李慶君

摘 要： 傳統(tǒng)的3D打印存在兼容性差的問(wèn)題，在打印精細(xì)工件、彈性工件時(shí)存在一定的磨損缺陷。為了優(yōu)化3D打印性能提出并設(shè)計(jì)基于Rhino的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件。根據(jù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的用途，設(shè)計(jì)Rhino插件基本參數(shù)，通過(guò)Rhino插件多點(diǎn)添加數(shù)據(jù)，將Rhino技術(shù)插件導(dǎo)入計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，優(yōu)化其渲染功能，完成計(jì)算機(jī)輔助軟件的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，設(shè)計(jì)的基于Rhino的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件能夠?qū)Ω呔裙ぜ椥怨ぜM(jìn)行高精度3D打印，可優(yōu)化3D打印效果，具有一定的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞： Rhino技術(shù)； 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件； 軟件設(shè)計(jì)； 3D打印； 插件； 參數(shù)設(shè)置

中圖分類號(hào)： TN402?34； TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2018）08?0109?04

Abstract： The traditional 3D printing has the problem of poor compatibility， and some wear defects exist when fine workpiece and elastic workpiece are printed. To optimize the performance of 3D printing， a computer aided design software based on Rhino is proposed and designed. According to the application of computer aided design software， the basic parameters of Rhino plug?in are designed. By using the Rhino plug?in for data multi?point addition， the Rhino technology plug?in is imported to the computer aided design software to optimize its rendering function and complete the design of computer aided software. The experimental data shows that the designed Rhino based computer?aided design software can perform high?precision 3D printing for high?precision workpiece and elastic workpiece， optimize the 3D printing effect， and has a certain practicality.

Keywords： Rhino technology； computer aided design software； software design； 3D printing； plug?in； parameter setting

0 引 言

在工業(yè)產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)上，使用3D打印代替?zhèn)鹘y(tǒng)制造工藝，能夠?qū)ぜM(jìn)行精細(xì)的刻畫(huà)，并且對(duì)工件的尺寸以及形狀進(jìn)行精準(zhǔn)的把控[1]。但是3D打印，在面對(duì)制作工藝要求精細(xì)的工件上及帶有彈性的工件時(shí)，由于技術(shù)特點(diǎn)的限制，加上傳統(tǒng)打印方法識(shí)別模式有限，很難進(jìn)行高精度的彈性工件的打印[2]。提出并設(shè)計(jì)基于Rhino的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，提升3D打印性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的基于Rhino的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，能夠?qū)Ω呔裙ぜ?、彈性工件進(jìn)行高精度3D打印，可優(yōu)化3D打印效果，具有一定的實(shí)用性。

1 Rhino技術(shù)插件導(dǎo)入

本文導(dǎo)入的Rhino技術(shù)插件需要先安裝Microsoft Visual StudioRhino4DotNetWizards.zip的數(shù)據(jù)包[3]，保證SDK數(shù)據(jù)能夠?qū)?005版本以上的3D打印技術(shù)上，導(dǎo)入Rhino技術(shù)插件將會(huì)改變3D打印的識(shí)別方式。Rhino技術(shù)插件中的Dot NET .d .I 動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件涵蓋了Rhino技術(shù)插件中的打印識(shí)別數(shù)據(jù)[4]。當(dāng)文件在安裝完成后，Rhino技術(shù)插件會(huì)自動(dòng)識(shí)別本地計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)連接方式，Rhino插件會(huì)圍繞3D打印技術(shù)進(jìn)行相關(guān)識(shí)別。

Rhino技術(shù)插件對(duì)計(jì)算機(jī)環(huán)境配置具有一定的要求。每當(dāng)新建項(xiàng)目時(shí)，會(huì)自動(dòng)彈出一個(gè)Rhino Plug?In數(shù)據(jù)向?qū)姘?，使用?shù)據(jù)向?qū)姘迥軌驅(qū)Υ蛴〕绦蚩蚣苓M(jìn)行修訂[5]。大部分?jǐn)?shù)據(jù)由程序框架識(shí)別輸出，為此對(duì)于Rhino技術(shù)插件可以通過(guò)參數(shù)的把控實(shí)現(xiàn)功能的設(shè)置。在Rhino Plug?In數(shù)據(jù)向?qū)姘迳蠈?duì)執(zhí)行打印數(shù)據(jù)設(shè)置完成后，打印方案會(huì)自動(dòng)生成多個(gè)源代碼文件進(jìn)行打印路徑設(shè)計(jì)。安裝的My Plug In 1 PlugInAttributes.cs文件中已經(jīng)定義了打印過(guò)程的My Plug In 1 PlugInAttributes數(shù)據(jù)類別，數(shù)據(jù)類別確立了Rhino插件中工件打印程序起始節(jié)點(diǎn)、終止節(jié)點(diǎn)等打印數(shù)據(jù)信息[6]。安裝的My Plug In lPlug In.cs文件包含My Plug In 1 PlugIn打印形式數(shù)據(jù)以及PlugInMenu打印模型類別。Rhino技術(shù)插件能夠?qū)崿F(xiàn)PlugInMenu類別菜單的設(shè)置，能夠根據(jù)打印需求進(jìn)行個(gè)性化設(shè)置[7]。Rhino技術(shù)插件以Run Command控件為主體，對(duì)打印起始、終止、過(guò)程、方式、數(shù)據(jù)連接等都可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的設(shè)置。

