本發(fā)明涉及一種用3D打印加工船模的方法，屬于精密模型加工技術(shù)領(lǐng)域。

　　背景技術(shù)：

　　船模是根據(jù)船舶設(shè)計(jì)要求按一定比例縮小制造的鋼質(zhì)、木質(zhì)、玻璃鋼或其它材質(zhì)的船舶模型，它在造船業(yè)、船舶設(shè)計(jì)、仿真實(shí)驗(yàn)、教學(xué)中起著重要作用。新型船舶在研制過(guò)程中，為了預(yù)報(bào)或改進(jìn)其航海性能，需要反復(fù)在專(zhuān)用拖曳水池中做各種類(lèi)型的模型試驗(yàn)，如船模阻力試驗(yàn)、螺旋槳性能試驗(yàn)、船模操縱性實(shí)驗(yàn)和耐波性試驗(yàn)等，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)修正模型船體形狀，最后作為建造實(shí)船的重要依據(jù)。在教學(xué)和科研中，船模也起著很重要的作用：船舶原理學(xué)科的發(fā)展是和水動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展相互促進(jìn)、相互依存的，大量船模試驗(yàn)的結(jié)果可以歸納上升為理論，而任何相關(guān)理論都需要通過(guò)試驗(yàn)的驗(yàn)證。

　　船模作為實(shí)船試驗(yàn)的近似替代品的可靠程度(即動(dòng)力相似性)，是和它的幾何相似性密切相關(guān)的：船模的尺寸比例必須滿(mǎn)足一定的要求，更重要的是幾何加工精度要高、船體表面足夠光滑，否則會(huì)使試驗(yàn)結(jié)果誤差增大，甚至?xí)玫藉e(cuò)誤的結(jié)果。

　　但是，傳統(tǒng)的船模加工制作方法不僅加工周期長(zhǎng)，而且精度也難以保證，開(kāi)發(fā)出一種能保證高精度、高質(zhì)量并能大幅度縮短加工周期的船模加工方法具有重要的意義。

　　技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

　　本發(fā)明的目的是為了提供一種用3D打印加工船模的方法，其既能通過(guò)3D打印滿(mǎn)足高精度的船體表面，又能通過(guò)協(xié)同工作的方式大大提高加工效率，縮短生產(chǎn)周期。為船模加工提供快速、有效、精確的解決方案。

　　本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：包括如下步驟：

　　第一步：根據(jù)待加工的船模型線(xiàn)圖進(jìn)行建模，按縮尺比縮放到模型尺寸；

　　第二步：將船模型線(xiàn)設(shè)計(jì)成具有厚度的船模骨架，將船模型線(xiàn)構(gòu)成的船模曲面進(jìn)行加厚處理得到船模實(shí)體，并將船模實(shí)體分割成船模子部件；

　　第三步：將船模骨架雕刻成型，將船模子部件采用3D打印機(jī)打印成型；

　　第四步：將雕刻出的船模骨架以及3D打印的船模子部件進(jìn)行裝配，形成船模毛坯；

　　第五步：將得到的船模毛坯外表涂刷玻璃鋼，進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)及水密處理；

　　第六步：在第五步后的船模毛坯外表面涂刷膩?zhàn)樱M(jìn)行表面光滑處理；再?lài)娡坑推幔尚汀?/span>

　　本發(fā)明還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征：

　　1.第二步中：船模骨架間、骨架與船模子部件間均留有加工余量，分割船模子部件的位置切割成便于拼接的切口，所述切口為斜直線(xiàn)型、之字形切口。

　　2.第三步中：用雕刻機(jī)將船模骨架雕刻成型，所述雕刻機(jī)為激光雕刻或機(jī)械雕刻。

　　3.第五步中：所述玻璃鋼是以不飽和聚酯、環(huán)氧樹(shù)脂與酚醛樹(shù)脂為基體、玻璃纖維布為增強(qiáng)材料的聚酯玻璃鋼或環(huán)氧玻璃鋼或酚醛玻璃鋼。

　　4.第六步中：所述膩?zhàn)訛椴伙柡途埘?shù)脂膩?zhàn)樱推釣楸┧岱浪苛稀?/span>

　　與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的一種用3D打印技術(shù)加工船模的方法能生產(chǎn)出高精度、高強(qiáng)度的船模，且本方法加工船模周期短，節(jié)省了成本并提升了效率，適用于工程、科研及教學(xué)等所需船模的生產(chǎn)制造。

