增材制造與3D打印技術(shù)及應(yīng)用課件第2章-增材制造的前處理

第2章增材制造的前處理本章重點(diǎn)與難點(diǎn)本章重點(diǎn)：1.熟悉用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件構(gòu)造三維模型的方法；2.熟悉三維模型的STL格式化；3.了解三維模型的切片處理。本章難點(diǎn)：1.利用反求工程構(gòu)造三維模型；2.三維模型的切片處理。增材制造的前處理一、三維模型構(gòu)造的方法二、三維模型的STL格式化三、三維模型的切片處理

由于快速成形機(jī)只能接受計(jì)算機(jī)構(gòu)造的工件三維模型（即立體圖，如圖2-1所示），然后才能進(jìn)行分層切片處理，因此，首先必須建立三維模型，目前構(gòu)造三維模型主要有以下辦法：應(yīng)用計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)軟件，根據(jù)產(chǎn)品的要求設(shè)計(jì)三維模型；應(yīng)用計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)軟件，將已有產(chǎn)品的二維三視圖轉(zhuǎn)換為三維模型；仿制產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)用反求設(shè)備和反求軟件，得到產(chǎn)品的三維模型。利用Internet網(wǎng)絡(luò)，將用戶設(shè)計(jì)好的三維模型直接傳輸?shù)皆霾闹圃旃ぷ髡?。一、三維模型構(gòu)造的方法圖2-1

利用CAD軟件設(shè)計(jì)的管道零件三維模型一、三維模型構(gòu)造的方法產(chǎn)品的要求產(chǎn)品的2D三視圖3DCAD軟件反求工程Internet網(wǎng)絡(luò)三維CAD模型圖2-2構(gòu)造三維模型的方法二、三維模型的STL格式化2.1.1用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件構(gòu)造三維模型隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多三維模型的形體表達(dá)方法，其中常見的有以下幾種：1.構(gòu)造實(shí)體幾何法（ConstructiveSolidGeometry，簡稱CSG法）2.邊界表達(dá)法（BoundaryRepresentation，簡稱B—Rep法）3.參數(shù)表達(dá)法（ParametricRepresentation）4.單元表達(dá)法（CellRepresentation）模型文件輸出格式有多種，常見的有IPGL、HPGL、STEP、DXF和STL等，其中STL格式為普遍采用的格式。二、三維模型的STL格式化表2-1

常用的CAD軟件系統(tǒng)軟件名稱所屬公司AutoCADAutodesk（歐特克）CEROParametricTechnologyCo.NXSiemens（西門子）CATIADassaultSystem（達(dá)索系統(tǒng)）SolidworksDassaultSystem（達(dá)索系統(tǒng)）InventorAutodesk（歐特克）SolidEdgeSiemens（西門子）CAXA北京數(shù)碼大方科技股份有限公司中望CAD廣州中望龍騰軟件股份有限公司KEYCREATORKubotek二、三維模型的STL格式化2.1.2利用反求工程構(gòu)建三維模型反求工程技術(shù)與傳統(tǒng)的產(chǎn)品正向設(shè)計(jì)方法不同。它是根據(jù)已存在的產(chǎn)品或零件原型構(gòu)造產(chǎn)品或零件的工程設(shè)計(jì)模型，在此基礎(chǔ)上對已有產(chǎn)品進(jìn)行剖析、理解和改進(jìn)，是對已有設(shè)計(jì)的再設(shè)計(jì)。常見的物體三維幾何形狀的測量方法基本可分為接觸式和非接觸式兩大類，而測量系統(tǒng)與物體的作用不外乎光、聲、機(jī)、電等方式，現(xiàn)有的一些測量方法即有各自獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢，又都有一定的局限性。二、三維模型的STL格式化1.接觸式測量方法（1）觸發(fā)式接觸測量法（2）層析法2.非接觸式測量方法（1）基于光學(xué)三角型原理的反求工程掃描法（2）基于相位偏移測量原理的莫爾條紋法（3）基于工業(yè)CT斷層掃描圖像反求工程法（4）立體視覺測量方法二、三維模型的STL格式化

常用的掃描機(jī)有傳統(tǒng)的坐標(biāo)測量機(jī)（簡稱CMM）、激光掃描儀（LaserScanner），零件斷層掃描機(jī)（CrossSectionScanner），以及CT（ComputerTomography，計(jì)算機(jī)X線斷層照相術(shù)）和MRI（MagneticResonanceImaging，磁共振成像）。下面介紹幾種現(xiàn)代激光掃描儀、零件斷層掃描機(jī)、CT掃描及其數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化。二、三維模型的STL格式化圖2-3

激光掃描儀二、三維模型的STL格式化

圖2-4

激光掃描原理

圖2-5掃描頭二、三維模型的STL格式化圖2-6

零件斷層掃描機(jī)二、三維模型的STL格式化2-7

螺旋式CT掃描原理二、三維模型的STL格式化2.2三維模型的STL格式化STL格式文件最初出現(xiàn)于1988年美國3DSystems公司生產(chǎn)的SLA快速成形機(jī)中，它是目前增材制造系統(tǒng)中最常見的一種文件格式，用于將三維模型近似成小三角形平面的組合。二、三維模型的STL格式化2.2.1STL格式文件的規(guī)則1.共頂點(diǎn)規(guī)則2.取向規(guī)則3.取值規(guī)則4.合法實(shí)體規(guī)則二、三維模型的STL格式化2.2.2STL格式文件的錯(cuò)誤和糾錯(cuò)軟件由于CAD軟件和STL文件格式本身的問題，以及轉(zhuǎn)換過程造成的錯(cuò)誤，所產(chǎn)生的STL格式文件難免有少量的缺陷，其中最常見的有以下幾種：出現(xiàn)違反共頂點(diǎn)規(guī)則的三角形出現(xiàn)違反取向規(guī)則的三角形出現(xiàn)錯(cuò)誤的裂縫或孔洞三角形過多或過少微小特征遺漏或出錯(cuò)二、三維模型的切片處理2.3.1.成形方向的選擇不同的成形方向會對工件品質(zhì)（尺寸精度、表面粗糙度、強(qiáng)度等）、材料成本和制作時(shí)間產(chǎn)生很大的影響。1.成形方向?qū)ぜ焚|(zhì)的影響2.成形方向?qū)Σ牧铣杀镜挠绊?.成形方向?qū)χ谱鲿r(shí)間的影響二、三維模型的切片處理2.3.2增材制造中的主要切片方式1.STL切片2.容錯(cuò)切片3.適應(yīng)性切片4.直接適應(yīng)性切片5.直接切片思考