快速成型技术中的数据处理ppt课件

1、第四章快速成型技术中的数据处置 快速原型的制造需求前端的CAD数字模型来支持，也就是说，一切的快速成型制造方法都是由CAD数字模型来直接驱动的。来源于CAD的数字模型必需处置成快速成型系统所能接受的数据格式而且在原型制造之前或制造过程中还需求进展叠层方向的切片处置。此外，样件反求以及来源于CT等的医学模型等的数据都需求转换成CAD模型或直接转换成RP系统可以接纳的数据。因此，在快速成型技术实施之前以及原型制造过程中需求进展大量的数据预备和处置任务，数据的充分预备和有效的处置决议着原型制造的效率、质量和精度。因此，在整个快速成型技术的实施过程中，数据的预备是必需的，数据的处置是非常必要和重要的。

2、 模具工程技术研讨中心 METRC4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置第一节CAD三维模型的构建方法 目前，基于数字化的产品快速设计有两种主要途径：一种是根据产品的要求或直接根据二维图纸在CAD软件平台上设计产品三维模型，常被称为概念设计；另一种是在仿制产品时用扫描机对已有的产品实体进展扫描，得到三维模型，常被称为反求工程。两种常用的产品设计思绪如下图。 模具工程技术研讨中心 METRC4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置一、概念设计 目前产品设计曾经大面积地直接采用计算机辅助设计软件来构造产品三维模型，也就是说，产品的现代设计已根本甩脱传统的图纸描画方式，而直

3、接在三维外型软件平台上进展。目前，几乎尽善尽美的商品化CAD/CAM一体化软件为产品外型提供了强大的空间，使设计者的概念设计可以随心所欲，且特征修正也非常方便。目前，运用较多的具有三维外型功能的CAD/CAM软件主要有Unigraphics、Pro/Engineer、Catia、Cimatro、Delcam、Solidedge、MDT等。 随着计算机硬件的迅猛开展，许多原来基于计算机任务站开发的大型CAD/CAM系统曾经移植于个人计算机上，也反过来，促进了CAD/CAM软件的普及。模具工程技术研讨中心 METRC4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METR

4、C4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置 普通来说，从事快速成型研讨与效力的机构和部门都曾经配备了三维设计手段，普通的设计开发部门也逐渐地由传统的2D设计开展到3D上来。下表给出的是2019年日本几家从事RP效力的公司所效力的客户的设计来源能否采用3D 设计的统计。 模具工程技术研讨中心 METRC4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置二、反求工程 新产品开发过程中的另一条重要道路就是样件的反求。反求工程技术Reverse Engineering，RE又称逆向工程技术，是20世纪80年代末期开展起来的一项先进制造技术，是以产品及设备的实物、软件(图纸、程序及技术文件

5、等)或影像(图片、照片等)等作为研讨对象，反求出初始的设计意图，包括外形、资料、工艺、强度等诸多方面。简单说，反求就是对存在的实物模型或零件进展丈量并根据丈量数据重构出实物的CAD模型，进而对实物进展分析、修正、检验和制造的过程。反求工程主要用于已有零件的复制、损坏或磨损零件的复原、模型精度的提高及数字化模型检测等。模具工程技术研讨中心 METRC4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置 反求工程技术不是传统意义上的“仿制，而是综合运用现代工业设计的实际方法、消费工程学、资料学和有关专业知识，进展系统地分折研讨，进而快速开发制造出高附加值、高技术程度的新产品。反求工程对于难以用CA

6、D设计的零件模型以及活性组织和艺术模型的数据摄取是非常有利的工具，对快速实现产品等的改良和完善或参考设计具有重要的工程运用价值。尤其是该项技术与快速成型技术的结合，可以实现产品的快速三维拷贝，并经过CAD重新建模修正或快速成型工艺参数的调整，还可以实现零件或模型的变异复原，如下图。 模具工程技术研讨中心 METRC4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置 反求的主要方法有三坐标丈量法、投影光栅法、激光三角形法、核磁共振和CT法以及自动断层扫描法等。常用的扫描机有传统的坐标丈量机Coordinate

