[发明专利]一种基于3D打印的汽车造型概念模型加工工艺

说明书

技术领域

本发明属于汽车造型概念设计领域，具体地涉及一种基于3D打印的汽车造型概念模型加工工艺。

背景技术

近年来，3D打印技术作为一项创新性技术得到了广泛的应用。该技术在成型原理上采用层层叠加的方式，加工工艺不受实体原形复杂程度的影响，可以实现具有复杂外轮廓的形状制品制备，该技术在医学、机械、教学、艺术设计等领域有着广泛的应用。目前，3D打印技术在牙模、头部医学模型、京剧脸谱等方面的制作工艺已有公开。本发明公开一种基于3D打印的汽车造型概念模型加工工艺，该工艺包括基于图像/草图的模型三维重建、面向3D打印的结构优化、面向3D打印的实体建模、支撑结构的生成、3D打印成型五个步骤。

在3D打印汽车造型概念模型加工工艺中，其中所述基于图像/草图的模型三维重建，传统的方法根据模型图像的特征信息，手动提取模型特征曲线，根据曲线与不同视图中图像的对应关系，调节曲线位置，得到模型的空间曲线模型，然后生成三维曲面模型，该方法需要点、线、面的反复操作，且模型不能重用。本发明所用李宝军等(CN104392042A)“基于模型数据库的快速3D车身造型方法”，该方法是在“基于图像/草图的模型重建”方法基础上的一种改进和创新，该方法利用定义的车身特征线构建车身数据库，利用参数化模型可变形、可重用的特点，通过输入车身右视图，能够快速重建车身三维模型；在面向3D打印的模型结构优化方面有许多相关的研究，Whiting等(Whiting E J W.Design of structurally-sound masonry buildings using 3D static analysis[D].Massachusetts Institute of Technology,2012.)利用“拱形结构”具有自支撑的特点，将拱形结构代替原有实体结构，并通过优化拱形结构尺寸使得模型满足静力平衡要求，达到节省材料的目的。Lu等(Lu L,Sharf A,Zhao H,et al.Build-to-last:Strength to weight 3D printed objects[J].ACM Transactions on Graphics(TOG),2014,33(4):97.)提出了采用蜂窝状结构对模型进行镂空的优化方法，利用蜂窝状结构具有较高的“强度/重量”比，该结构较实体结构能够大幅度降低材料成本。Wang等(Wang W,Wang T Y,Yang Z,et al.Cost-effective printing of 3D objects with skin-frame structures[J].ACM Transactions on Graphics(TOG),2013,32(6):177.)构造“蒙皮—刚架”式结构优化模型，通过优化刚架中杆件的数量和体积，达到降低模型质量，提高模型稳定性的目的。以上“蜂窝状”、“拱形结构”、“蒙皮—刚架”式结构，其主要思想是通过利用轻量化的“替代结构”来代替原有模型内部实体填充结构，并在模型给定工况下优化“替代结构”的尺寸和形状达到模型轻量化的目的。本发明所用基于板壳结构模型的变厚度优化方法主要针对车身板壳类模型的打印，以模型板壳结构单元厚度为变量，质量最小为目标，得到满足模型强度要求的板壳最优厚度分布；所述支撑结构生成方面，树状支撑结构较传统Makerware所用支撑结构，能够降低支撑材料40％以上，且在模型后处理中，支撑结构的去除相对较容易，模型表面质量较好。

该工艺特点在于综合各部分的优点，形成了针对汽车模型的制作的工艺，该工艺具有操作简单、制作周期短、成本低的优点，在汽车概念设计阶段为设计师快速表面实物模型提供了一个很好的方案。

发明内容

本发明提供了一种基于3D打印的汽车造型概念模型加工工艺，从汽车图片/草图到汽车实物模型打印的一整套工艺流程，该流程在快速实现个性化实物模型的同时降低模型加工成本，提高加工效率，而且操作简单。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种基于3D打印的汽车造型概念模型加工工艺，包含以下步骤：

(一)基于图像/草图的模型三维重建

本发明所用“一种基于模型数据库的快速3D车身造型方法，申请号201410680380.8”是在“基于图像/草图的模型三维重建”方法的一种改进，该方法具体流程如下：

(1-1)定义特征线模板：按照车身结构特征对不同车型定义二维车身主视图、后视图、右视图和俯视图的特征线模板。