摘 要

近些年来，全世界都在进行3D打印技术的研发，并且取得了一定的成就。自从3D打印技术展现出其惊人的创造力以来，我国许多高校例如清华大学、西安交通大学、华中科技大学等等，在3D打印技术研发应用等方面，开始了深入的研究，目前有些应用技术已经达到世界先进水平。

TPU材料（英文名称Thermoplastic polyurethanes，后文统一用TPU代替）的复合应用是近些年来一项新的工艺技术。它可以作为3D打印的原材料进行使用，在3D打印技术的支持下，材料的各项性能将会得到更好的发挥。通过3D打印的形式使该种材料进行FDM成型，可获得介于塑料和橡胶之间有良好的塑性、弹性的结构。利用这种结构的特性完成对精密的电子零件等在运输过程中的缓冲包装设计。基于3D打印技术与良好的TPU材料的结合制造出的缓冲包装衬垫，必然将会表现出优异的性能。

围绕以硬盘产品的缓冲包装设计为研究对象，以TPU为3D打印的原材料进行缓冲垫块的设计，通过三维软件Solidworks建模，以空间正十四面体为衬垫的基础结构，通过阵列等方式制作出衬垫的模型，改变衬垫模型的结构尺寸例如基础结构的长度、厚度、整体排列的密度等等。通过ANSYS workbench软件分析在不同结构参数下缓冲衬垫模型的模态分析、随机振动分析等数据结果，用对比的方式，选择出效果较好的一种方案。

关键词：3D打印；ANSYS；模态分析；缓冲衬垫；跌落仿真

Abstract

In recent years, the research and development of 3D printing technology has been carried out all over the world, and some achievements have been made. Since 3D printing technology has shown its amazing creativity, many universities in China, such as Tsinghua university, xi 'an jiaotong university and Huazhong university of science and technology, have started in-depth research in the research and development and application of 3D printing technology. At present, some of the applied technologies have reached the world's advanced level.

TPU material (English name Thermoplastic polyurethanes, after the article unified replace with TPU) composite application is a new technology in recent years. It can be used as the raw material of 3D printing. With the support of 3D printing technology, the properties of the material will be better played. FDM molding is made of this material through 3D printing, and a good plastic and elastic structure between plastic and rubber can be obtained. Using the characteristics of the structure to complete the design of the precision electronic parts in the process of transportation buffer packaging. Based on the combination of 3D printing technology and good TPU material, the cushioning packing pad will certainly show excellent performance.

Around with hard cushion packaging product design as the research object, with TPU for 3D printing raw materials for the design of cushion block, through 3D software Solidworks modeling, space is ten tetrahedron as the basis of block structure, through the array methods such as making the block of model, changing the structure of the block model size such as length, thickness and structure the basis of the density of the overall arrangement and so on. ANSYS workbench software was used to analyze the modal analysis, random vibration analysis and other data results of the cushioning pad model under different structural parameters, and a better scheme was selected by comparison.

Key Words：3Dprinting；ANSYS；Modal analysis; Buffering cushion; Drop the simulation;

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第1章 绪论 1

1.1 3D打印及TPU材料国内外发展现状 1

1.2课题研究方法及意义 3

第2章 TPU缓冲结构研究 4

2.1单元体理论模型的确定 4

2.2单元体实际模型的建立 4

2.2.1 Solidworks软件介绍 4

2.2.2三维建模 5

第3章 总体方案设计 8

3.1产品的确定 8

3.1.1产品介绍 8

3.1.2产品的固有特性 8

3.1.3建立产品模型 9

3.2确定产品流通环境 9

3.3缓冲衬垫设计 10

3.3.1缓冲包装尺寸的设计 10

3.3.2缓冲衬垫包装设计 11

3.4 3D打印 13

第4章 缓冲衬垫的仿真分析 14

4.1仿真分析的前处理 14

4.1.1ANSYS软件介绍 14

4.1.2材料参数设置 14

4.1.3网格的划分 15

4.1.4接触设置 15

4.2模态分析 16

4.3随机振动分析 17

4.4跌落仿真分析 19

第5章 结构优化与对比 22

5.1 缓冲衬垫结构尺寸优化 22

5.2优化后的数据处理 23

5.3 实验设计 26

第6章 总结与展望 29

致谢 30

参考文献 31

第1章 绪论

1.1 3D打印及TPU材料国内外发展现状

3D打印技术很早就出现在了人们的视野，只不过一开始由于技术原因并没有普及，随着科学不断向前发展，3D打印技术也渐渐地在完善，3D打印技术在很多领域都有着重要的应用，比如生产生活、军事科技、医疗航天等等。

“3D打印技术”是我们在日常生活中的通俗叫法，它的学名叫增材制造技术（AM），又称快速原型技术（RPM）。3D打印技术实际上是一种通过光固化和纸层叠加技术的最新快速成型装置，它和我们平常使用的普通打印机的原理基本相同，只不过打印机上装有特殊的打印材料，与计算机连接后，借助三维软件，以数字化模型的文件为基础，把打印材料由下至上一层一层叠加起来，把计算机设计的模型打印成立体的三维实物。