7、Measurement MachineCMM、激光扫描机Laser Scanner、零件断层扫描机Cross Section Scanner以及CTComputer Tomography和MRIMagnetic Resonance Imaging等。 采用反求工程方法进展产品快速设计，需求对样品进展数据采集和处置，详细内容如下图。反求工程中较大的任务量就是离散数据的处置。普通来说，反求系统中应携带具有一定功能的数据拟合软件，或借用常规的CAD/CAM软件UGII、Pro/E等，也有独立的曲面拟合与修补软件如Surfacer等。 模具工程技术研讨中心 METRC4 快速成型技术中的数据处置快速成

8、型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置 Imageware Surfacer 软件是SDRC (Structural Dynamics Research Corporation)公司推出的逆向工程软件，是对产品开发过程前后阶段的补充，是公用于将扫描数据转换成曲面模型的软件。Imageware Surfacer提供了在逆向工程、曲面设计和曲面评价方面最好的功能，它能接纳各种不同的数据来源，经过3D点数据可以生成高质量曲线和曲面几何外形。该软件可以进展曲面检定，分析曲面与实践点的间隔，可以进展着色、反射或曲率分析及横截面功能。曲线和曲

9、面可以进展即时交换式外形修正。Imageware Surfacer软件具有扫描点处置、曲面制造工具、曲面分析工具、曲线处置以及曲面处置等功能和模块。以下图给出的是Imageware Surfacer软件的界面及其正在进展的曲线处置。 逆向工程对于企业制造过程来说是非常重要的。如何从企业仅有的样件、油泥模型、模具等“物理世界快速地过渡到计算机可以随心所欲处置的“数字世界，这是制造业普遍面临的实践问题。 Imageware Surfacer 特别适用于以下情况： 模具工程技术研讨中心 METRC4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC4 快速成型技术中的

10、数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC企业只能拿到真实零件而没有图纸，又要求对此零件进展分企业只能拿到真实零件而没有图纸，又要求对此零件进展分析、复制及改型；析、复制及改型； 在汽车、家电等行业要分析油泥模型，对油泥模型进展修正，在汽车、家电等行业要分析油泥模型，对油泥模型进展修正，得到称心结果后将此模型的外型在计算机中建立数字模型；得到称心结果后将此模型的外型在计算机中建立数字模型； 对现有的零件工装等建立数字化图库；对现有的零件工装等建立数字化图库； 在模具行业，往往需求用手工修模，修正后的模具形腔数据在模具行业，往往需求用手工修模，修正后的模具形腔数据必需求及时

11、地反映到相应的必需求及时地反映到相应的CAD设计之中，这样才干最终制造设计之中，这样才干最终制造出符合要求的模具。出符合要求的模具。 此外，此外，Imageware Verdict软件的快速成型模块可以快速利用软件的快速成型模块可以快速利用数字化数据或利用其它系统的曲面几何外形生成原型，从而缩数字化数据或利用其它系统的曲面几何外形生成原型，从而缩短了进展数字化、生成短了进展数字化、生成CAD模型直至最后生成原型这一过程的模型直至最后生成原型这一过程的周期，而且该软件模块可以直接根据产品的周期，而且该软件模块可以直接根据产品的STL文件自动制造文件自动制造出该产品的模具模型。出该产品的模具模型。

12、 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置第二节STL数据文件及处置 快速原型制造设备目前可以接受诸如STL，SLC，CLI，RPI，LEAF，SIF等 多 种 数 据 格 式 。 其 中 由 美 国 3 D S y s t e m s 公 司 开 发 的STL(StereoLithography interface specification)文件格式可以被大多数快速成型机所接受，因此被工业界以为是目前快速成型数据的准规范，几乎一切类型的快速成型系统都采用STL数据格式。 模具工程技术研讨中心 METRC一、STL文件的格式 STL文件的主要优势在于表达简单明晰，文件中只包含相互

13、衔接的三角形片面节点坐标及其外法矢，属于“中性文件。STL数据格式的本质是用许多细小的空间三角形面来逼近复原CAD实体模型，这类似于实体数据模型的外表有限元网格划分。STL模型的数据是经过给出三角形法向量的三个分量及三角形的三个顶点坐标来实现的。STL文件记载了组成STL实体模型的一切三角形面，它有二进制BINARY和文本文件ASCII两种方式。ASCII文件格式的特点能被人工识别并被修正，但是由于该格式的文件占用空间太大普通6倍于BINARY方式存储的STL文件，因此主要用来调试程序。 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC1、STL的ASCII

