CN106166599A - 一种3d打印制造螺旋桨的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及螺旋桨制造技术领域，公开了一种利用3D打印制造船用螺旋桨的方法，具体是：将螺旋桨设计得出的设计图，采用计算机辅助设计软件进行建模得到螺旋桨的三维模型，将三维模型转换为切片软件可处理的三角面片数据，将三角面片数据导入3D打印装置所需的切片软件中进行查看和摆放并添加适当的支撑处理，处理后切片生成3D打印装置可识别的代码，用3D打印装置将所述模型打印出来，利用所述的螺旋桨模型，进行翻砂铸造得到螺旋桨产品。本发明简化传统制造螺旋桨的工艺，提高了生产效率，由于3D打印可以一次成型，其打印精度也高于现有的CNC数控加工工艺，并且节省了人工成本。

Description

一种3D打印制造螺旋桨的方法
技术领域
本发明涉及螺旋桨制造技术领域，特别是涉及一种利用3D打印制造船用螺旋桨的方法。
背景技术
目前，制造螺旋桨的传统工艺路线为：首先，进行螺旋桨设计，具体指根据不同的船型和动力特点进行螺旋桨的设计，得出螺旋桨的设计图；对于等螺距螺旋桨，可根据螺旋桨的桨叶轮廓尺寸表和桨叶断面尺寸表，使用刮板来刮制砂模的螺旋面和外形，然后在砂模面上刮出叶截面的轮廓，做出砂型，并将砂型烘干，浇筑而成。由于其通过人工刮制螺旋桨的桨叶，操作复杂，制作出的螺旋桨精度很难保证，效率低。对于变螺距螺旋桨和包含有纵倾、侧斜、拱度的螺旋桨，刮砂法很难操作。另外一种做法是根据螺旋桨的桨叶轮廓尺寸表和桨叶断面尺寸表，转换成三维点坐标，利用计算机辅助设计软件进行建模，并编制数控加工用的G代码，使用CNC加工木块的方法制作出螺旋桨的木模，然后进行翻砂铸造，用CNC加工螺旋桨木模程序编写复杂而且需要高水平的机床操作人员，加工耗时很长，材料利用率很低，加工成本很高，并且无法一次成型。
螺旋桨的螺距面和叶型是很重要的工作面，直接影响到螺旋桨的推进效率、振动和空泡。现在常用理论设计螺旋桨的方法得出的螺旋桨是变螺距并且包含有纵倾、侧斜和拱度，螺距面变得很复杂。使用传统的刮砂法几乎无法制作，因此一般使用CNC加工木块的方法来制作螺旋桨木模并以此进行翻砂铸造。
传统的使用CNC加工木块来制作螺旋桨模型是使用减材的加工方法，虽然木块比较软，但由于螺旋桨的叶片薄，只能以比较慢的速度进行切削，材料利用率很低，加工耗时长，并且需要高水平的编程工程师和高水平的机床操作员，加工过程中需多次翻转重复装夹，无法一次成型。
综上所述，需要研发一种螺旋桨制作的方法，用于解决现有技术中操作复杂、效率低、成本高、精度差和无法一次成型的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种3D打印制造螺旋桨的方法，该方法可以一次成型、模型精度高、节省人工、制作成本低。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种3D打印制造螺旋桨的方法，包括以下步骤：
S1、设计螺旋桨，将螺旋桨的桨叶轮廓尺寸表和桨叶断面尺寸表转换为三维点坐标；
S2、利用计算机辅助设计软件建模，结合螺旋桨桨毂尺寸，得到螺旋桨的三维模型；
S3、将三维模型转换为三角面片数据，将三角面片数据导入切片软件中，利用切片软件进行模型的摆放和添加支撑以及切层处理，得到3D打印所需要的打印代码；
S4、用3D打印装置将模型打印出来；
S5、将打印出来的模型进行翻砂处理得到铸型，将固态金属溶化为液态倒入铸型，得到螺旋桨。
进一步地，所述计算机辅助设计软件为Creo、UG、Catia或SolidWorks。
进一步地，所述切片软件为Cura、slic3r或makerwat。
进一步地，所述步骤S3中，切片软件处理时，分切的每层厚度控制在0.05~0.3mm。
进一步地，所述步骤S4中，采用SLA立体光固化或者DLP面成型光固化技术打印模型，所用材料为光敏树脂。
进一步地，所述步骤S4中，采用3DP三维印刷技术打印模型，所用的喷射材料为粘结剂，所用铺粉为塑料粉。
进一步地，所述步骤S4中，用MJP多喷头喷射技术打印模型，所用的喷射材料为树脂。
进一步地，所述步骤S4中，采用SLS选择性激光烧结技术打印模型，所用材料为工程塑料。
进一步地，所述步骤S4中，采用FDM熔融沉积技术打印模型，所用材料为热熔性丝材。
本发明的螺旋桨模型可为螺旋桨样，打印出的螺旋桨样可以直接用于展示、市场、概念设计、评估等；成品螺旋桨包含常规的固定螺距螺旋桨，还包括可调螺距螺旋桨等。
相比传统刮砂法，利用3D打印制作螺旋桨模型，可以解决包含有纵倾、侧斜和拱度的螺旋桨无法制作的问题，并且利用3D打印制作螺旋桨模型，可以一次成型，模型的精度高，节省人工，制作成本低。
相比CNC铣木块制作法，利用3D打印制作螺旋桨模型，可以一次成型，不需要高水平的CNC编程工程师、不需要高水平的机床操作人员、不必考虑装夹、不必考虑是否有加工死角，模型的精度高，节省人力成本及设备成本。
综上所述，本发明利用3D打印制造螺旋桨的方法，具有以下有益效果：其采用3D打印技术完成螺旋桨模型的制作，简化传统制造螺旋桨的工艺，提高了生产效率，由于3D打印可以一次成型，其打印精度也高于现有的CNC数控加工工艺，并且节省了人工成本，具有产业利用价值。
附图说明
图1是实施例1螺旋桨的三维模型；
图2是实施例1螺旋桨铸型的底部砂型；
图3是实施例1螺旋桨铸型的上部砂型。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明：
