制动踏板轻量化设计及建模小技巧

最终STL格式模型.zip

     制动踏板轻量化设计及建模小技巧

      近期将本文进行了重新编辑，分为了 轻量化设计 与 3D打印 两部分，同时在也加入了建模过程的短片，希望对大家有所帮助，能力不足，做的不好的地方大家多多指导。

      我的例子的原型呢来源于inspire自带的例子——脚踏板，官方的教材中用这个例子只讲述了布尔运算的相关介绍，那我对它适当加上载荷，最终得到一个轻量化的结果，并且使用（巧用循环的功能）小技巧得到外观较为良好，由于原素材大家都有，方便大家学习和探讨。

      首先是，最终结果展示：

 渲染后的效果图：

       随后我也会上传一个建模的小技巧视频和大家一起交流一下，接下来我们结合图文来看一下。

第一部分   轻量化设计部分

一、关于载荷及形状控制的施加       

       用图片来展示，我们一般对物体提前施加对称或者拔模，或者两者都加，但是这样的情况得到的结果会有所不同，我们可以进行不同的组合得到想要的结果。

两者都施加时的结果，比如下图，全段的穿力结构清晰，但是后端不够美观。

只施加对称的结果，后段比较美观，但是中间的传力结构不清晰。

所以，我们可以尝试不同的载荷或者形状控制，来获得不同位置较好的轻量化结果和设计灵感。

        比如，我这各个结果，就是根据前面看到的这些图的综合设计结果，但是需要注意的一点是，最后全部建模完，再进行一次分析，确保刚度、位移、应力等与原设计相当即可。

        另外再多说一句，什么是拓扑设计呢？就是说大家不要被轻量化算出来的雏形把自己绑架掉，可以更自由一点，先用一个形象的例子来回答前面的问题，“你的影子投影在平的墙上，是你的影子；你的影子投影在平的桌子上，是你的影子；你的影子投影在崎岖的路上，就不是你的影子了吗？。拓扑设计就是自由地表达，只要满足设计要求，怎么做都是对的。

    二、关于建模小技巧

建模小视频（11月7号更新）

在建模过程中大量使用了循环功能，在新版本里面出现了拆分面的功能，也可以联合使用，

    巧用循环，可以得到更加优美的拓扑设计结果。

      在得到轻量化结果时，有些位置两边特别宽，而中间的连接有特别细，如果直接进行桥接，得到的结果会非常的“粗壮”，不美观，因此我需要几个小的面来进行桥接，来得到纤细的连接结果，怎么做呢？       

      我想到的是循环（的切分），将上部宽的部分，切分成非常多的小块，然后再进行桥接，这样就可以得到纤细的连接结果了。

比如：下图红色框的地方 都是使用循环切分后再进行的桥接。

下面是用循环切分后做的另一个例子，如箭头所指的地方最为明显。

 那最后我们来看一下建模过程的。

       可以看到中间虚影处  是我初次得到的结果，但是建模时没严格按照它来做，而是使用的其他载荷情况和形状控制时的设计灵感。以下就是最终结果。

第二部分   3D打印部分

1. FDM工艺打印

   最后，对他们进行了3D打印使用FDM设备，材质PLA，设备是先临三维的Einstart-S型。

   桌面级FDM打印机操作相对简单，在此不做额为介绍了。
   

   
   

2. SLM工艺打印

   当然了，最后使用EOS-M290打印一个钛合金的，以下是我进行的数据处理及支撑的建立，给大家也看一下，把前端做了一点小的镂空。打印出来以后第一时间和大家分享。
   

• 首先是数据处理，使用的是Magics22.0软件（感谢Materialise提供的E-stage支撑模块）

  第一步，导入拓扑设计出的脚踏板，完成STL文件的修复，干掉其中诸如破洞、坏边、法向量错误、干扰壳体、重叠三角面等错误，然后合理摆放位置，也可以在进行适当其他修改，比如下图则是在踏板位置添加了蜂窝状的镂空结构。

• 第二步，创建支撑结构。

  此处多说几句，支撑结构对于金属3D打印来讲极其重要，支撑结构起到：防止熔化区域的塌陷、导出热量、抵抗热变形和热应力的作用。支撑建立时的三原则：＜40°的倾角、＞Φ8mm的孔、＞1mm的悬臂必须建立支撑。

  如下两图，第一图就是使用E-stage支撑插件制作的支撑结构，本次打印为第一次使用这个，有别于第二图原来的SG+支撑建立模块
  

以下是我写在朋友圈的一段话，文中的图与上两图对应。

【e-stage模块建立的支撑在本次打印过程中运行基本顺利，有别于SG+建立的块状支撑，如下图1为estage支撑2为SG块状支撑，支撑形式上来讲，e-stage建立的支撑很更加的离散和轻盈，便于去除，但仅仅从打印过程来看，其存在支撑断裂的情况（每个支撑都是单独的片状结构，较弱），断裂的位置容易出现在实体下方的边界区域，但竖直区域的支撑也存在断裂的情况（上不未打印实体），可能造成的原因主要是热应力及热量不能及时导出，粉末金属的导热性比实体金属的导热性差很多，其他原因可能是支撑与平台的Z向补偿不够致使初始层连接不良，总体来说，软质刮刀比如碳纤维毛刷，影响较小，可以顺利完成打印，再后续的打印任务中，可以在e-stage支撑中使用原来的SG+建立锥状支撑或者树状支撑，用以导热和抵抗应力变形】

• 第三步，切片处理及打印参数设置

  在完成模型的修复、摆放、再修改、建立支撑以后，进入数据导出阶段，首先将实体零件部分导出为*_p.stl的文件，将支撑结构导出为*_0m.stl的文件；

      再分别导入RPTools软件中，进行切片，并导出实体部分*_p.sli 和支撑部分*_0m.sli的切片文件；以下为切片的过程，可以看到共切了2071层；

    接下来，将得到的sli文件，导入EOS的打印管理软件eosprint软件中去，并检查实体部分和支撑部分的打印参数是对应正确，注意：支撑是弱结构，为跳层打印；

    如有需要更改打印参数的话，再做另外设置。

下图为我们的主角脚踏板某一层上的打印路径信息

第四步，3D打印设备准备

对3D打印涉笔的准备工作，主要有数据导入、粉末准备、成型平台的预热与调平、更换刮刀、压缩空气制备与干燥、激光冷却设备预热、惰性保护气瓶连接、成型舱及循环系统置换。。。（2018-7-7-00：48，好瞌睡，明天接着写，比如设备处理的过程、打印过程）

以下动图是，本次的打印过程，图中上部的即就是制动踏板，下方的是另一个轻量化模型。

这个是最后打印出来的结果，材质钛合金，打印时长约10小时，每层打印厚度0.03mm，打印最大高度58.94mm，最大长度207.51mm（1蜂窝结构的部分、2轻量化部分、3支撑结构部分）

以下是SLM打印过程的展示，打印过程一般分为支撑区域和实体区域，支撑区域为调层打印同时打印功率较低打印速度较快，而实体区域打印时为了保证最终最零件的致密度和强度要求，一般打印能量密度较大去存在熔道的搭接。

最后是，打印结束时的清理过程