第5周:设计3D打印笔筒
项目概述
本次项目是设计并制作一个镂空螺旋结构的笔筒。在设计过程中,我使用Fusion 360软件创建了参数化的螺旋结构,并通过阵列和布尔运算完成了镂空设计。最终使用 Bambu Lab A1 Combo 3D 打印机完成打印。这个项目展示了3D参数化设计与制造的完整工作流程。
材料与工具
- 设计软件:Autodesk Fusion 360
- 切片软件:Bambu Studio
- 3D打印机:Bambu Lab A1 Combo 3D(0.4mm喷嘴)
- 打印材料:Bambu PETG Translucent(淡蓝色半透明)
详细工作流程
1. 设计构思
设计目标是创建一个既实用又具有视觉美感的笔筒。我选择螺旋结构作为主要设计元素,因为它能够:
- 提供足够的结构强度
- 创造独特的视觉效果
- 减少打印材料用量
- 展示3D打印技术的优势
设计参数确定:
- 笔筒直径:75mm
- 高度:85mm
- 壁厚:2mm
- 螺旋密度:0.25转/高度
- 镂空元素数量:36个
2. Fusion 360建模过程
2.1 创建螺旋结构
- 打开Fusion 360,创建新设计
- 点击"创建"菜单中的"螺旋"选项
- 选择XY平面作为基准平面
- 点击原点,设置以下参数:
- 直径:75mm
- 转速:0.25
- 高度:85mm
- 截面形状:方形
- 截面尺寸:2mm(内侧)
- 按回车键完成螺旋结构创建
按照参数创建 1 条方形截面的螺旋实体
2.2 镜像复制
- 点击"创建"菜单中的"镜像"选项
- 选择螺旋体作为对象
- 选择螺旋体底部平面作为镜像平面
- 设置操作为"合并"
- 确认完成镜像操作
注意镜像平面要选择方形截面
2.3 环形阵列
- 点击"创建"菜单中的"阵列",选择"环形阵列"
- 选择螺旋体作为要阵列的对象
- 选择Z轴作为阵列轴
- 设置数量为36个
- 确认完成阵列
使用环形阵列功能快速形成整个网格结构
2.4 合并螺旋结构
- 框选所有螺旋体
- 点击"修改"菜单中的"合并"选项
- 点击确定,完成合并操作
- 右键重命名为"螺旋结构",暂时隐藏
将网格组成部分合并为 1 个实体
2.5 创建底座和顶部
- 点击"创建"菜单中的"圆柱"
- 选择XY平面,点击原点
- 设置直径为75mm,高度为-2mm(向下延伸)
- 使用"修改"菜单中的"移动"工具,选择平移,创建副本
- 设置Z轴距离为87mm,创建顶部圆盘
使用圆柱功能生成下底并通过移动复制获得顶部圆盘
2.6 抽壳处理
- 选择顶部圆盘
- 点击"修改"菜单中的"抽壳"选项
- 分别点击上盖圆盘的顶面和底面
- 设置内侧厚度为2mm
- 确认完成抽壳操作
利用抽壳功能将顶部圆盘开口
2.7 合并所有组件
- 显示先前隐藏的螺旋结构
- 框选所有组件
- 点击"修改"菜单中的"合并"选项
- 确认完成所有组件的合并
再次将网格结构和上下结构合并为整体
获取设计源文件:https://a360.co/42Xdxhh
3. 准备打印文件
- 从 Fusion 360 导出 STEP 文件
- 打开 Bambu Studio 软件
- 导入 STEP 文件
- 检查模型完整性,确保无错误
- 设置打印参数:
- 喷嘴直径:0.4mm
- 层高:0.2mm
- 填充密度:15%
- 填充图案:网格
- 支撑:无(设计不需要支撑)
- 预览切片结果,确认无问题,显示打印需要约 2 个多小时
在 Banbu Studio 中进行切片预览
取打印用的 STEP 的 ZIP 文件:vase.step.zip
4. 3D打印过程
- 准备打印机:
- 确认打印平台清洁
- 我选择了 PETG Translucent 材料
- 确认喷嘴温度和平台温度打印机自动设定
- 启动打印并监控初始层附着情况
- 打印时间约 2 小时 53 分钟
- 完成打印后等待平台冷却,移除成品
刚刚完成打印的效果
5. 后处理
- 轻轻清理底部残留毛刺
- 检查螺旋结构的连接点和强度
- 验证笔筒的稳定性和实用性
成果展示与分析
成果展示
最终完成的镂空螺旋笔筒如下图所示:
设计分析
- 结构强度:螺旋结构提供了足够的支撑,笔筒整体稳固。
- 视觉效果:镂空设计创造了光影变化,增加了视觉趣味性。
- 材料使用:镂空设计减少了约65%的材料用量。
- 打印质量:层纹较为明显,但不影响整体美观和使用。
- 实用性:能够容纳多支笔,功能性良好。
总结与反思
成功之处
- 成功运用参数化设计方法创建了复杂螺旋结构
- 合理应用了阵列和布尔运算简化设计流程
- 无需支撑结构即可完成打印,减少了材料浪费
- 成品兼具美观性和实用性
改进空间
- 可考虑增加底部重量,提高稳定性
- 尝试不同的填充密度和图案,优化强度与材料使用的平衡
- 可探索更多螺旋参数变化,创造更丰富的视觉效果
- 考虑使用渐变色或多色PLA打印,提升美观性
学习心得
通过本次项目,我深入理解了参数化设计在3D建模中的应用。螺旋结构看似复杂,但通过合理设置参数和运用工具,可以高效完成。这种设计方法不仅简化了复杂结构的创建过程,还便于后期调整和优化。同时,本项目也展示了3D打印技术在制造复杂几何形状方面的优势,传统制造方法难以高效生产类似的镂空结构。