14、文件格式 ASCII起初主要是为了检验CAD界面而设计开发的。但是由于其本身格式太大，使它在实践中没有太大的运用。下面就是ASCII STL文件的语法格式。4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC2、STL的二进制文件格式 二进制文件采用IEEE类型整数和浮动型小数。文件用84字节的头文件和50字节的后述文件来描画一个三角形： 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC 留意到每个面目录都是50个字节，假设是所生成的STL文件

15、是由10000个小三角形构成的，再加上84字节的头文件，该二进制STL文件的大小便是845010000500084B0.5MB。假设同样的精度下，采用ASCII方式输出该STL文件，那么此时的STL文件的大小约为60.5MB=3.0MB。 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置 STL文件的数据格式是采用小三角形来近似逼近三维实体模型的外外表，小三角形数量的多少直接影响着近似逼近的精度。显然，精度要求越高，选取的三角形应该越多。但是，就本身面向快速成型制造所要求的CAD模型的STL文件，过高的精度要求也是不用要的。由于过高的精度要求能够会超出快速成型制造系统所能到达的精度目的，而

16、且三角形数量的增多会引起计算机存储容量的加大，同时带来切片处置时间的显著添加，有时截面的轮廓会产生许多小线段，不利于激光头的扫描运动，导致低的消费效率和外表不光洁。所以，从CAD/CAM软件输出STL文件时，选取的精度目的和控制参数应该根据CAD模型的复杂程度以及快速成型精度要求的高低进展综合思索。 不同的CAD/CAM系统输出STL格式文件的精度控制参数是不一致的，但最终反映STL文件逼近CAD模型的精度目的外表上是小三角形的数量，本质上是三角形平面逼近曲面时的弦差的大小。弦差指的是，近似三角形的轮廓边与曲面之间的径向间隔。从本质上看，用有限的小三角面的组合来逼近CAD模型外表，是原始模型的

17、一阶近似，它不包含邻接关系信息，不能够完全表达原始设计的意图，离真正的外表有一定的间隔，而在边境上有凸凹景象，所以无法防止误差。 模具工程技术研讨中心 METRC二、STL文件的精度 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置以下图为球面STL输出时的三角形划分，从图中可以看出弦差的大小直接影响输出的外表质量。 模具工程技术研讨中心 METRC4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置 从弦差、外表积误差以及体积误差的本身对比和两者之间的对比可以看出：随着三角形数目的增多，同一模型采用STL

18、格式逼近的精度会显著地提高；而不同外形特征的CAD模型，在一样的精度要求条件下，最终生成的三角形数目的差别很大。 模具工程技术研讨中心 METRC4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置 STL文件中的每个小三角形面都是由三条边组成的，而且具有方向性。三条边按逆时针顺序由右手定那么确定面的法矢指向所描画的实体外表的外侧。相邻的三角形的取向不应出现矛盾，如下图。 模具工程技术研讨中心 METRC三、STL文件的纠错处置 1、 STL文件的根本规那么 1取向规那么 正确 错误 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置 每个三角形必需也只能跟与它相邻的三角形共享两个点，也就是

19、说，不能够有一个点会落在其旁边三角形的边上，以下图便表示了存在问题的点。 模具工程技术研讨中心 METRC2点点规规 由于每一个合理的实面子至少应有1.5条边，因此下面的三个约束条件在正确的STL文件中应该得到满足： 面必需是偶数的；面必需是偶数的； 边必需是边必需是3的倍数；的倍数； 2边边3面。面。 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置 STL文件中一切的顶点坐标必需是正的，零和负数是错的。然而，目前几乎一切的CAD/CAM软件都允许在恣意的空间位置生成STL文件，唯有AutoCAD软件还要求必需遵守这个规那么。 STL文件不包含任何刻度信息，坐标的单位是随意的。很多快速成

20、型前处置软件是以实体反映出来的绝对尺寸值来确定尺寸的单位。STL文件中的小三角形通常是以Z增大的方向陈列的，以便于切片软件的快速解算。 模具工程技术研讨中心 METRC3取值规那么 STL文件不得违反合法实体规那么，即在三维模型的一切外表上，必需布满小三角形平面，不得有任何脱漏即不能有裂痕或孔洞，不能有厚度为零的区域，外外表不能从其本身穿过等。 4合法实体规那么 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置 虽然在STL数据文件规范中没有特别指明一切的STL数据文件所包含的面必需构成一个或多个合理的法定实体，但是正确的STL文件所含有的点、边、面和构成的实体数量必需满足如下的欧拉公式：

