3D打印技术在日用陶瓷产品设计中的应用

© 2014年。出版社：Elsevier B.V.信息工程研究院负责评选和同行评议可在www.sciencedirect.com在线获取ScienceDirectIERI Procedia 10（2014）184 - 1892014未来信息工程计算机高级技术在日用陶瓷产品设计王爱红a，赛世涛a，刘亚明ba景德镇陶瓷学院，江西b北京师范大学珠海分校，中国摘要当今先进的数字化技术-- 3D打印技术作为日用陶瓷产品数字化开发平台设计的支撑，可以直接设计和开发日用陶瓷产品。设计软件对三维模型进行图解，并将其转换为相应的数字格式，然后利用高科技打印技术制作出实物模型。利用这种数字化的方式来呈现日用陶瓷产品，建立图形数据库，最终建立一个系统的日用陶瓷产品设计的研究与开发。版权所有© 2014作者.出版社：Elsevier B.V. 这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/）。信息工程研究院负责评选和同行评议关键词：日用陶瓷;数字化技术;高速成形; STL格式;中国是陶瓷的发源地，有着几千年的陶瓷发展历史。由此衍生出的中国特色陶瓷工业，作为中华民族的瑰宝，为世界陶瓷的发展做出了不可磨灭的贡献。设计开发是日用陶瓷生产的重要环节。这是一个反复修正和不断改进的过程。但从目前的发展来看，日用陶瓷仍然存在着周期长、材料用量大、精度低、污染严重等问题。因此，我们应加快对这种现状的改造，朝着“节能少污染、快速高效、高附加值、高精度”的方向发展* 通讯作者。联系电话：15179832601.电子邮箱：woshisaishitao@126.com。2212-6678 © 2014作者出版社：Elsevier B.V. 这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/）。信息工程研究所负责的选择和同行评审Ai-hong Wang等人/ IERI Procedia 10（2014）184185基金项目：江西省研究生创新基金（YC 2013-S248）1.高电脑技术高计算机技术是构建数字化开发平台的主要前提-- 工 程 软 件 （ Auto CAD 、 Pro/E 、 UG ） 、 三 维 触 觉 设 计 系 统 （ FreeForm ） 和 图 像 处 理 软 件（Photoshop）。这些高科技软件配合3D打印高速成型技术，改革了传统日用陶瓷产品设计的研发方式，呈现陶瓷产品的原貌。目标客户可以直接查看软件设计的效果图，以及3D打印机制作的样板。这一步直接影响到产品开发的决策。将得到的三维模型转换成STL、IGES、STEP格式，然后将这些三维数据存入日常陶瓷图形数据库，便于设计改进和扩展。在陶瓷产品生产之前，通过三维模型的发布，可以得到客户的反馈，检验产品的可接受性。高科技的计算机技术使陶瓷产品的开发速度提高50%-70%，缩短开发周期，使企业能尽快将产品打入市场。把握市场。帮助陶瓷产品设计开发朝着高端、高速、绿色、环保和可持续发展。2. 日用陶瓷产品设计传统日用陶瓷产品的设计、素描、绘图、制版等工序都是由设计师完成的。草图绘制工作繁杂，重复的图案导致重复操作，设计周期较长。日常使用的陶瓷产品设计结合数字化技术，使设计者以数字化的方式进行思考，借助虚拟呈现技术，呈现产品在开发阶段的逼真视觉模拟效果。虚拟数据模型--可重复操作，易于修改，提高生产效率。因此，有必要建立一个日用陶瓷产品虚拟开发平台，建立一套日用陶瓷产品虚拟图形数据库，便于开发多维的虚拟世界。2.1. 日用陶瓷产品设计数字化技术在日用陶瓷产品设计中的应用，一方面如图1所示，三维渲染产品形态可以从设计中发现问题，并可以同步修改结果及时再现。另一方面，通过使用软件，模拟图形渲染，如顶部，侧面和头部图绘制参考尺寸比例准确，避免设计和生产之间的差异，绘制更加精细和准确。数字化技术的引入使得日用陶瓷产品设计方便了虚拟图形数据库的创建，并且各个环节的联系更加紧密。您可以随时调配和修改，同时，多进程同步工作模式保证设计过程最大程度的高效和系统化。该软件可以完成基本的自由曲面造型，并呈现复杂的艺术效果，如雕刻等，如图2所示，您可以使用FreeForm来完成。为设计师在产品造型过程中提供了一种触感。虚拟建模环境有利于在自由曲面上进行建模，使其更接近真实环境。使用虚拟现实泥代替泥，省去了铸造、修边和雕刻工序。避免不必要的重复劳动和材料浪费，使设计过程变得健康环保，降低成本。在产品开发过程中，186Ai-hong Wang等人/ IERI Procedia 10（2014）184结合FreeForm系统和其它工程软件（Auto CAD、Pro/E、UG等），发挥软件的优势，缩短日用陶瓷产品的开发周期。Fig. 1.利用UG软件实现图二.通过Freeform表现雕刻的艺术效果。2.2. 真正减少陶瓷产品的装饰性陶瓷产品的艺术表现，运用釉色来表现陶瓷的光彩和纯洁的特点，给人一种平静舒适的美感。渲染软件结合了数字化技术，将釉彩和着色混合，图3丰收餐具效果图，渲染逼真，透视准确，细节和结构解释更清晰，易于修改。另一方面，它表现出多种装饰图案，利用Photoshop软件进行贴花设计和制作，具有强大的图形艺术表现能力，可以方便地制作、修改和存储造型、色彩和风格，结合表情渲染出最终的日用陶瓷产品设计效果。