一种基于三维打印的榫卯结构教具制造技术

一种基于三维打印的榫卯结构教具。本实用新型专利技术公开了一种基于三维打印的榫卯结构教具，具有若干个装配体，每个装配体均具有基体部和结构连接部，所述基体部经三维打印且具有空心腔，结构连接部与所述基体部相连且经三维打印成一体，所述结构连接部为榫头部、榫槽部或榫眼部中的一种或几种的组合。本实用新型专利技术可减少三维打印原料使用，并能有效减轻教具重量，适于用于教学活动。可以使该榫卯结构教具实现质轻、便携、方便学生观察和进行组装体验的功能；且当内置磁性部件之后，能够使榫卯结构教具的结构连接更易于演示，可将榫卯结构教具粘贴在磁性黑板等场合，以便用于教学演示，适合用于建筑工程、装饰工程和家具工程等相关专业的教学活动。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维打印的榫卯结构教具
本技术属于教学用具领域，涉及建筑、家具、室内装饰装修等领域使用的结构连接用榫卯课堂教学展示用具，特别涉及一种通过三维打印技术制作的榫卯结构教具。
技术介绍
在建筑、家具、室内装饰装修等领域使用实木和各种人造板材时，木质构件之间常采用榫卯连接。中国传统建筑、家具的榫卯连接品类丰富，形式多样，有些榫卯结构复杂。木材制作的榫卯教具不仅笨重，而且很难制作缩小比例的教具。因此在课堂教学中通常采用结构装配图、结构拆分图和计算机模拟三维模型的方法讲解榫卯结构形式。对于复杂的榫卯结构，学生理解掌握非常困难且不够直观，往往需要通过模型进行示范以方便学生理解。现有技术中的榫卯结构模型的制作工艺复杂，且模型的体量比较大，携带较为困难，为了满足教学活动的顺利进行，需要体量更小的榫卯结构模型。以注塑成型、模压成型或者挤出成型工艺都不能很好的获得能够满足教学需要的榫卯结构教具。三维打印技术的出现在技术上为榫卯结构教具的制造带来了可能，如宁波大学申请的公开号为CN204626235U的中国技术专利公开了一种框架桥的拼接单元，能够以三维打印技术实现桥梁组件的制造，但直接运用同类技术制造榫卯结构教具不仅消耗材料较多，成本高，且不便于用于教学活动，目前现有技术中没有一种适合用于教学活动的榫卯结构教具。缺少一种方便学生观察并进行组装体验以及易用于教学演示的榫卯结构教具，尤其是缺少一种可以将榫卯结构教具粘贴在磁性黑板等场合，以便用于教学演示，适合用于建筑工程、装饰工程和家具工程等相关专业的教具。
技术实现思路
本技术为解决建筑、家具与室内装修教学中榫卯教具中存在的一系列问题，进而提出了一种基于三维打印的榫卯结构教具。所述基于三维打印的榫卯结构教具是利用三维打印技术将榫卯数字模型打印成缩小比例的教具。本技术具有若干个装配体，每个所述装配体均具有基体部和结构连接部，所述基体部经三维打印且具有空心腔，所述结构连接部与所述基体部相连且经三维打印成一体，所述结构连接部为榫头部、榫槽部或榫眼部中的一种或几种的组合，所述基体部上设有磁性部件，所述磁性部件设于所述空心腔内，且经三维打印使所述磁性部件密封在所述基体部内。本技术可以将榫卯结构教具粘贴在磁性黑板等场合，以便用于教学演示，适合用于建筑工程、装饰工程和家具工程等相关专业的教学活动。进一步，所述空心腔由结构壁围合而成，所述结构壁的厚度为1mm～20mm，优选为1mm～5mm，进一步优选为1.2mm。进一步，所述基体部的两端均具有所述结构连接部，所述结构连接部经三维打印为实心体或由外壁围合的空心体，当所述结构连接部为空心体时所述外壁的厚度为1mm～5mm，优选为1mm～3mm，进一步优选为1.2mm。进一步，所述基体部的所述空心腔为多个；优选的，多个所述空心腔在截面上呈轴对称分布。进一步，所述磁性部件为软磁铁或永久磁铁；所述永久磁铁为方块磁铁、瓦形磁铁、圆柱形磁铁、圆环磁铁、圆片磁铁、磁棒磁铁、磁力架磁铁或异形磁铁中的一种或几种的组合。进一步，所述三维打印用材料选自：PLA(聚乳酸)、ABS材料(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物)、PC材料(聚碳酸酯)、PC-ABS材料(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物与聚碳酸酯的混合物)、PSU材料(聚醚砜)、环氧树脂以及各种光敏树脂。进一步，所述三维打印所采用的材料为树脂类复合材料，所述树脂类复合材料为植物纤维或碳纤维与聚乳酸、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物与聚碳酸酯的混合物、聚醚砜或环氧树脂复合而成的复合材料；所述植物纤维为木质纤维、麻纤维、秸秆、棉纤维或竹纤维中的一种或几种的组合。进一步，所述基于三维打印的榫卯结构教具的制造方法包括以下步骤：首先在计算机中创建1：1的榫卯数字模型，模型创建时考虑装配需求，预留合理的装配间隙；其次将创建的榫卯数字模型转换成.stl格式的文件；再次，将所述榫卯数字模型文件传输到三维打印机；最后采用熔融沉积成型、光固化成型或激光烧结成型的方式打印出所述榫卯结构教具。