21、 F-E+V=2-2H其中，FFace、E(Edge)、V(Vertix)、H(Hole)分别指面数、边数、点数和实体中穿透的孔洞数。 假设一个STL文件中的数据不符合上述的欧拉公式，那么该STL文件就有破绽。在切片软件进展运算时，普通是无法检测该类错误的，这样在切片时就会产生某一边不封锁的后果，直接呵斥在快速成型制造中激光束或是刀具行走时漏过该边。 如今有些公司开发了一些相应的软件，可以纠正一些诸如此类的错误，像3Dsystems公司的3D LightYear软件、比利时Materialise公司的Magics软件等。 模具工程技术研讨中心 METRC2、常见的STL文件错误 1脱漏 像其它

22、的CAD/CAM常用的交换数据一样，STL也经常出现数据错误和格式错误，其中最常见的错误如下： 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC 出现脱漏的缘由普通有如下2个方面：一是2个小三角形片面在空间的交差如图a所示，这种情况主要是由于低质量的实体布尔运算生成STL文件过程中产生的；二是在2个衔接外表三角形化时不匹配呵斥的，如图b所示。 (A) (B) 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC 退化的面是STL文件中另一个常见的错误。它不像上面所说的错误一样，它不会呵斥快速成型加工过程的失败。这种错误主要包括

23、以下2种类型： (A) (B) 2退化面 点共线如图点共线如图a。或者是，不共线的面在数据转换过程中构成了三点。或者是，不共线的面在数据转换过程中构成了三点共线的面。共线的面。 点重合如图点重合如图b。或者是，在数据转换运算时呵斥这种结果。或者是，在数据转换运算时呵斥这种结果。 1231324 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC 虽然，退化面并不是很严重的问题，但并不是就此可以忽略。一方面，该面的数据要占据空间；另一方面，也是更重要的，这些数据有能够使快速成型前处置的分析算法失败，并且使后续的任务量加大和呵斥困难。以下图便是由划分三角形面而产生的无

24、穷多的退化面的一个例子。 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC 这种错误不是在STL文件转换过程中构成的，而是由于CAD/CAM系统中原始模型的错误引起的，这种错误将在快速成型制造过程中表现出来。 3模型错误 进展STL格式转换时，会因未按正确的顺序陈列构成三角形的顶点而导致计算所得法矢的方向相反。为了判别能否错误，可将疑心有错的三角形的法矢方向与相邻的一些三角形的法矢加以比较。 4错误法矢面 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC3、STL文件阅读和编辑 由于STL文件在生成过程中以及原有的CAD模

25、型等缘由经常会出现一些错误，因此，为保证有效地进展快速原型的制造，对STL文件进展阅读和编辑处置是非常必要的。目前，已有多种用于察看和编辑修正STL格式文件的公用软件，如表所示。 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC 在上述众多的STL文件阅读与编辑软件中，比利时Materialise公司开发的Magics软件提供了能完善处置STL文件的功能，该软件提供了3个主要的面向快速成型的软件包，其功能如表所示。 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程

26、技术研讨中心 METRC4、STL文件的输出 1Pro/E2000i中STL文件的输出 首先选择菜单栏中的首先选择菜单栏中的File菜单，菜单，然后选择然后选择Export中的中的Model选项。选项。 当CAD模型在一个CAD/CAM系统中完成之后，在进展快速原型制造之前，需求进展STL文件的输出。目前，几乎一切的商业化CAD/CAM系统都有STL文件的输出数据接口，而且操作和控制也非常方便。在STL文件输出过程中，根据模型的复杂程度和所要求的精度目的，可以选择STL文件的输出精度。下面以Pro/E、UGII以及AutoCAD软件为例表示STL文件的输出过程及精度目的的控制。 4 快速成型技

27、术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC从菜单中选从菜单中选STL，可以看到菜单中，可以看到菜单中有两种控制格式有两种控制格式CORD HEIGHT、ANGLE CONTROL ，根据需求选，根据需求选择适当的类型。系统默许的是择适当的类型。系统默许的是STL Binary，但是，假设他想要，但是，假设他想要ASCII格格式的他可以选择式的他可以选择STL ASCII命令。确命令。确定之后，选定之后，选Output执行。执行。 CORD HEIGHT目的为真实面和目的为真实面和拼接面之间的最大差额。拼接面之间的最大差额。ANGLE CONTROL为为0到到1之间的

