Solidworks軟件在3D打印技術中的應用研究①

康瑋明

(撫順職業技術學院 遼寧撫順 113122)

隨著我國經濟的不斷發展，以工業生產為基礎的產業化已經發展到全新的模式，工業生產的更新換代速度也前所未有，因此，在工業設計的過程中，必須要結合市場對產品的需求進行及時化的設計，只有進行全面及時的設計才能夠在廣大的市場發展中占據競爭優勢，核心的技術競爭力也是促進企業發展，技術提升和市場主動權的重要保障，因此對于企業來說，在產品的設計過程中必須以較快的設計周期來增強在市場環境的主動權。目前，3D打印技術是一種行之有效的產品設計軟件，能夠在較短的實踐周期內對產品進行相關的設計和生產，從而保障產品能夠快速推入市場，促進企業在經濟環境下不斷發展，在進行3D打印的過程中，SolidWorks作為一種設計軟件能夠發揮重要的作用，不僅能夠對產品的設計過程進行相關的優化作業，還能夠促進產品的精細化生產和適時化修改，能夠從很大程度上節約產品的成本轉換，從而強化企業在產品設計中的效益。因此，研究SolidWorks軟件在3D打印技術中的應用，能夠有效提升企業在產品設計和產品生產中的效率。

1 Solidworks軟件及3D打印技術的概念介紹

SolidWorks軟件是世界上第一款基于Windows操作系統的三維模型設計軟件，經過幾十年的發展逐漸成為集傳統設計軟件CAD、CAE以及CAM等為一體的綜合設計化軟件，這款軟件能夠結合設計者的基礎需求結合計算機的輔助通過一系列的設計步驟，從而實現基礎產品的模型化設計，還能夠結合產品的基礎材料和性能設計來進一步優化在不同熱力環境以及使用頻率下的產品消耗速度，模擬產品的跌落測試等一系列設計，這種軟件在很大程度上能夠促進產品在設計階段的測試工作的完整性，有效節約產品的實驗成本，縮短整個產品的基礎設計周期，還能夠提高產品在多種使用情境下的可靠性。將其應用在3D打印技術中式提升產品的設計強度和使用性能的行之有效的方法，通過機體框架的有效建模和靜力學仿真設計，能夠為3D打印技術提供高質量以及高精度的技術支撐，從而強化企業在產品設計和生產過程中的不斷提升。

3D打印技術是一種快速成型技術，該技術以數字模型相關的文件作為成型基礎，運用粉末狀的金屬或者塑料等一些可以及時粘合的材料，通過逐層打印來構造物體形態，從而形成基于設計理論的實物。這一項技術通常適用在模具制造和工業設計等行業領域中用來制造相關的產品模型，隨著該技術的不斷成熟，隨后逐漸被應用于一些工業產品的直接制造過程中，目前我國的工業生產中已經有使用3D打印技術生成的各種零部件，這些零部件的形成是利用數字技術材料打印機來實現的，最早出現在20世紀90年代中期，在實際的應用化過程中的工作原理與普通的打印機相同，裝置內部裝有液體或者固體等打印材料，將其與計算機網絡鏈接以后，就能夠在數字化指令的控制下將這些打印材料進行層層疊加，從而將計算機上的設計產品轉化為實物。在工作過程中主要分為三維設計、切片處理以及打印完成三個步驟，其中三維設計過程就是利用計算機進行相關建模的過程，在該過程中是基于設計者的思考和產品的實際生產需求來進行相關設計的，并利用相關的設計軟件例如SolidWorks等對產品進行相關的使用環境模擬，最終投入切片處理和打印階段，完成產品生產。

2 Solidworks軟件在3D打印技術中的應用優勢分析

SolidWorks軟件在3D打印技術中的應用主要體現在產品的形態設計以及環境模擬設計階段，通過計算機的輔助作用，該軟件能夠在Windows操作系統下完善自身對產品相關形態功能的優化以及相關的環境性能模擬，具體來講，該軟件在3D打印技術中的應用優勢主要有以下兩個方面。

一方面，完善產品的設計優化。在傳統的設計軟件中，產品的設計和使用過程缺乏足夠的精度和完善性，導致在哎產品的批量生產中次品率較高，甚至會造成批次缺陷，為企業的經濟效益帶來嚴重的問題，往往也會與設計者的設計初衷出現偏差，因此，將SolidWorks軟件與3D打印技術結合能夠有效促進產品設計過程中的精度提升，從而完善產品的額設計優化，該軟件集合了多種設計軟件于一體，能夠從基礎設計需求出發，以更加人性化和智能化的設計方式幫助設計者處理產品設計中存在的些許問題，與此同時，較多的軟件設計功能也能夠有效促進產品設計的全方位優化，避免由于精度缺乏而出現問題，產品的優化設計是保障企業安全生產的重要前提，也是強化企業發展方向的重要保障，先進的設計軟件能夠為企業產品設計提供良好的發展基礎，也能夠促進企業產品設計的不斷優化。

