一种基于3D打印的柴油机动态模型的设计与制作方法

本申请属于柴油机动态模型设计及制造技术领域，尤其涉及一种基于3d打印的柴油机动态模型的设计与制作方法。

背景技术：

随着科学技术的发展，越来越多的新技术和新方法被运用于军事训练和舰船装备维修保障。传统的军事训练和舰船装备保障方式正遭受严峻的挑战。目前，海军舰艇动力维修存在人力、物力、财力消耗成本高，设备维修场地受限制，运送备件受海上地理条件限制等问题，迫使舰艇人员在海上任务时饱受动力装置急需维修却缺少可更换的零件之苦。在教学训练方面，我校内燃专业传统课堂教学中只能借助柴油机图片、动画、视频等素材进行教学，抽象的概念和系统结构学生仍然难于想象和理解。导致课堂授课质量和学员学习效果受到很大影响；在维修训练方面，舰船上的机电部门干部在为战士讲解柴油机内部结构和维修方法时，常常不能将机器拆开，无法结合实物讲解而感到力不从心。

技术实现要素：

本申请的目的在于，基于以上问题提供柴油机动态模型的设计和制作方法，制造出更加适合教学，更加容易让学生接受的教学模型，为海军未来提高动力装置的装备保障能力提供了一个新思路。

为实现上述目的，本申请采用如下技术方案。

一种基于3d打印的柴油机动态模型的设计与制作方法，包括如下步骤：

步骤一、用于建立三维模型的步骤，具体包括：

基于柴油机装配方案构建合理的装配层、子装配层、零件层以及特征层；

所述装配层包含柴油机整机模型信息、子装配层包含有柴油机内部各元器件的模型信息、零件层包含有各元器件结构分解模型信息；特征层包含有各元器件的配合关系信息；

步骤二、用于完成三维模型的切片打印的步骤

基于前述步骤一确定的装配层、子装配层和零件层，将其转化为可识别的二维平面数据，具体而言：

采用stl格式文件处理前述模型数据，分别载入各模型数据并依次进行模型处理、层片信息处理、g代码生成以及打印处理；

所述模型处理是指，在合适的模型视图模式下，载入并变换模型，调整打印视角及其比例；

所述层片信息处理，是指基于前述配置设定好打印选项后进行切片处理，观察切片后各层片信息，调整相应设置爱后完成切片；

所述g代码生成是指基于前述层片信息生成g-code格式代码；

所述打印处理是指基于前述层片信息生成的g-code格式代码，在3d打印机中，将所需原材料逐层喷涂或者熔融到三维空间中，分别对柴油机各零部件进行3d打印生成；

步骤三、用于打印后处理及装配的步骤

具体是指，去除打印后所得零部件上的支撑结构，打磨零部件表面、对打印过程冲生成的孔槽结构进行进一步加工处理，采用螺钉连接的方式将各零部件进行连接装配；

在装配过程中，应当对存在相对运动的零部件进行干涉检查，对于存在非必要干涉的位置进行打磨和润滑处理；对于需要使用螺钉进行装配的零部件组合，应当对已加工孔槽的同轴度进行检查，对于同轴精度不满足要求或者尺寸存在偏差的孔槽，应当采用扩孔校正的方法使两个需要配合的孔或槽保持正确的位置关系；对于螺栓连接结构附近结构薄弱或者易滑动的，应当采用粘接剂进行加固处理；

步骤四、配置用于柴油机模型运行功能的arduino控制系统的步骤；

arduino控制系统由电源、电机驱动板、电机、arduino控制板、上位机组成；

所述电源包括用于向电机驱动板和电机供电的12v电源以及用于向arduino控制板供电的5v电源；所述电机驱动板接收arduino控制板指令以控制电机旋转，电机轴连接至柴油机模型曲轴以驱动其转动。

对前述基于3d打印的柴油机动态模型的设计与制作方法的进一步改进或优选，所述上位机采用无线遥控手柄，所述arduino控制板上设置有手柄接口

对前述基于3d打印的柴油机动态模型的设计与制作方法的进一步改进或优选，所述子装配层至少包括曲轴、凸轮轴、中冷器、排气管、柱塞的模型信息

其有益效果在于：

基于3d打印的柴油机动态模型的设计与制作方法提供了一种高效低成本的柴油机动态模型的设计与制作方案，将该动态模型用于课堂教学，可改善教师教学效果、提高学生学习兴趣和效能。若将该柴油机动态模型应用于日常的舰艇维修训练，也可提高舰员的学习和训练质量。

附图说明

图1是基于3d打印的柴油机动态模型的设计与制作方法的打印流程示意图；

图2是基于3d打印的柴油机动态模型的设计与制作方法控制系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本申请作详细说明。

本申请的一种基于3d打印的柴油机动态模型的设计与制作方法，包括如下步骤：

步骤一、用于建立三维模型的步骤，具体包括：

基于柴油机装配方案构建合理的装配层、子装配层、零件层以及特征层；

所述装配层包含柴油机整机模型信息、子装配层包含有柴油机内部各元器件的模型信息、零件层包含有各元器件结构分解模型信息；特征层包含有各元器件的配合关系信息；

步骤二、用于完成三维模型的切片打印的步骤

基于前述步骤一确定的装配层、子装配层和零件层，将其转化为可识别的二维平面数据，具体而言：

采用stl格式文件处理前述模型数据，分别载入各模型数据并依次进行模型处理、层片信息处理、g代码生成以及打印处理；

所述子装配层至少包括曲轴、凸轮轴、中冷器、排气管、柱塞的模型信息

所述模型处理是指，在合适的模型视图模式下，载入并变换模型，调整打印视角及其比例；

所述层片信息处理，是指基于前述配置设定好打印选项后进行切片处理，观察切片后各层片信息，调整相应设置爱后完成切片；

所述g代码生成是指基于前述层片信息生成g-code格式代码；

所述打印处理是指基于前述层片信息生成的g-code格式代码，在3d打印机中，将所需原材料逐层喷涂或者熔融到三维空间中，分别对柴油机各零部件进行3d打印生成；

步骤三、用于打印后处理及装配的步骤

具体是指，去除打印后所得零部件上的支撑结构，打磨零部件表面、对打印过程冲生成的孔槽结构进行进一步加工处理，采用螺钉连接的方式将各零部件进行连接装配；

在装配过程中，应当对存在相对运动的零部件进行干涉检查，对于存在非必要干涉的位置进行打磨和润滑处理；对于需要使用螺钉进行装配的零部件组合，应当对已加工孔槽的同轴度进行检查，对于同轴精度不满足要求或者尺寸存在偏差的孔槽，应当采用扩孔校正的方法使两个需要配合的孔或槽保持正确的位置关系；对于螺栓连接结构附近结构薄弱或者易滑动的，应当采用粘接剂进行加固处理；

步骤四、配置用于柴油机模型运行功能的arduino控制系统的步骤；

如图2所示，arduino控制系统由电源、电机驱动板、电机、arduino控制板、上位机组成；

所述电源包括用于向电机驱动板和电机供电的12v电源以及用于向arduino控制板供电的5v电源；所述电机驱动板接收arduino控制板指令以控制电机旋转，电机轴连接至柴油机模型曲轴以驱动其转动；

所述上位机采用无线遥控手柄，所述arduino控制板上设置有手柄接口。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本申请作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的实质和范围。