　　附圖說(shuō)明

　　圖1為本發(fā)明一種用3D打印加工船模的方法一種實(shí)施例的流程圖；

　　圖2為本發(fā)明的具體實(shí)例中建立船模的示意圖；

　　圖3為本發(fā)明的實(shí)例中建立龍骨及船模分段設(shè)計(jì)示意圖；

　　圖4為本發(fā)明的實(shí)例中形成的斜直線(xiàn)型、之字形切口示意圖。

　　具體實(shí)施方式

　　下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

　　結(jié)合圖1，本發(fā)明的一種用3D打印加工船模的方法，其特征在于，包括以下步驟：

　　a、根據(jù)待加工的船模型線(xiàn)圖進(jìn)行建模，然后根據(jù)縮尺比縮放到模型尺寸。

　　b、將船模型線(xiàn)設(shè)計(jì)成帶有一定厚度(厚度為9-20mm)的船模骨架，將船模型線(xiàn)構(gòu)成的船模曲面進(jìn)行加厚處理(厚度為10-25mm)得到船模實(shí)體，并將加厚后的船模實(shí)體分割成預(yù)定方案尺寸范圍內(nèi)的船模子部件。且船模骨架的厚度優(yōu)選18mm；船模實(shí)體的厚度優(yōu)選為20mm。

　　c、將船模骨架采用高精度雕刻機(jī)進(jìn)行雕刻成型，將船模子部件采用3D打印機(jī)打印成型。

　　d、將雕刻出的船模骨架以及3D打印的船模子部件進(jìn)行裝配，形成船模毛坯。

　　e、船模毛坯外表涂刷玻璃鋼，進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。

　　f、在結(jié)構(gòu)加強(qiáng)后的船模毛坯外表涂刷膩?zhàn)樱M(jìn)行表面光滑處理。外表噴涂油漆，成型。

　　進(jìn)一步地，在步驟a中，對(duì)船模的船身、附體、特殊結(jié)構(gòu)(側(cè)推孔、呆木)等完整建模，建成的模型曲面廣順且沒(méi)有漏洞。

　　進(jìn)一步地，在步驟b中，船模骨架間、骨架與船模子部件間均留有加工余量，分割船模子部件的位置基于3D打印機(jī)的尺寸，切割成便于拼接的切口，優(yōu)選地，所述切口為斜直線(xiàn)型、之字形切口。

　　進(jìn)一步地，在步驟c中，雕刻機(jī)為激光雕刻和機(jī)械雕刻中的任一種電腦雕刻機(jī)，3D打印機(jī)為熔融堆積技術(shù)(FDM)、電子束熔融(EBM)、激光近凈成形(LENS)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)、直接金屬粉末燒結(jié)(DMLS)、三維印刷(3DP)中的任一種增材制造方法。

　　進(jìn)一步地，在步驟d中，在各龍骨結(jié)合之前，對(duì)龍骨接口處進(jìn)行打磨，降低其粗糙度，將骨架采用粘合劑(AB膠)的方式拼接起來(lái)之后，再將船模子部件采用鑲嵌的方式組裝成型。

　　進(jìn)一步地，在步驟e中，所述的玻璃鋼為以不飽和聚酯、環(huán)氧樹(shù)脂與酚醛樹(shù)脂基體，玻璃纖維布為增強(qiáng)材料的聚酯玻璃鋼、環(huán)氧玻璃鋼、酚醛玻璃鋼中的任一種。

　　進(jìn)一步地，在步驟f中，所述膩?zhàn)訛椴伙柡途埘?shù)脂膩?zhàn)樱推釣楸┧岱浪苛稀?/span>

　　參閱圖1，本發(fā)明先根據(jù)待加工的船模型線(xiàn)圖進(jìn)行建模，然后根據(jù)縮尺比縮放到模型尺寸；將船模型線(xiàn)設(shè)計(jì)成帶有一定厚度的船模骨架，并將加厚后的船模實(shí)體分割成預(yù)定方案尺寸范圍內(nèi)的船模子部件；將船模骨架采用高精度雕刻機(jī)進(jìn)行雕刻成型，將船模子部件采用3D打印機(jī)打印成型；將雕刻出的船模骨架以及3D打印的船模子部件進(jìn)行裝配，形成船模毛坯；船模毛坯外表涂刷玻璃鋼，進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)；在結(jié)構(gòu)加強(qiáng)后的船模毛坯外表涂刷膩?zhàn)樱M(jìn)行表面光滑處理。外表噴涂油漆，形成成品。

