摘要：针对复杂曲面薄壁零件手板模型制作的问题,对手板模型的3种常用制作方法进行了对比,研究了快速成型过程的关键技术， 包括STL格式文件转换的格式设置参数设置和快速成型关键参数设置,对普通手板模型及复杂曲面薄壁零件手板模型的关键问题 进行了讨论和对比。通过壁厚为0.5 mm的曲面零件设计和模型制作,给出了适合普通零件及曲面薄壁零件快速成型零件的合理工 艺参数。研究结果表明，只要正确合理的选取关键工艺参数，可以避免曲面薄壁零件快速成型易出现的断壁、多毛刺的问题，能高 效、高精度地制造手板模型,能满足手板模型的各项特性需求。...

针对复杂曲面薄壁零件手板模型制作的问题,对手板模型的3种常用制作方法进行了对比,研究了快速成型过程的关键技术， 包括STL格式文件转换的格式设置参数设置和快速成型关键参数设置,对普通手板模型及复杂曲面薄壁零件手板模型的关键问题 进行了讨论和对比。通过壁厚为0.5 mm的曲面零件设计和模型制作,给出了适合普通零件及曲面薄壁零件快速成型零件的合理工 艺参数。研究结果表明，只要正确合理的选取关键工艺参数，可以避免曲面薄壁零件快速成型易出现的断壁、多毛刺的问题，能高 效、高精度地制造手板模型,能满足手板模型的各项特性需求。
0.引言
复杂曲面也称自由曲面,指表面形状不能被连续 加工的，具有传统加工成型的任意性特点的曲面。尤 其是自由曲面，目前被广泛应用于装备制造、汽车、造 船、模具、航天等行业的复杂产品设计中。
自由曲面的铣削加工主要依赖于编程工程师的 经验和CAM/CNC系统的仿真功能。尤其是新产品 的开发中，复杂曲面产品面临的困难更大。在工程上 薄壁零件一般指壁厚小于1 mm的零件。手板是指新 产品开发中根据产品技术图纸生产的少数样品，用来检查外观、结构、强度等合理性的功能样板。早期，主 要是通过技师的手工制作完成,手板是港台企业的叫 法，目前国内统称为手板模型或首板模型。手板的做 法分为手工、CNC和快速成型3种方法。传统手工手 板制作存在着低效率、低精度等缺陷，目前已逐渐被抛 弃。CNC手板模型也称数控手板模型,指通过数控机 床生产而成,材料为金属、塑料等。CNC手板因其效率 较高、成本适中，而且设备比较普及而得到大部分厂家 的采用M。但对于复杂曲面产品,CNC加工方法存在 较大的限制（如必须采取五轴联动加工中心)，甚至无 法完成加工。
快速成型(RP)技术是在现代CAD/CAM技术、激 光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新 材料技术的基础上集成发展起来的，快速成型通过 "分层制造，逐层叠加"的加法方法进行产品加工，和 CNC的"刀具去除毛坯多余材料获得产品"减法加工 方法有质的区别，也俗称3D打印M。快速成型手板 模型手板是伴随着快速成型技术快速发展的最新模 型,利用CAD系统设计或者逆向工程获得STL的快速 成型文件，通过材料堆积的方法，可以获取任意形状 滕开少数壁厚限制）的产品模型。除此之外,快速成 型可以快速获得产品模型，缩短加工时间，具有明显 的效率优势。
薄壁结构是一种常见的特征形式，当采用铸造、 锻压等方式制造时，需要先制造相应的模具，而采用 切削方式又需要去除大量的金属。快速成型技术为 薄壁结构的制造提供了更大的灵活性。因此，复 杂曲面薄壁零件的手板模型制作,采用快速成型方法 是最佳方法。
本研究针对手板模型制造,阐述文件格式的转换、 加工参数的设置、加工结果,尤其是针对复杂曲面薄壁 零件加工中易出现断壁、多毛刺的问题,提出合理的工 艺参数,并进行加工验证。
1.STL格式设置
STL文件格式是业界通用的快速成型格式文件， STL文件采用系列三角形网格组合来拟合三维实体模 型的表面，因此，CAD建模的复杂曲面在转换STL格 式时，必须合理设置文件转换参数，以获取所需的模 型精度和加工效率。
本研究采用Proe 4.0野火版使用旋转、拉伸、扫描 等指令等构建的曲面零件零件名称为咖啡杯)如图1 所示。零件壁厚为1 mm。
STL格式的转换过程为（以proe野火软件为例）：
File (文件)->Save a Copy (保存副丨]本）->Model 膜型名称}->选择文件类型为STL (*.stl)。
转换确定后跳出的STL导出参数框如图1所示。