28、一个小数。之间的一个小数。系统将用系统将用CORD HEIGHT来拼接模来拼接模型而忽略实体的详细特征。假设输入型而忽略实体的详细特征。假设输入1，那么系统将用，那么系统将用CORD HEIGHT乘乘以目的半径和实体最大尺寸值的非常以目的半径和实体最大尺寸值的非常之一之间的一个值。之一之间的一个值。 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRCPro/E此时会要求选择一个坐标系。选此时会要求选择一个坐标系。选Default系统默许的坐标系，或者，系统默许的坐标系，或者，自建一个。假设零件不是位于第一象限，系统将会出现错误提示信息问能否自建一个。假设零件不

29、是位于第一象限，系统将会出现错误提示信息问能否继续，输入继续，输入YES，继续。由于，如今很多软件能自动把它转换到适当的位置。，继续。由于，如今很多软件能自动把它转换到适当的位置。 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC2Unigraphics中STL文件的输出 选择选择File菜单中的菜单中的Export命令下拉菜单中的命令下拉菜单中的Rapid-Prototyping操作。操作。 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC出现下面的对话框后，可以选择输出格式出现下面的对话框后，可以选择输出格式Binar

30、y，ASCII及角度公差，及角度公差，拼接公差。也可以选择系统默许值，点击拼接公差。也可以选择系统默许值，点击OK完成。这时系统会提示输入完成。这时系统会提示输入STL头文件信息，头文件信息可以不添加，直接点击头文件信息，头文件信息可以不添加，直接点击OK完成。完成。 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC然后，用鼠标左键选择要输出的实体，这时被选择的实领会改动颜色以然后，用鼠标左键选择要输出的实体，这时被选择的实领会改动颜色以示选中，点击示选中，点击OK完成。完成。 以下图为某以下图为某CAD模型采用模型采用UGII进展进展STL输出最终构成的三

31、角形化的结果。输出最终构成的三角形化的结果。 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC3AutoCAD中STL文件的输出 在在AutoCAD中物体的光滑程度和误差大小是可以设定的。系统默许中物体的光滑程度和误差大小是可以设定的。系统默许的是的是0.5，用户可以自定义，用户可以自定义0.01到到10之间的任何值。值越大，物体的外表之间的任何值。值越大，物体的外表质量越好。当然，文件大小也随着增大。质量越好。当然，文件大小也随着增大。 在例如中输入在例如中输入10，按按ENTER键确定。键确定。 当命令行出现当命令行出现stlout时再按一下时再按一下E

32、NTER，这时系统会提示选择输出的，这时系统会提示选择输出的实体。实体。 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC实体选择之后，系统会提示选择要输出的格式，选择终了后按实体选择之后，系统会提示选择要输出的格式，选择终了后按ENTER确定。系统普通默许的是确定。系统普通默许的是Binary格式。格式。 这时会出现这时会出现“创建创建STL文件对话框。在此对话框中可以选择本人文件文件对话框。在此对话框中可以选择本人文件名和存放途径。选择完后，点击名和存放途径。选择完后，点击“Save按钮确定。在普通情况下，当实按钮确定。在普通情况下，当实体有一部分或者是

33、整体不在第一象限时，体有一部分或者是整体不在第一象限时，AUTOCAD回绝生成回绝生成STL文件。文件。这时，需求用挪动命令来挪动它，使它处在第一象限，然后反复上面的操这时，需求用挪动命令来挪动它，使它处在第一象限，然后反复上面的操作。作。 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC STLOUT和和AMSTLOUT的比较引见的比较引见 STLOUT和AMSTLOUT是在AUTOCAD中生成STL文件的两个主要命令。AMSTLOUT转换时物体可以是装配零件，但是，STLOUT只能是没有相互关系的实体。下表给出了两者的比较。 4 快速成型技术中的数据处置