2 基本參數(shù)設(shè)置

上述導(dǎo)入的Rhino技術(shù)插件，通過(guò)Rhino軟件的配置功能能夠確定輔助軟件的具體實(shí)施方式，但是需要對(duì)Rhino插件基本參數(shù)進(jìn)行導(dǎo)入才能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)上述方式的控制。Rhino插件基本參數(shù)分為幾個(gè)方面，其中包括：3D打印數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、鏈路的多維方式等[8]。數(shù)據(jù)的使用需要對(duì)基本參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。其中設(shè)置數(shù)據(jù)放置在控制單元內(nèi)[9]。傳輸協(xié)議的限令是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與成品的重要連接。為了能夠進(jìn)行多層次的傳輸形式，本文將傳輸協(xié)議進(jìn)行擴(kuò)充，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)化的多項(xiàng)式傳輸。多維方式的計(jì)算數(shù)據(jù)設(shè)置通過(guò)編程得以實(shí)現(xiàn)，編輯過(guò)程如下：

使用Rhino插件基本參數(shù)進(jìn)行硬件配備，硬件設(shè)備中多功能的實(shí)現(xiàn)都需要Rhino插件基本參數(shù)與硬件數(shù)據(jù)的有效連接。Rhino插件基本參數(shù)直接參與3D打印過(guò)程，但是對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、過(guò)程數(shù)據(jù)、多種方式都有所影響。

3 Rhino插件多點(diǎn)添加數(shù)據(jù)設(shè)置

本文對(duì)Rhino插件多點(diǎn)添加數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)多點(diǎn)添加數(shù)據(jù)能夠?qū)Υ蛴」δ苓M(jìn)行快速多范圍、多檔位、多位置的打印，在工件三維模型的效果中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)孔洞、凹槽、突起等效果的制作。

多點(diǎn)添加數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)，能夠確認(rèn)每層中加工位置，通過(guò)點(diǎn)位數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)加工數(shù)據(jù)的重新排布，在使用多點(diǎn)添加數(shù)據(jù)功能時(shí)，直接選擇空位數(shù)據(jù)與實(shí)施數(shù)據(jù)進(jìn)行交換，利用輸入數(shù)據(jù)的執(zhí)行方式，對(duì)打印過(guò)程硬件設(shè)備進(jìn)行控制，如圖1、圖2所示。圖1 是對(duì)單層的數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)過(guò)程，圖2是完成三維多點(diǎn)添加數(shù)據(jù)結(jié)果。

通過(guò)對(duì)多點(diǎn)添加數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)3D打印的多功能。

4 改進(jìn)計(jì)算機(jī)輔助軟件的實(shí)現(xiàn)

本文以一件帶有凹槽曲面物體為例，Rhino技術(shù)下的 3D打印技術(shù)，通過(guò)造型工具構(gòu)造工件的基本體面；利用Surfice Analy工具中折線繪畫(huà)屬性Gaussian進(jìn)行調(diào)配， Zebra Stripe控件能夠?qū)崿F(xiàn)工件表面的紋飾設(shè)計(jì)，Curvature Circle能夠計(jì)算出多層次的連接點(diǎn)以及頓點(diǎn)數(shù)據(jù)。根據(jù)需要進(jìn)行曲面控制點(diǎn)個(gè)數(shù)的調(diào)整，將曲面中的第一接觸點(diǎn)設(shè)置為參照物[10]，如圖3所示設(shè)置長(zhǎng)方體中間位置為第一參照物，接下來(lái)以參照物為中心進(jìn)行分層打印，圖3所示的輪廓線是最后確立的點(diǎn)，也是打印終止點(diǎn)。最終的結(jié)構(gòu)如圖4b）所示，需對(duì)凹槽進(jìn)行提前數(shù)據(jù)分配，分配過(guò)程也是打印數(shù)據(jù)生成過(guò)程。凹槽曲線可利用數(shù)據(jù)搭配也可利用手動(dòng)繪制完成，由多條的數(shù)據(jù)線形成一個(gè)完整的打印面，層面的疊加過(guò)程中，基準(zhǔn)面平面是最先打印的實(shí)體，基準(zhǔn)面的打印方式是兩側(cè)雙向打印，不需要過(guò)程修飾。最后利用鏡像功能對(duì)雙向體進(jìn)行復(fù)制。

