2023年专业创新型实验报告.docx

2023年专业创新型实验报告 中南大学交通运输工程学院 专业综合性与创新性实验报告 姓 名： 小组成员： 班 级： 学 号： 日 期： 指导老师： 高速列车头型三维数字化建模与3D打印 姓名蔡昊天 学号1104110422 （交通运输工程学院，交通设备信息工程专业） 1 实验目的 “专业综合性与创新性实验”是本专业教学计划中设定的一个重要教学培养环节，目的是在学习有关专业基础课程和专业课程上，开展一个具体的大、中型实验项目，通过实验项目激发每位学生的学习热情和潜能的自我挖掘，培养学生独立运用专业理论、知识、技能，进行设计、实践和解决实际问题的综合能力，使学生具备良好的综合实践能力和创新能力，使学生毕业后成为有创新能力和工程实践能力的专业人才。 本实验熟悉三维数字化的基础上，结合本专业相关知识，不用广泛运用的减材制造技术，采用3D打印增材制造技术进行高速列车头型建模及打印。 2 选题背景 “3D打印”是通俗的叫法，学术名称为“快速成型技术”，也称为“增材制造技术”。这种技术是依据物体的三维模型数据，通过成型设备以材料累加的方式，制成实物模型，甚至直接制造零件或模具，从而缩短产品研发周期、并缩减生产成本。3D打印是一片一片地打印，然后叠加到一起，成为一个立体物体。说得简单点，就是由点堆积成面，再由面堆积成实体。 3D打印的概念早在几十年前就已提出。上世纪70年代，随着3D辅助设计的兴起，设计师能在电脑软件中看到虚拟的三维物体，但要将这些物体用粘土、木头或是金属做成模型却非常不易，可以用费时费力费钱来形容。3D打印的出现，使平面变成立体的过程一下简单了很多，设计师的任何改动都可在几个小时后或一夜之间重新打印出来，而不用花上几周时间等着工厂把新模型制造出来，这样一来可以大大降低制作成本，节省产品开发成本。日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面物品，而所谓的3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。通俗地说，3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备，比如打印一个机器人、打印玩具车，打印各种模型等等。之所以通俗地称其为“打印机”是参照了普通打印机的技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。这种打印技术称为3D立体打印技术。3D打印是一种通过材料逐层添加制造三维物体的变革性、数字化增材制造技术，它将信息、材料、生物、控制等技术融合渗透，将对未来制造业生产模式与人类生活方式产生重要影响。 这次选用3D打印课题，以前一直学习的都是减材技术，从没接触过这种增材制造技术，因而3D打印技术对于我们来说是一个相对新鲜的技术方法，这符合本次创新实验的要求。而为了同本专业交通设备信息工程有一定的联系相关性，采用3D打印技术来增材制造一个高速列车车头模型的课题。 目前，世界铁路趋于高速化，这必将引起一系列的空气动力学问题，如空气阻力、列车风、两车交会压力波、隧道气压波、气动噪声及车辆震动等，这些问题与列车外形紧密相联，尤其是车头的流线外形设计。此次采用3D打印技术来制造一个高速列车车头模型，能帮助我更好了解流线型车头形状构造及性能要求。而学院拥有的硬件设备也给我们本次创新实践提供了技术支持。 3 实验设备 （1）3D打印机 MakerBot Replicator 2 学院实验室所使用的3D打印机型号是makerbot replicator 2。MakerBot Replicator 2 是MakerBot 3D打印机的第四代产品，由MakerBot公司于2023年9月推出, 并在2023年11月引进中国。该产品的打印精度提升至三倍（为100微米），拥有410立方英寸的打印体积，和上一代比体积增大37%。可以打印大物体，或者同时打印多个部件。