　　下面給出本發(fā)明的具體實(shí)施例：

　　結(jié)合圖2-圖4，基于所提供的船舶型線(xiàn)圖(水線(xiàn)型線(xiàn)圖、縱剖型線(xiàn)圖、橫剖型線(xiàn)圖)，采用三維建模軟件catia，將各型線(xiàn)圖投影在船模各站位、水線(xiàn)位置、縱剖位置上，生成各站位的橫剖型線(xiàn)2、中縱型線(xiàn)1、各高度處的水線(xiàn)型線(xiàn)4和甲板邊線(xiàn)3，基于投影后的型線(xiàn)曲線(xiàn)，采用放樣、橋接、拉伸、掃掠等方式完成船身曲面建模，然后對(duì)船身曲面檢查是否有重疊、漏洞等，如果有則重新建模，否則會(huì)導(dǎo)致后續(xù)無(wú)法進(jìn)行。完成檢查后將船身曲面按照預(yù)定縮尺比縮放到船模大小，生成船模三維模型。

　　基于船模三維模型，進(jìn)行骨架設(shè)計(jì)和船模分塊設(shè)計(jì)。骨架包括橫剖骨架、中縱骨架、甲板骨架等。其中橫剖骨架5是相應(yīng)站位上的橫剖型線(xiàn)進(jìn)行偏移、加厚生成的骨架；中縱骨架6為中縱型線(xiàn)進(jìn)行偏移、加厚之后生成的骨架；甲板骨架7是將船模甲板輪廓直接加厚，然后再在其上挖合適凹槽生成的骨架。骨架與骨架之間要做成鑲嵌的形式，鑲嵌的縫隙留有0.2mm的余量，便于后續(xù)涂抹膠水。

　　船模分塊為將船模三維模型直接向內(nèi)部加厚后生成實(shí)體，然后按照預(yù)定方案分割尺寸范圍內(nèi)的船模子部件。首先要剔除掉骨架所占去的空間，然后按照斜直線(xiàn)型切口9、之字形切口10切割，便于后續(xù)的拼接工作。各分段之間、分段與骨架之間都留有0.2mm的余量，便于后續(xù)涂抹膠水。

　　將雕刻出的船模骨架以及3D打印的船模子部件進(jìn)行裝配，形成船模毛坯。首先組裝船模骨架，在各龍骨結(jié)合之前，對(duì)龍骨接口處進(jìn)行打磨，降低其粗糙度，將骨架采用粘合劑(AB膠)的方式拼接起來(lái)之后，再將船模子部件采用鑲嵌的方式組裝成型，然后在接縫處均填滿(mǎn)AB膠，待膠凝固之后，形成船模毛坯。

　　為保證加工船模的強(qiáng)度以及水密性，在船模毛坯外表面進(jìn)行刷涂1層玻璃鋼，首先鋪設(shè)一層玻璃纖維布，然后再均勻涂抹環(huán)氧樹(shù)脂，涂抹過(guò)程要求不留死角，以形成水密船殼。

　　在玻璃鋼冷卻凝固之后，在表面涂刷一層很薄的不飽和聚酯樹(shù)脂膩?zhàn)樱缓笙扔?50的粗砂紙進(jìn)行粗打磨，將表面的縫隙等填平，然后采用600號(hào)砂紙進(jìn)行精細(xì)水磨，表面達(dá)到廣順的要求；之后再?lài)娡勘┧岱浪苛希€(xiàn)上和水線(xiàn)下油漆顏色要區(qū)分開(kāi)，在船首、船中及船尾貼上黑色水尺。完成船模成品。

