基于AutoCAD软件三维建模与3D打印应用

李海林

（贵州省电子信息技师学院，贵州都匀，558000）

摘要：结合实例对AutoCAD三维建模中的“样条曲线、UCS变换、放样、抽壳、剖切”等功能加以运用，同时对STL格式的输出及3D打印进行了介绍，为三维造型感兴趣的同行提供了借鉴与参考。

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关键词 ：三维建模、STL导出、格式转化、3D打印

1 引言

3D打印的前提是需要三维软件的建模，目前常用的三维软件有UG、Pro/e、Solidowors、3DSMAX等工程软件，也有一些例如ZBrush、Rhino、Silo、Alias等创意性3D建模软件，无论哪种软件只要能满足三维造型及STL格式输出，都能实现3D打印目标，文中主要以AutoCAD2012为例进行鼠标三维的建模、输出、3D打印。

2 鼠标结构分析

主要由底座、左右键、上盖和滚轮等部分组成，长度为100mm，宽度为50mm，高度为35mm，要求整体表面光滑，线条优美，如图1所示。

3 鼠标三维造型

（1）绘制四条参考线：视图设置为前视，点击“直线（L）”命令画鼠标外轮廓尺寸参考线，高度为35mm垂直线，再使用“偏移（o）”命令向右偏移100mm；绘制鼠标内轮廓线参考线，两侧向内偏移15mm，得到四条参考线，如图2所示。

（2）绘制样条曲线：点击“样条曲线（SPL）”命令，连接外轮廓参考线端点，再次使用“样条曲线（SPL）”命令，连接内轮廓参考线端点；双击第一条样条曲线，单击鼠标右键／编辑顶点／移动（M），调整顶点位置达最佳状态，调整完毕后按“退出（x）”命令，同理编辑第二条样条曲线，如图3所示。

（3）绘制椭圆：切换视图为西南等轴测，点击“世界坐标系（wcs）”，运用“椭圆（EL）”命令绘制鼠标头部曲线部分，椭圆长轴R=26mm，短轴R=15mm，“剪切（TR）”得到左半椭圆弧，移动复制（CO）第二条样条曲线到椭圆弧两端点各一条：用“镜像（MI）”命令复制得到右半椭圆弧，移动至鼠标尾部；删除四条参考线，如图4所示。

（4）绘制鼠标表面：复制鼠标头部和尾部半椭圆弧备用（目的用于鼠标底座轮廓线）；点击“放样（LOFT）”命令，单击第一条、第二条椭圆弧线，按“导向（G）”命令顺次选择构建鼠标表面的三条样条曲线，得到鼠标上表面，如图5所示。

（5）绘制鼠标厚度；点击“加厚”命令，选择鼠标上表面，指定厚度为-1mm；构建鼠标左右两侧表面，分别连接侧面两端点，使用“放样（LOFT）”命令，选择同侧的第二条样条曲线和直线，选择“仅横截面（C）”，构建出曲面；再次使用“加厚”命令，指定厚度为-1mm，完成鼠标上表面的雏形，如图6所示。

（6）绘制鼠标底座：连接鼠标底座椭圆线，对其使用“面域（REG）指令”向上拉伸4mm，然后使用“倒圆角”命令对底座倒半径为R=4mm圆角，形成底座实体；点击“抽壳”命令对其抽壳，距离为1mm，移动鼠标使底座与上表面契合，如图7所示。

（7）绘制中键表面：从鼠标上表面切割出中键表面，绘制椭圆短轴R=3.5mm，长轴R=10.5mm，拉伸50mm并对其抽壳，抽壳偏移距离为0.1mmm，然后将其移至合适位置与上表面相交，如图8所示。最后点击“差集（SU）”命令，选择上表面减去抽壳后的实体，得出中键表面；点击鼠标上表面选择“分割”命令对其进行分割，如图9所示。

（8）绘制装饰轮廓面：点击“椭圆（EL）”命令，绘制短轴R=7mm，长轴R=22mm的椭圆，利用“剪切（TR）”命令剪切一半为头部轮廓并将其移至合适位置，通过“镜像MI）”命令得到尾部轮廓，点击“拉伸（EXT）”命令将两轮廓线拉伸50mm，如图10所示。点击“剖切（SL）”命令，选择拉伸曲面端点连线进行剖切，得到两侧轮廓表面。同样使用“剖切（SL）”命令，选择“曲面剖切（S）”，绘制鼠标前、后端轮廓表面。使用“并集（UNI）”命令，将前后左右四个轮廓表面成为一体，形成装饰轮廓面，如图11所示。

（9）分割左右键表面：点击“椭圆（EL）”命令，绘制椭圆短轴R=15mm，长轴R=44mm，使用“剪切（TR）”命令得到右半弧并对其偏移0.3mm，再用“直线（L）”命令将两根半弧连接封闭并作“面域（REG）”拉伸50mm，移至合适位置，使用“差集（SU）”命令将其剪切掉后进行左右键分割，如图12所示。

（10）绘制滚轮；点击“直线（L）”、“圆弧（ARC）”命令绘制滚轮截面作“面域（REG）”，使用“旋转（REV）”命令得到滚轮实体，并将其移至合适位置，如图13所示。

4 输出STL格式

在命令行输入“FACETRES”命令，值为4；再输入命令“STLOUT”→选择鼠标实体→选择“Y”，输出二进制文件→录入文件名为mouse，stl，如图14所示。

5 MaketWare软件转化及打印

（1）打开MakerWare软件，点击窗口add按钮，查找mouse．stl文件选择并打开，如图15所示。

（2）调整缩放比例大小，修改所需求的尺寸值，如图16所示。

（3）调整鼠标放置位置，设置Nlaterial（材料）、Quality（质量）、Supports（支撑）、Resolution（打印精度）、Raft（底板）、Infill（填充率）、Number of shells（层数）、Layer Height（层厚精度）等基本参数，如图17所示。

（4）输出X3G文件，点击Export按钮，程序导出，如图18所示。

（5）导入SD卡：将SD卡从计算机的SD卡读卡器中取出，然后插入LCD界面后面的SD卡端口中。

（6）产品打印：启动键盘操作界面，点击键盘上的箭头按钮导航到“Build from SD”，从SD卡中进行查找mouse. x3g（如图19所示）文件名称，然后按M按钮以构建选定文件打印。

（7）打印过程及产品（图20所示）

6 结束语

综上所述，AutoCAD三维造型可以实现3D打印目标，建模功能虽不及UG、ZBrush、Rhino等强大，但通过简单的实体进行并集、差集等布尔运算和各种编辑操作，最终完成实体建模。相信该软件未来与3D打印技术的对接也会越来越来完善。