进一步，所述打印比例跟据原始榫卯尺寸选择1：100，1：50，1：20，1：10，1：5，1：2，1：1或其它比例。附图说明为了更清楚的说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出来了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本技术基于三维打印的棕角榫教具部件结构示意图。图2为本技术基于三维打印的榫卯结构教具的一个装配体的示意图。图3为本技术另一实施例中一个装配体的示意图。图4为本技术其它类型棕角榫拆分模型图。图5为本技术设置有磁性部件的结构示意图。图中各部分含义如下：1、装配体；2、基体部；3、结构连接部；21、空心腔；22、结构壁；23、磁性部件；31、榫头部；32、榫眼部；34、外壁。具体实施方式为使本技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本技术。具体实施方式1：如图1-5所示，一种基于三维打印的榫卯结构教具，具有若干个装配体1，每个所述装配体1均具有基体部2和结构连接部3，所述基体部2经三维打印且具有空心腔21，所述结构连接部3与所述基体部2相连且经三维打印成一体，所述结构连接部3为榫头部31、榫槽部或榫眼部32中的一种或几种的组合；磁性部件23设于所述空心腔21内，且经三维打印使所述磁性部件23密封在所述基体部2内。其中，所述装配体1可以组装成斗拱、雀替、梁柱、直角榫、燕尾榫、棕角榫、T字型连接、十字连接、三方交汇连接等常用的榫卯连接形式。本实施方式的有益效果是：通过所述结构可以使该榫卯结构教具实现质轻、便携、体积小、精致、方便学生观察和进行组装体验的功能；且当内置磁性部件之后，能够使榫卯结构教具的结构连接更易于演示，且可以将榫卯结构教具粘贴在磁性黑板等场合，以便用于教学演示，适合用于建筑工程、装饰工程和家具工程等相关专业的教学活动。具体实施方式2：如图4-5所示，一种基于三维打印的榫卯结构教具，具有三个装配体1，其中包括第一装配体、第二装配体和第三装配体，所述第一装配体上具有两个榫眼部32，所述第二装配体和第三装配体上分别具有能够与所述榫眼部32配合的榫头部31，当三个装配体1进行组装后能够形成紧固连接并形成稳定的空间支撑结构。本实施方式的有益效果是：由于采用三维打印技术制作榫卯教具，可以按比例打印缩小的榫卯零件，方便实现小批量制造；跟据个人需求，能够打印出各种颜色和表面效果的榫卯教具；各教学单位也可以只购买用于三维打印的榫卯数字模型，然后跟据实际教学需要自行打印教具，既减少了运输成本，又能满足不同课程的弹性需求；所打印的榫卯教具体积小、重量轻，方便课堂上的教学展示，也方便学生进行观察、测量、组装等体验式学习。具体实施方式3：可以使用热塑性聚合物：PLA(聚乳酸)、ABS材料(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物)、PC材料(聚碳酸酯)、PC-ABS材料(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物与聚碳酸酯的混合物)、PSU材料(聚醚砜)等进行打本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三维打印的榫卯结构教具，具有若干个装配体(1)，每个所述装配体(1)均具有基体部(2)和结构连接部(3)，其特征在于：所述基体部(2)经三维打印且具有空心腔(21)，所述结构连接部(3)与所述基体部(2)相连且经三维打印成一体，所述结构连接部(3)为榫头部(31)、榫槽部或榫眼部(32)中的一种或几种的组合，所述基体部(2)上设有磁性部件(23)，所述磁性部件(23)设于所述空心腔(21)内，且经三维打印使所述磁性部件(23)密封在所述基体部(2)内。

【技术特征摘要】
1.一种基于三维打印的榫卯结构教具，具有若干个装配体(1)，每个所述装配体(1)均具有基体部(2)和结构连接部(3)，其特征在于：所述基体部(2)经三维打印且具有空心腔(21)，所述结构连接部(3)与所述基体部(2)相连且经三维打印成一体，所述结构连接部(3)为榫头部(31)、榫槽部或榫眼部(32)中的一种或几种的组合，所述基体部(2)上设有磁性部件(23)，所述磁性部件(23)设于所述空心腔(21)内，且经三维打印使所述磁性部件(23)密封在所述基体部(2)内。2.根据权利要求1所述的一种基于三维打印的榫卯结构教具，其特征在于：所述空心腔(21)由结构壁(22)围合而成，所述结构壁(22)的厚度为1mm～20mm。3.根据权利要求1所述的一种基于三维打印的榫...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶毓博，李鹏，付航，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：新型
国别省市：黑龙江,23