Replicator 2采用的是MakerBot PLA耗材（多种颜色可选），这种新型生物塑料可以更牢靠的粘在打印平台上，减少脱落，卷曲，滑动和收缩情况的发生。 （2）ProE、SolidWorks、UG等软件 （3）PC 计算机 4 实验原理及方案 (1)根据已有的和谐号CRH2动车组的三维模型，用ProE软件分析点的功能，测出15组剖面曲线上各点的三维坐标，剖面垂直于车身纵轴线方向； (2)整理数据； (3)选择一种三维绘图软件(如UG)，根据前面相关参数进行高速列车头型建模。 (4)将生成的3D打印stl文件导入makerbot软件，设置合适参数，打印出高速列车车头模型。 5 实验内容 1.ProE收集剖面各点数据 小组成员根据已有的CRH2三维模型，利用ProE软件中的功能：分析点，得出15组剖面上各点的三维坐标。 图1 ProE收集数据方法 图2.部分数据采集结果 2.ug绘图 常用的3D绘图软件主要有 UG、PRO/E、SolidWorks、CATIA等等。其中SolidWorks建模精度比较低，一般情况中小企业用的比较多。PRO/E是现在比较流行的三维建模软件，各行业应用比较广泛。UG在一般的大中型企业用的比较多。CATIA适合流线型建比如飞机流线型翅膀，汽车的外壳等，在航空领域应用的比较多。在本次创新型实践我选用的是UG8.0软件进行建模。以前并未太多接触过UG软件，在UG中绘制一些平面图形并不困难，需要的学习的是如何将这些平面图形变成三维图形，这期间通过观看一些视频及自己摸索学会使用UG的回转拉伸及曲面绘制等功能，一些基本的三维模型已经可以基本画出。 根据CRH2的外形的一些参数绘出3D模型后（如上图），就是进行打印工作了。在课程实践一开始，实验室老师教会我们如何操作使用3D打印软件 makerbot desktop，在与老师的交流中我们了解到打印时底板温度、挤出速度、打印材料等几个方面是需要在默认设置的基础上根据具体情况进行设置的。其中底板温度设置适宜是一个难点。底板温度太低时，支撑零件的底座不易于底板粘连，导致打印无法进行；底板温度太高时，初期效果良好底座粘连，但随着打印时间的增加，底板不断加热底座，底座翘起并与底板脱落，容易使得零件侧翻，打印失败。一开始我们在刚接触打印机时就因底层与底板粘合度不够，零件在打印过程中底层被带动转动一定角度，导致打印出的模型在中途就只能作废。经过不断尝试后我们在熟悉了软件使用并能设置好打印参数后，并在第二次打印中成功打印出模型。 3D打印机预热完成后便开始工作，首先在喷涂打印支撑座，可以看出3D打印机是逐层打印工作的。一段时间后可以看出车头已初具形状。一段时间的等待后，拿出模型，去除支撑座，得到的模型如图所示。 4 总结 经过这次课程实践，我增强了自己的UG软件使用能力，提高了自身的自学能力。除此之外还了解了3D打印这一项融合了计算机软件、材料、机械、控制、网络信息等多学科知识的综合性系统性的技术。3D打印将对未来制造业生产模式与人类生活方式产生重要影响。越来越多的迹象表明，3D打印技术已经从实验室和工厂逐渐走出来了，并且走进学校和家庭，与我们每个普通人的生活息息相关。这样会极大地冲击我们的工作方式，或者增强很多行业的生命力，也或者导致某些行业走向消亡。我们必须认识到3D打印技术也会催生大量前所未有的行业和巨大机遇，我们必须牢牢的抓住机遇。 在本次实验中也是有不足的，绘制模型时对车头有些部分进行了简化，不够精确。以及打印模型时横向放置打印，花费时间比竖向放置时间更长。在以后的学习中会更加注意细节方面。这次综合性和创新性的实验，充分调动了我自己和本组成员的创新积极性，取得了很多的收获。在以后的学习生活中我们更应该不断学习和摸索，不断的提高自己的专业性和创新性，不断加强自己理论联系实际的能力和动手能力。 专业创新型实验报告 创新实验报告 物理创新实验报告 焊接创新实验报告 科技创新,创新性实验报告 创新实践实验报告封面 专业综合实验报告（推荐） 教育技术专业实验报告 专业认知实习实验报告 大学物理创新实验报告