三元相图立体模型及其3D打印制作方法技术

本发明专利技术提供一种三元相图立体模型及其3D打印制作方法，所述三元相图立体模型包括立体模型本体，该立体模型本体由若干单体组合而成，所述立体模型本体上设有若干水平截面及垂直截面，该水平截面和垂直截面将相应单体分割为若干分体，所述立体模型本体内还设有若干垂直孔和水平孔，该水平孔从立体模型本体的一侧穿透至另一侧且其与相应垂直孔相交。本产品可展示三元相图多种截面及投影，使用人可以根据需求随时进行设计、制作和改进，且本产品成本低，适用于教学和科技创新。

Three dimensional model of ternary phase diagram and its 3D printing method

【技术实现步骤摘要】
三元相图立体模型及其3D打印制作方法
本专利技术属于教具领域，具体涉及一种三元相图立体模型及其3D打印制作方法。
技术介绍
三元相图是研究材料的重要工具，也是材料类专业课程教学中的基本内容(石德珂主编.《材料科学基础》(第二版)[M].北京:机械工业出版社，2003)。完整的三元相图是三维立体模型，由单相区、两相区、三相区和四相区组成，各相区分别为三维不规则形状，拼装成为一个三棱柱即为完整的三元相图。三棱柱的横截面为三角形(一般为等边三角形)，三个边代表三个组元的成分坐标，棱代表温度坐标。由于信息载体的限制，实际使用的三元相图一般是采用二维平面印刷或投影等方法进行显示，一般为截面图和投影图。即便可以采用虚拟仿真等方式获得立体的效果，但便利性和体验性受到局限。在分析相图的各种规律时，使用者又需要反推空间模型的立体结构才能更好的理解。特别是对于初学者，如果没有立体模型的实物进行反复的观察、拼装，仅靠想象是很难掌握三元相图的相关知识，限制了这一重要工具的使用。公开号为CN107545091A的专利，公开了一种一种可拆装多元相图模型及其制备方法和应用，以3D打印的方法制作出三元相图的实体模型。具体做法是：将三元相图按相区拆解为单独的模块(子模型)，采用3D打印制作各个模块，然后将各个子模型拼接成相图。各子模型的固定方法：利用外部框架进行固定；各子模型用孔棍式固定。各个子模型拼接的方法：在相界面上设磁力贴或磁性涂料，利用磁力相互吸引。虽然该专利对模型的展示及制备方法有所改进，但仍然存在以下缺陷：(1)该专利技术只能通过简单的拼装组合反映三元相图的三维模型，未能反映三元相图核心的知识，比如从三维立体模型向二维平面图形的转化，即实际印刷的平面图中的截面图和立体图与三维模型的对应关系。(2)该专利技术对于三维模型的展示方法仅局限于表面，并未实现关于横截面及垂直截面的展示,这也就意味着对于学生学习过程的辅助作用有待考量。(3)该专利技术采用磁力贴或磁性涂料的方式连接子模型，因为磁性材料的特性可能导致吸力不足，且影响美观。此外，目前市场中现有立体模型造价较高，且携带不便。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种多方面展示，利于教学、制作成本低且便于拆装携带的三元相图立体模型及其3D打印制作方法。为了实现上述目的，本专利技术首先提供一种三元相图立体模型，包括立体模型本体，该立体模型本体由若干单体组合而成，其特征在于：所述立体模型本体上设有若干水平截面及垂直截面，该水平截面和垂直截面将相应单体分割为若干分体，所述立体模型本体内还设有若干垂直孔和水平孔，该水平孔从立体模型本体的一侧穿透至另一侧且其与相应垂直孔相交。优选的，还包括展示组件，所述展示组件包括底座，该底座上设有支架杆，所述支架杆上设有若干能够沿支架杆轴向方向移动的用于夹紧所述立体模型本体的夹紧器。优选的，所述夹紧器为三角形，其包括V形固定板、活动板及约束绳，所述V形固定板与所述活动板之间通过V形弹性连接板连接，所述V形固定板及活动板外侧均设有若干约束孔，所述约束绳的一端与所述V形固定板的角部位置相连，另一端依次穿过所述约束孔后与一用于调节其张紧力的调节件相连。优选的，所述底座由若干底板依次相互连接而成，且相邻底板间相互铰接连接，所述底座上方还设有由若干顶板依次相互连接而成的分离板，相邻顶板间同样相互铰接连接，相邻顶板间的铰接处通过一支撑杆与相对应的相邻底板间的铰接处相连，相邻顶板的下方分别设有第一立杆和第二立杆，该第一立杆及第二立杆的两端分别与相应的分离板和底板相连；至少一个所述垂直孔被所述垂直截面分割为两部分，所述第一立杆和第二立杆同时穿过该被垂直截面所分割的垂直孔。优选的，所述支架杆上设有能够沿支架杆轴向方向移动的悬臂，该悬臂内设有能够沿悬臂长度方向移动的光源本体，该光源本体为小于所述垂直孔直径且大于垂直孔高度的圆柱体状，所述光源本体上设有水平夹缝窗口，光源本体下端设有端部窗口。优选的，所述立体模型本体外侧设有透明防护罩。优选的，所述相邻单体的连接面上分别设有若干位置相对应的凹槽，相邻单体的连接面上的凹槽内分别设有若干磁极相反的磁铁。优选的，属于同一单体的相邻分体间的连接面上分别设有相互配合的凸起和凹槽。优选的，所述底座是木质、塑料或金属材质中的任意一种，所述底座下侧设有容纳腔。本专利技术还提供一种上述立体模型本体的制作方法，包括下述步骤：步骤一：利用3D制图软件设计各单体的分体模型，并根据相应分体模型生成3D打印机的可执行文件；步骤二：根据所述可执行文件利用3D打印机制作各分体，打印过程中在相应的分体上打印出和磁铁尺寸相适应的凹坑，然后暂停打印并将磁铁放入凹坑中，之后继续打印，以将磁铁封装入相应分体中；步骤三：对打印出来的各分体模型的尖锐部位进行钝化处理；步骤四：将各分体组合成相应单体，然后将各单体组合成所述立体模型本体。本专利技术的有益效果为：(1)立体模型本体可拆分为若干单体，单体可拆分为若干分体；即所有单体可组合成一个立体模型本体，相应的分体也可组合成一个单体，不同单体的分体以及相邻单体也可组合成为组合体，组合灵活。本专利技术可根据实际需要进行展示，有效的提高了立体模型本体展示的全面性及灵活性，且便于学生反复观察及拼装，能够更好的理解和掌握三元相图的相关知识。(2)本专利技术采用可拆卸安装的夹紧器、分离器，可根据实际需要展示单体、组合体及立体模型本体的水平截面、垂直截面图及投影，即根据实际需要只需在立体模型本体上选取所需位置进行分离，即可得到立体模型本体的相应水平截面及垂直截面，无需另做模具，节约成本。(3)悬臂及光源本体的设计，可观察单体表面亮度及颜色的变化，达到可动态演示出蝴蝶规律、杠杆定律及重心法则。(4)垂直孔和水平孔位置可根据实际需求而定，从而实现对凝固过程、杠杆法则、重心法则等进行直观的、动态的展示，便于教学及学生理解。(5)本专利技术单体、分体之间采用磁铁或凸起、凹槽方式连接，容易拆分及组装，且结构稳定，便于手动操作，使初学者理解更加透彻。(6)采用3D打印的方法制作不规则复杂形状的分体，不需要昂贵的模具，制作成本低，使用人可以根据需求随时进行设计、制作和改进，特别适用于教学和科技创新。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是实施例中所述单体A的拼装过程示意图；图2是实施例中所述夹紧器将立体模型本体夹紧时的结构示意图；图3是实施例中所述立体模型本体处于待分离状态时的结构示意图；图4是实施例中所述悬臂装于支架杆上且光源本体照射单体内部时的结构示意图；图5是实施例中所述组合体F的各单体及分体连接结构示意图；图6a是实施例中所述组合体F的结构示意图；图6b是实施例中两相区单体LA内部设有垂直孔时的结构示意图；图6c是实施例中三相区单体LAB内部设有垂直孔时的结构示意图；图6d是实施例中两相区单体LA水平切分为若干分体时的结构示意图；图6e是实施例中三相区单体LAB水平切分为两个分体时的结构示意图；图6f是实施例中两相区单体LA分为若干分体时垂直孔及水平孔位置的结构示意图；图6g是实施例中三相区单体LAB分为两个分体时垂直孔及水平孔位置的结构示意图；图7是实施例中所述组合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.三元相图立体模型，包括立体模型本体，该立体模型本体由若干单体组合而成，其特征在于：所述立体模型本体上设有若干水平截面及垂直截面，该水平截面和垂直截面将相应单体分割为若干分体，所述立体模型本体内还设有若干垂直孔和水平孔，该水平孔从立体模型本体的一侧穿透至另一侧且其与相应垂直孔相交。

