環氧玻璃鋼、酚醛玻璃鋼中的任一種。

　　進一步地，在步驟f中，所述膩子為不飽和聚酯樹脂膩子，油漆為丙烯酸防水涂料。

　　參閱圖1，本發明先根據待加工的船模型線圖進行建模，然后根據縮尺比縮放到模型尺寸；將船模型線設計成帶有一定厚度的船模骨架，并將加厚后的船模實體分割成預定方案尺寸范圍內的船模子部件；將船模骨架采用高精度雕刻機進行雕刻成型，將船模子部件采用3D打印機打印成型；將雕刻出的船模骨架以及3D打印的船模子部件進行裝配，形成船模毛坯；船模毛坯外表涂刷玻璃鋼，進行結構加強；在結構加強后的船模毛坯外表涂刷膩子，進行表面光滑處理。外表噴涂油漆，形成成品。

　　下面給出本發明的具體實施例：

　　結合圖2-圖4，基于所提供的船舶型線圖(水線型線圖、縱剖型線圖、橫剖型線圖)，采用三維建模軟件catia，將各型線圖投影在船模各站位、水線位置、縱剖位置上，生成各站位的橫剖型線2、中縱型線1、各高度處的水線型線4和甲板邊線3，基于投影后的型線曲線，采用放樣、橋接、拉伸、掃掠等方式完成船身曲面建模，然后對船身曲面檢查是否有重疊、漏洞等，如果有則重新建模，否則會導致后續無法進行。完成檢查后將船身曲面按照預定縮尺比縮放到船模大小，生成船模三維模型。

　　基于船模三維模型，進行骨架設計和船模分塊設計。骨架包括橫剖骨架、中縱骨架、甲板骨架等。其中橫剖骨架5是相應站位上的橫剖型線進行偏移、加厚生成的骨架；中縱骨架6為中縱型線進行偏移、加厚之后生成的骨架；甲板骨架7是將船模甲板輪廓直接加厚，然后再在其上挖合適凹槽生成的骨架。骨架與骨架之間要做成鑲嵌的形式，鑲嵌的縫隙留有0.2mm的余量，便于后續涂抹膠水。

　　船模分塊為將船模三維模型直接向內部加厚后生成實體，然后按照預定方案分割尺寸范圍內的船模子部件。首先要剔除掉骨架所占去的空間，然后按照斜直線型切口9、之字形切口10切割，便于后續的拼接工作。各分段之間、分段與骨架之間都留有0.2mm的余量，便于后續涂抹膠水。

　　將雕刻出的船模骨架以及3D打印的船模子部件進行裝配，形成船模毛坯。首先組裝船模骨架，在各龍骨結合之前，對龍骨接口處進行打磨，降低其粗糙度，將骨架采用粘合劑(AB膠)的方式拼接起來之后，再將船模子部件采用鑲嵌的方式組裝成型，然后在接縫處均填滿AB膠，待膠凝固之后，形成船模毛坯。

　　為保證加工船模的強度以及水密性，在船模毛坯外表面進行刷涂1層玻璃鋼，首先鋪設一層玻璃纖維布，然后再均勻涂抹環氧樹脂，涂抹過程要求不留死角，以形成水密船殼。

　　在玻璃鋼冷卻凝固之后，在表面涂刷一層很薄的不飽和聚酯樹脂膩子，然后先用150的粗砂紙進行粗打磨，將表面的縫隙等填平，然后采用600號砂紙進行精細水磨，表面達到廣順的要求；之后再噴涂丙烯酸防水涂料，水線上和水線下油漆顏色要區分開，在船首、船中及船尾貼上黑色水尺。完成船模成品。

　　綜上，本發明公開了一種采用3D打印技術進行船模加工制造的方法，包括以下步驟：根據待加工的船模模型型線圖進行模型3D建模，然后根據縮尺比縮放到模型尺寸；基于模型尺寸及打印機預定尺寸范圍，選擇合適的分塊方案，進行模型骨架設計，分別設計龍骨、橫剖站、甲板、水線等骨架，采用雕刻機進行骨架加工制作；將待加工模型按照分塊方案切割成多個子零件模型，采用3D打印機加工成型；將雕刻出的骨架以及3D打印的子零件進行裝配；外表涂刷玻璃鋼，進行加強處理；外表涂刷膩子粉，進行光滑處理；外表噴涂油漆，成型。本發明既能通過有效打印尺寸不足的3D打印設備進行制造大尺寸船模，也能保證船模切割拼接后的船模精度，還能保障船模的強度、防水性等。為船模加工制造提供了精度高、速度快、節省加工材料的解決方案。

　　技術特征：

　　1.一種用3D打印加工船模的方法，其特征在于：包括如下步驟：

　　第一步：根據待加工的船模型線圖進行建模，按縮尺比縮放到模型尺寸；

　　第二步：將船模型線設計成具有厚度的船模骨架，將船模型線構成的船模曲面進行加厚處理得到船模實體，并將船模實體分割成船模子部件；

　　第三步：將船模骨架雕刻成型，將船模子部件采用3D打印機打印成型；

　　第四步：將雕刻出的船模骨架以及3D打印的船模子部件進行裝配，形成船模毛坯；

　　第五步：將得到的船模毛坯外表涂刷玻璃鋼，進行結構加強及水密處理；

　　第六步：在第五步后的船模毛坯外表面涂刷膩子，進行表面光滑處理；再噴涂油漆，成型。

　　2.根據權利要求1所述的一種用3D打印加工船模的方法，其特征在于：第二步中：船模骨架間、骨架與船模子部件間均留有加工余量，分割船模子部件的位置切割成便于拼接的切口，所述切口為斜直線型、之字形切口。

　　3.根據權利要求1所述的一種用3D打印加工船模的方法，其特征在于：第三步中：用雕刻機將船模骨架雕刻成型，所述雕刻機為激光雕刻或機械雕刻。

　　4.根據權利要求1所述的一種用3D打印加工船模的方法，其特征在于：第五步中：所述玻璃鋼是以不飽和聚酯、環氧樹脂與酚醛樹脂為基體、玻璃纖維布為增強材料的聚酯玻璃鋼或環氧玻璃鋼或酚醛玻璃鋼。

　　5.根據權利要求1所述的一種用3D打印加工船模的方法，其特征在于：第六步中：所述膩子為不飽和聚酯樹脂膩子，油漆為丙烯酸防水涂料。

　　技術總結

　　本發明提供一種用3D打印加工船模的方法，根據待加工的船模模型型線圖進行模型3D建模，然后根據縮尺比縮放到模型尺寸；基于模型尺寸及打印機預定尺寸范圍，進行模型骨架設計，分別設計龍骨、橫剖站、甲板、水線等骨架，采用雕刻機進行骨架加工制作；將待加工模型按照分塊方案切割成多個子零件模型，采用3D打印機加工成型；將骨架以及子零件進行裝配；外表涂刷玻璃鋼，進行加強處理；外表涂刷膩子粉，進行光滑處理；外表噴涂油漆，成型。本發明既能通過有效打印尺寸不足的3D打印設備進行制造大尺寸船模，也能保證船模切割拼接后的船模精度，還能保障船模的強度、防水性等，為船模加工制造提供了精度高、速度快、節省加工材料的解決方案。