　　綜上，本發(fā)明公開(kāi)了一種采用3D打印技術(shù)進(jìn)行船模加工制造的方法，包括以下步驟：根據(jù)待加工的船模模型型線(xiàn)圖進(jìn)行模型3D建模，然后根據(jù)縮尺比縮放到模型尺寸；基于模型尺寸及打印機(jī)預(yù)定尺寸范圍，選擇合適的分塊方案，進(jìn)行模型骨架設(shè)計(jì)，分別設(shè)計(jì)龍骨、橫剖站、甲板、水線(xiàn)等骨架，采用雕刻機(jī)進(jìn)行骨架加工制作；將待加工模型按照分塊方案切割成多個(gè)子零件模型，采用3D打印機(jī)加工成型；將雕刻出的骨架以及3D打印的子零件進(jìn)行裝配；外表涂刷玻璃鋼，進(jìn)行加強(qiáng)處理；外表涂刷膩?zhàn)臃郏M(jìn)行光滑處理；外表噴涂油漆，成型。本發(fā)明既能通過(guò)有效打印尺寸不足的3D打印設(shè)備進(jìn)行制造大尺寸船模，也能保證船模切割拼接后的船模精度，還能保障船模的強(qiáng)度、防水性等。為船模加工制造提供了精度高、速度快、節(jié)省加工材料的解決方案。

　　技術(shù)特征：

　　1.一種用3D打印加工船模的方法，其特征在于：包括如下步驟：

　　第一步：根據(jù)待加工的船模型線(xiàn)圖進(jìn)行建模，按縮尺比縮放到模型尺寸；

　　第二步：將船模型線(xiàn)設(shè)計(jì)成具有厚度的船模骨架，將船模型線(xiàn)構(gòu)成的船模曲面進(jìn)行加厚處理得到船模實(shí)體，并將船模實(shí)體分割成船模子部件；

　　第三步：將船模骨架雕刻成型，將船模子部件采用3D打印機(jī)打印成型；

　　第四步：將雕刻出的船模骨架以及3D打印的船模子部件進(jìn)行裝配，形成船模毛坯；

　　第五步：將得到的船模毛坯外表涂刷玻璃鋼，進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)及水密處理；

　　第六步：在第五步后的船模毛坯外表面涂刷膩?zhàn)樱M(jìn)行表面光滑處理；再?lài)娡坑推幔尚汀?/span>

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用3D打印加工船模的方法，其特征在于：第二步中：船模骨架間、骨架與船模子部件間均留有加工余量，分割船模子部件的位置切割成便于拼接的切口，所述切口為斜直線(xiàn)型、之字形切口。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用3D打印加工船模的方法，其特征在于：第三步中：用雕刻機(jī)將船模骨架雕刻成型，所述雕刻機(jī)為激光雕刻或機(jī)械雕刻。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用3D打印加工船模的方法，其特征在于：第五步中：所述玻璃鋼是以不飽和聚酯、環(huán)氧樹(shù)脂與酚醛樹(shù)脂為基體、玻璃纖維布為增強(qiáng)材料的聚酯玻璃鋼或環(huán)氧玻璃鋼或酚醛玻璃鋼。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用3D打印加工船模的方法，其特征在于：第六步中：所述膩?zhàn)訛椴伙柡途埘?shù)脂膩?zhàn)樱推釣楸┧岱浪苛稀?/span>

　　技術(shù)總結(jié)

　　本發(fā)明提供一種用3D打印加工船模的方法，根據(jù)待加工的船模模型型線(xiàn)圖進(jìn)行模型3D建模，然后根據(jù)縮尺比縮放到模型尺寸；基于模型尺寸及打印機(jī)預(yù)定尺寸范圍，進(jìn)行模型骨架設(shè)計(jì)，分別設(shè)計(jì)龍骨、橫剖站、甲板、水線(xiàn)等骨架，采用雕刻機(jī)進(jìn)行骨架加工制作；將待加工模型按照分塊方案切割成多個(gè)子零件模型，采用3D打印機(jī)加工成型；將骨架以及子零件進(jìn)行裝配；外表涂刷玻璃鋼，進(jìn)行加強(qiáng)處理；外表涂刷膩?zhàn)臃郏M(jìn)行光滑處理；外表噴涂油漆，成型。本發(fā)明既能通過(guò)有效打印尺寸不足的3D打印設(shè)備進(jìn)行制造大尺寸船模，也能保證船模切割拼接后的船模精度，還能保障船模的強(qiáng)度、防水性等，為船模加工制造提供了精度高、速度快、節(jié)省加工材料的解決方案。