【技术特征摘要】
1.三元相图立体模型，包括立体模型本体，该立体模型本体由若干单体组合而成，其特征在于：所述立体模型本体上设有若干水平截面及垂直截面，该水平截面和垂直截面将相应单体分割为若干分体，所述立体模型本体内还设有若干垂直孔和水平孔，该水平孔从立体模型本体的一侧穿透至另一侧且其与相应垂直孔相交。2.根据权利要求1所述的三元相图立体模型，其特征在于：还包括展示组件，所述展示组件包括底座，该底座上设有支架杆，所述支架杆上设有若干能够沿支架杆轴向方向移动的用于夹紧所述立体模型本体的夹紧器。3.根据权利要求2所述的三元相图立体模型，其特征在于：所述夹紧器为三角形，其包括V形固定板、活动板及约束绳，所述V形固定板与所述活动板之间通过V形弹性连接板连接，所述V形固定板及活动板外侧均设有若干约束孔，所述约束绳的一端与所述V形固定板的角部位置相连，另一端依次穿过所述约束孔后与一用于调节其张紧力的调节件相连。4.根据权利要求2所述的三元相图立体模型，其特征在于：所述底座由若干底板依次相互连接而成，且相邻底板间相互铰接连接，所述底座上方还设有由若干顶板依次相互连接而成的分离板，相邻顶板间同样相互铰接连接，相邻顶板间的铰接处通过一支撑杆与相对应的相邻底板间的铰接处相连，相邻顶板的下方分别设有第一立杆和第二立杆，该第一立杆及第二立杆的两端分别与相应的分离板和底板相连；至少一个所述垂直孔被所述垂直截面分割为两部分，所述第一立杆和第二立杆同时穿过该被垂直截面所分割的垂直孔。5.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢鲲，岳丽杰，魏文阁，曹梅青，夏鹏成，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37