参数框主要包括STL格式选择(默认为二进制）、 二角片拟合参数设置、文件名。其中，二角片拟合参 数设置直接决定了快速成型的产品精度。
弦高输入0默认修改为0.009 100,即为软件系统 最高精度0.01)、输入0 (默认修改为0.000 000 1),即 对零件进行了二角片划分。
STL文件输出结果如图2所示。

2.薄壁曲面模型快速成型参数设置
使用Dimension快速成型机Elite机型，其最大打 印尺寸为8x8x12 in,精度达到0.08 mm,通过FDM溶 入堆积法，高温将材料加热为液态，通过喷嘴喷涂实 施堆积加工。
设备使用Catalys EX快速成型管理软件,模型材 料可采用ABS plus增强型工程塑料,支撑材料采用可 剥离、可溶解的BST材料。
Catalys EX能打开STL格式的文件，快速成型参 数设置如图3所示。

首先对文件进行快速成型关键参数设置,如下： ⑴层厚。共有0.254 0、0.177 0两个参数，不同 的参数代不同丝的直径,一般使用0.254 0这个参数。
2模型内部。共有实心、疏松-高密度和疏松- 低密度3个参数,不同的参数打印的实体强度也不同， 一般使用实体、疏松-高密度这两个参数。
⑶支撑填充。共有最小化、基础、半实心和环绕 4个参数,不同的参数支撑的效果不同，需根据实体的 需要选择对应参数。
份数。默认为1份,可根据需要进行修改,也 可以在后面模型包里添加，建议不作修改。
STL单位。共有英寸、毫米两个参数般模 型添加进来后不需要修改。本研究中的咖啡杯模型 的参数为毫米。
STL比例。默认为1.000,可以根据自己需要 进行修改，一般不需改动。本研究设置为0.5比例。 因此模型的壁厚为0.5 mm的厚度。
一般手板模型的快速成型的设置依赖使用者对 于模型的精度和加工效率的选择。理论上,快速成型 能制作任意尺寸的产品，但工程应用上，由于壁厚的影 响以及曲面尤其是自由曲面的几何复杂性,对快速成 型产生了极大的影响,如薄壁容易出现成品易脆易断, 甚至导致加工失败;复杂曲面的过渡处容易出现毛刺 较多现象。在工程应用中，_般将壁厚小于1 mm的手 板模型称为薄壁模型。因此，复杂曲面薄壁零件的快 速成型对于参数的设置有一定特殊要求,如层厚的设 置,—般零件选择0.254,薄壁曲面零件选择0.177膜 型内部:一般零件选择疏松-高密度,薄壁零件选择实 心方式,这些参数的选择可以提高加工质量。一般手 板模型和复杂曲面薄壁手板的关键点及参数设置对 比如表1所示。
表1中，通过采用复杂曲面薄壁模型的参数进行 普通模型的设置,可以成型出高精度、高质量的手板模 型,但加工时间较长而在加工复杂曲面薄壁手板模型 时,选用普通模型参数进行加工,会经常出现曲面及薄 壁处毛刺严重甚至出现薄壁加工不成功的现象。
3.快速成型过程
设置好参数后，即可实行快速成型加工。设置好 参数后,所生成的加工数据如图4所示。

4.结束语
针对复杂曲面零件难以加工出高质量、高精度手 板模型的问题,本研究阐述了复杂零件尤其是薄壁零 件的快速成型方法和过程，包括STL文件格式设置、 Dimension Elite快速成型机的软件参数设置（针对薄 壁和复杂曲面,合理选取加工参数和加工方法)，并对 普通手板模型和复杂曲面薄壁手板模型的加工进行 了讨论对比。

本研究针对壁厚仅为0.5 mm的零件进行了快速 成型,结果表明,模型质量较高,成型效果好。

实践证明，复杂曲面薄壁零件的手板模型制作， 只要准确合适的设置好关键参数，就能加工出高精 度、高质量的手板模型,能满足手板模型的需求。