本说明书所附图所绘示的结构、比例、大小、螺旋桨桨叶叶数等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整、螺旋桨桨叶叶数的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。
实施例1
按照以下步骤3D打印制造螺旋桨：
S1、设计螺旋桨，将螺旋桨的桨叶轮廓尺寸表和桨叶断面尺寸表转换为三维点坐标（桨叶的正面坐标点和背面坐标点）；
S2、利用计算机辅助设计软件Creo建模，结合螺旋桨桨毂尺寸，得到螺旋桨的三维模型，如图1所示，1为螺旋桨桨毂，2为螺旋桨桨叶；
S3、将三维模型转换为3D打印装置所需的切片软件可处理的三角面片数据，将三角面片数据导入3D打印装置所需的切片软件Cura中，利用切片软件进行模型的摆放和添加支撑以及切层处理，得到3D打印机打印所需要的打印代码；很多传统零件或样品的外形尺寸没有螺旋桨大，为保证螺旋桨的表面质量和兼顾打印螺旋桨所需的时间，打印的切片分层厚度一般设置为0.05~0.3mm，典型值如0.15mm；
S4、用3D打印装置将模型打印出来，采用SLA立体光固化或者DLP面成型光固化技术打印模型，所用材料为光敏树脂；光敏树脂可以是Somos 11122、Somos 19120、Somos Next、环氧树脂等；
S5、将打印出来的模型进行翻砂处理得到铸型，螺旋桨底部砂型如图2所示，螺旋桨上部砂型如图3所示，底部砂型和上部砂型合起后，内部的型腔即是图1所示的螺旋桨形状，将固态金属溶化为液态倒入铸型，得到螺旋桨。
实施例2
步骤与实施例1基本相同，计算机辅助设计软件为UG，切片软件为slic3r，步骤S4中，采用MJP多喷头喷射技术打印模型，所用的喷射材料为树脂，例如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂等。
实施例3
步骤与实施例1基本相同，计算机辅助设计软件为SolidWorks，切片软件为makerwat，步骤S4中，采用3DP三维印刷技术打印模型，所用的喷射材料为粘结剂，如硅胶，所用铺粉为塑料粉，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、酚醛塑料、氨基塑料等。
实施例4
步骤与实施例1基本相同，所述步骤S4中，采用SLS选择性激光烧结技术打印模型，所用材料为工程塑料，如尼龙、玻纤尼龙、碳纤尼龙、聚碳酸酯、丙烯酸类聚合物、聚苯乙烯等。
实施例5
步骤与实施例1基本相同，所述步骤S4中，采用FDM熔融沉积技术打印模型，所用材料为热熔性丝材，如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS、聚乳酸PLA、聚碳酸酯PC、工程塑料PPSF、ABS与PC的混合料等。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神和范畴下，对上述实例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种3D打印制造螺旋桨的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、设计螺旋桨，将螺旋桨的桨叶轮廓尺寸表和桨叶断面尺寸表转换为三维点坐标；
S2、利用计算机辅助设计软件建模，结合螺旋桨桨毂尺寸，得到螺旋桨的三维模型；
S3、将三维模型转换为三角面片数据，将三角面片数据导入切片软件中，利用切片软件进行模型的摆放和添加支撑以及切层处理，得到3D打印所需要的打印代码；
S4、用3D打印装置将模型打印出来；
S5、将打印出来的模型进行翻砂处理得到铸型，将固态金属溶化为液态倒入铸型，得到螺旋桨。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算机辅助设计软件为Creo、UG、Catia或SolidWorks。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述切片软件为Cura、slic3r或makerwat。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，切片软件处理时，分切的每层厚度控制在0.05~0.3mm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中，采用SLA立体光固化或者DLP面成型光固化技术打印模型，所用材料为光敏树脂。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中，采用3DP三维印刷技术打印模型，所用的喷射材料为粘结剂，所用铺粉为塑料粉。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中，用MJP多喷头喷射技术打印模型，所用的喷射材料为树脂。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中，采用SLS选择性激光烧结技术打印模型，所用材料为工程塑料。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中，采用FDM熔融沉积技术打印模型，所用材料为热熔性丝材。
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