本文采用Rhino進(jìn)行三維建模就是工件執(zhí)行打印流程，進(jìn)行工件的打印加工時(shí)，可以先設(shè)計(jì)模型的三視圖。通過(guò)三視圖能夠調(diào)整透視圖的角度以及入手點(diǎn)的位置，得到最佳切入角。選擇Dinension單元中的Make2DD rawing調(diào)用命令，調(diào)整生成的三視圖的實(shí)體，實(shí)體數(shù)據(jù)會(huì)顯示在2DD rawing Options的命令對(duì)話框中，方便關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的使用。在工件布局的設(shè)置上，選擇多頻道View布局格式，在多種布局格式的選擇下，三視圖與制圖標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)必須相接近，視圖的位置可以有所不同，方式必須嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行設(shè)置。

基礎(chǔ)的三維模型確立后，需要對(duì)工件表面進(jìn)行精細(xì)度的渲染。本文利用Rhino技術(shù)將不同材質(zhì)、不同精細(xì)度、不同加工精度、不同視覺(jué)效果進(jìn)行區(qū)分，塑造出的工件能夠真實(shí)還原工業(yè)產(chǎn)品的原樣。Rhino技術(shù)具有極強(qiáng)的渲染功能，能夠?qū)⒐ぜ娜S模型導(dǎo)入進(jìn)行初級(jí)的 “一健渲染”。對(duì)輔助軟件的控制通過(guò)loft口令、 sweep限令、blend執(zhí)行命令等執(zhí)行控件命令進(jìn)行精度控制。Rhino技術(shù)的一個(gè)重要特點(diǎn)是數(shù)據(jù)連接與數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)，本文只需要調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)層面間距的連續(xù)性就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輔助軟件的設(shè)計(jì)。執(zhí)行命令按照改進(jìn)的渲染模型程序以及參數(shù)的配置特性，進(jìn)行多角度的數(shù)據(jù)執(zhí)行，完成輔助軟件對(duì)3D打印過(guò)程輔助作用。

5 仿真試驗(yàn)

5.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)置

試驗(yàn)過(guò)程中在線條控制的設(shè)計(jì)上，改進(jìn)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助軟件能夠進(jìn)行自動(dòng)數(shù)據(jù)點(diǎn)生成，為了試驗(yàn)的快捷以及精準(zhǔn)，對(duì)傳統(tǒng)3D軟件的Debam屬性進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，方便試驗(yàn)過(guò)程的對(duì)比，設(shè)計(jì)過(guò)程中的數(shù)據(jù)主要有編程的設(shè)置。試驗(yàn)在選擇繪制圖形時(shí)，方便傳統(tǒng)3D軟件的實(shí)現(xiàn)，對(duì)基本數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置如表1所示。

5.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

本文分別從彈性工件打印程度上以及精密工件的打印上進(jìn)行對(duì)比，使用傳統(tǒng)輔助軟件與本文計(jì)算機(jī)輔助軟件為對(duì)比進(jìn)行比較，對(duì)不同工件進(jìn)行3D打印，分別記錄GTY成型率以及在三種打印方式下試驗(yàn)結(jié)果，見(jiàn)圖5、表2。

通過(guò)表2數(shù)據(jù)可以看出，本設(shè)計(jì)基于Rhino的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的3D打印方法，能夠看出不管打印什么類型的工件，基本打印數(shù)據(jù)沒(méi)有發(fā)生過(guò)變化，并且在打印彈性工件時(shí)保持在6 000 t以上，足以說(shuō)明本文設(shè)計(jì)的方法能夠適用多種工件的3D打印，并且改變了傳統(tǒng)方法的不足。圖5是兩種方法的GTY成型率的對(duì)比，能夠從圖像中看出，本文設(shè)計(jì)的方法GTY成型率高于傳統(tǒng)方法，GTY成型率是衡量A++產(chǎn)品的最有效的指標(biāo)，因此，本文設(shè)計(jì)的3D打印方法能夠打印更加優(yōu)質(zhì)的工件。

6 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的基于Rhino的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的3D打印方法，導(dǎo)入Rhino技術(shù)，對(duì)Rhino技術(shù)基本參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，對(duì)多點(diǎn)添加數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)Rhino技術(shù)建立三維數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)工件的高精度3D打印。希望通過(guò)本文的研究能夠提升3D打印技術(shù)。

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