另一方面，優化產品環境使用效果。SolidWorks設計軟件不僅能夠利用多種設計手段促進產品在設計過程中的精度和細節，還能夠結合產品的使用性能，在虛擬環境下模擬產品的使用性能，例如模擬產品在高溫和高壓環境下的承受度，模擬產品在高空墜落的承受力等，這一功能是該軟件區別于其他傳統軟件的根本優勢，不僅從根本上縮短了產品在測試期間的時間，還有效降低了企業在產品測試過程中的成本消耗，在降低人力資源成本的同時也避免了材料的過度消耗，在日常設計和生產中具有較強的應用效果。

3 Solidworks軟件在3D打印技術中的應用實例介紹

結合以上提到了SolidWorks軟件在3D打印技術中的應用優勢，目前的產品設計中已經逐漸開始使用該軟件，產品設計中主要設計一些零部件的設計及打印工作，例如在當今較熱的汽車市場下，不同汽車品牌對零部件的要求也越來越高，利用3D打印技術能夠有效提升產品零部件的精確度和耐用程度，與此同時，SolidWorks軟件也能夠通過軟件功能對零部件在機器使用環境下進行相關的耗能模擬，為零部件的正常運行提供較為可行的材料和運行周期。例如，在設計減速器中的斜齒輪進行設計時，需要按模型設計、STL文件的生成格式，模型分層切片，3D打印制造以及產品處理這幾個過程，其中在模型設計的過程中，SolidWorks軟件的設計功能能夠為設計者的設計需求以及軟件的基本參數進行相應的設計，一方面促進了軟件在設計過程中斜齒輪的基礎參數的不斷完善，提高了設計精度，能夠從基礎細節入手，結合斜齒輪的日常工作和運行環境不斷完善相關的指數，在設計過程中，以計算機輔助系統設計形成的三維模型無法被3D打印機識別，因此需要轉換文件的基礎格式來進行下一步的操作，切片處理過程就是進一步促進3D打印機進行識別和處理的過程，能夠將切片后的基礎文件直接轉化和儲存為gcode格式的文件，然后利用無線傳輸和打印的方式，通過相關材料的層層打印和粘合，最終實現模型的打印。

3D打印技術是現下比較熱門的技術，SolidWorks也緊跟時代潮流，在最近的SolidWorks2020 的軟件功能中，最新的3D打印機的綜合信息列表，我們可以通過快速瀏覽或搜索到最常用的打印機并將它們添加到收藏夾中，然后就可以從打印機列表下拉菜單中選擇打印機。選擇模型底面將顯示打印機的范圍并顯示出非打印區域，并以紅色顯示出來，我們可以抬高零件，再找到合適的方向。使用SOLIDWORKS 2020，現在可以根據精確的三維幾何圖形產生切片，而不需要先導出類似STL的格式文件，另外，這些信息可以保存為3mf格式，它不僅能存儲三維幾何數據，還能存儲材料、顏色，紋理、二維切片數據等。最后，如果在設計初始階段沒有合作的制造廠家，還可以通過“3DEXPERIENCE Marketplace Make”，從中獲取數百家廠家的報價。

使用機器憑空打印出一個物體聽上去像是科幻小說里才有的情節，但隨著3D打印技術的不斷發展，利用SolidWorks軟件設計的產品可能性也越來越多，例如，我們可以通過3D打印食物，目前NASA是最早開始研究這一方向的機構，主要目的是為了給太空中的宇航員送飯，現在這項技術也越來越普及；英國阿伯泰大學的科學家已經開始打印泥土結構錯綜復雜的3D圖像，為的是更好地理解真菌和細菌與之進行相互作用的方式；新墨西哥州羅斯威爾的警察部門最近獲得了一臺Faro 3D掃描儀，這款設備可以創建出數字化、全景式、縮小的犯罪現場模型。這項技術可以幫助執法部門和調查人員來增強自己分析現場的能力，并在法庭上向陪審團進行展示。除此之外，該項技術還可以應用在日常生活中，例如基于SolidWorks軟件打印較為復雜的衣服，為殘疾病人打印假肢等，都能夠不斷豐富和發展人類的日常生活，為人類帶來不可思議的便利和發展。