数字化虚拟技术真实还原了日用陶瓷产品的装饰特征，参数易于修改，色彩和纹理可以简单变化，大大减少了陶瓷设计的传统工艺。Ai-hong Wang等人/ IERI Procedia 10（2014）184187图三.丰收餐具效果图3. 陶瓷原型在陶瓷模具制作之前，成型技术人员只能依靠产品尺寸和多年的造型经验来完成模具。由于缺乏对产品的直接体验，导致最初的设计概念构思和效果的错误。3D打印高速成型技术开创了新的产品开发模式。通过使用3D样品模型，设计师以直观的方式体验设计：观察产品的结构和外观。使产品的开发更合理、更准确、更直观。同时，将优化后的虚拟数据模型替换为日常使用的陶瓷产品虚拟图形数据库，这样后续的设计和开发会更加简单。3.1. 数字技术和3D打印技术3D打印技术的发展是建立在高度发达的数字技术基础上的。它不同于传统的“去除”材料加工方法，采用了新的添加加工方法。在三维数据模型的技术支持下，使复杂的三维加工分解成一系列简单的二维加工，无浪费。打印前需要完成前期准备工作，包括设计文件的准备和打印机的设置，从日用陶瓷产品虚拟图形数据库中获取STL格式文件。当STL文件准备就绪后，下一步就是3D打印分层制造过程--打印机固件读取STL文件，将数字网格“切割”成虚拟层，STL文件的每个虚拟切片都反映了最终打印对象的横截面。目前，精度可达0.025mm，速度在几个小时到十几个小时每件。3.2. 三维高速成形技术当文件准备好后，打印机开始读取文件，并计算打印头的机械路径和动作、精度高度。如图4所示，打印头需要知道在哪里沉积轮廓，在哪里注入材料以及需要使用多少材料。打印头通常沿着一系列水平、垂直的轨道运动。第一层，打印头首先勾勒出需要打印的物体的轮廓。喜欢用铅笔在咖啡杯底部勾勒出形状，然后用打印头来回扫描来填充188Ai-hong Wang等人/ IERI Procedia 10（2014）1844. 三维打印大纲第一层打印完成后，打印头将略微抬起，然后下降，开始第二层打印。3D打印机不断重复这一过程，耐心地打印出设计文件所描绘的物体的每个横截面。打印基本介质为粉末材料，如果这次没有充分利用，可以回收，下次继续使用。3D打印的产品在完成之前需要经历后处理过程。后处理工艺一般包括剥皮、固化、修整。 大多数刚完成的物体看起来不光滑或不完全形成和脆弱。从打印机上取下新的打印对象后，需要清除多余的粉末并使用胶水来固化。经过固化和一些细节的翻新后，印刷过程就完成了。如图5所示，加工完成3D打印杯。图技术原理;图五. 3D打印玻璃3.3. 3D打印技术对日用陶瓷产品3.3.1 缩短日用陶瓷产品的开发周期随着陶瓷行业的加速发展，越来越多的企业渴望缩短产品设计周期。传统的日用陶瓷设计存在平面图与立体效果的视觉差异问题。这一问题成为模具设计人员与模具技术人员沟通的主要原因。为了达到理想的效果，模具技术人员需要反复修改。这造成了巨大的时间和材料浪费。通过使用3D打印技术，Ai-hong Wang等人/ IERI Procedia 10（2014）184189在几个小时到几十个小时内完成一个定制产品。无需浪费时间做模具、制模、准备石膏等复杂工序。3D打印技术可以帮助设计师、工程师、营销团队和制造商多重测试原型。加快生产，以获得更多的市场机会。3.3.2. 降低使用陶瓷产品由于3D打印原型具有劳动力成本低、流程短、无需模具等特点，企业往往采用3D打印原型来展示设计理念。或用于测试产品生命周期的其他阶段，以了解如何实现陶瓷零件的批量生产。虽然设计软件和计算机模拟越来越先进，但它不能代替我们去交实物。如果企业在开发后发现新产品不符合要求，前期的投资就白白浪费了。“经过测试和调试”的3D打印部件可以最大限度地减少复杂产品的固有缺陷，从而降低生产成本。3.3.3. 减少样品显影过程中的污染和浪费3D打印技术在成型过程中不会产生大量的热量，也不会产生对环境有害的污染材料。采用加法操作加工方法，每次快速成型后，多余的成型材料可继续重复使用，不产生废料。4. 结论数字化技术和3D打印高速成形技术极大地改变了人们的设计和制造模式。用数字化的方式呈现逼真的仿真效果，便于存储管理和修改.基于数字化技术的3D打印的进展。与此同时，数字化技术使3D打印成为一种可行的设计原型媒体。结合传统陶瓷产品设计和产品生产，在基于数字化技术的虚拟平台支持下，通过高速成型技术构建陶瓷样品原型，形成了一套完整的日用陶瓷产品研发体系。数字化技术与3D打印高速成型技术相结合，可以减少错误，提高效率，加快陶瓷产品的开发速度，缩短日用陶瓷产品的开发周期，使产品尽快推向市场。这样企业才能抓住市场，赢得市场。最终实现日用陶瓷产品向高端化、高速化、绿色化、环保化、可持续化方向发展。引用[1] 博松产品模型及模具设计，从入门到精通。北京：航空工业出版社; 2010.11[2] 琉璃仙基于FreeForm的虚拟产品设计研究。莱威大学，硕士论文; 2013.3[3] 张文兵。陶瓷模型制作。北京：北京美术出版社; 2005.1.1[4] 哈迪·利普森3D打印：从视觉到现实北京：中信出版社; 2013.4.15[5] 王云乾，王轩。3D打印技术。武汉：华中科技大学; 2013.7.1