34、快速成型技术中的数据处置5、分割与拼接处置软件 在实践快速原型制造过程中，假设所要制造的原型尺寸相对于快速成型系统台面尺寸过大或过小，就必需对STL模型进展剖切处置或者有必要进展拼接处置。拼接可以将多个尺寸相对偏小的STL模型合并成一个STL模型，并在同一任务台上同时成型。目的是节省快速成型机的机时，降低成形费用，提高成型效率。假设一个STL模型的尺寸超越了成型机任务台尺寸而无法一次成型，可采用分割STL模型的方法将一个STL模型分成多个STL模型，而后在成型机上依次加工，再将加工好的各个部分粘合复原成整体原型，这样处理了快速成型机加工尺寸范围有限的问题。 模具工程技术研讨中心 METRC1分

35、割根本原理 STL文件分割的根本原理是将一个STL文件分成两个新STL文件，即用多个面将一个STL模型分成假设干个部分，每部分重新构成一个STL模型，每个新STL文件对应一个新生成的STL模型。 STL文件分割与拼接的意义 ：4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC 详细地说，分割就是用1个平面将一个空间物体分成两部分，实践上是平面与空间物体的求交问题。分割后的每部分必需求有构成完好的三维实体模型几何信息。由于快速成型系统中的处置三维实体模型是由许多个空间三角形逼近的外表模型，因此分割本质上就是如何将假设干个空间三角形以1个平面为界，分成假设干个空间

36、三角形集合。位于平面不同侧面的三角形集合构成不同的小实体。但是，每个小实体均短少一个封锁面，存在一个“空间，就像一个桶短少一个盖子一样，因此，必需求生成一个封锁面，将每一个实体完全封锁。 三维实体外表与切割平面相交的交线是截面轮廓线，显然，截面轮廓线不能够直接构成一个面，必需将截面轮廓的内环和外环之间的区域、单个外环内的区域用三角形网格填充封锁，构成轮廓截面，这个轮廓截面就是实体的封锁面。参与该封锁面，每个实体就可以构成一个完好独立的三维CAD实体模型。至此，一个实体被分割成两个实体。 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC 对于恣意一个空间三角形

37、来说，它与切割平面的位置关系不外乎三种情况：位于平面之上、位于平面之下、与平面相交，如图a、b、c所示。位于平面之上的三角形构成一个集合，位于平面之下的三角形构成另一个三角形的集合。假设三角形与平面相交，其交点能够是一条线段也能够为一个点。假设三角形中的恣意定点与平面相交，在以后的处置过程中会遇到很多费事，为此需采用切片高度摄动法，即将三角形沿平面法向方向向上或向下挪动一个极小的位移量，以保证三角形中的恣意顶点不落在平面上，确保三角形与该平面相交为一条线段或根本不相交，这是在切片过程中必需求处理的问题。 一切与平面相交的三角形构成一个三角形集合，其中的每一个三角形必需变成三个三角形。由于与平面

38、相交的空间三角形被平面分成两部分：一部分为三角形，另一部分为平面四边形。在STL文件中不能出现四边形，必需将四边形变成两个三角形，如图d所示。 2分割根本算法 分割过程前置处置分割过程前置处置 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC 根据切片原理，实体中的某些三角形平面上的边与切割平面相交，一切的交点组成平面上的离散点集合，这些离散点经过排序后构成假设干个封锁环，这些封锁环构成了三维实体与切割平面相交的截面轮廓线。采用平面有界区域三角形网格化之前，必需对截面轮廓上的外环与内环进展特殊处置：外环上的节点要按逆时针方向排序；内环上的节点要按顺时针方向排

39、序；其次，假设有内环，必需确定内环和外环相对位置关系：一个外环包括一个或假设干个内环、一个内环对应一个外环。经过这样处置，可以确保三角形网格的正确构成。 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC 这涉及到快速成型中的切片处置。 切片以STL文件格式为根底，首先读入STL文件，将STL模型与平面求交，得出平面内的交线再经过数据处置生成截面轮廓线。由于STL模型是由大量的小三角形平面片组成，切片问题本质上是平面与平面求交问题。再对其进展切片处置后，其每一个切片界面都是由一组封锁的轮廓线组成。假设切片界面上的某条封锁轮廓线变成一条线段，那么切片平面切到一条

40、边上；假设界面上的某条封锁轮廓变成一点，那么切片平面切到一个顶点上。这些情况将影响后续任务的进展，需采用切片高度摄动法即将三角形沿平面发向方向向上或向下挪动一个极小的位移量，以防止这种影响。 轮廓截面的构成轮廓截面的构成 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC 切片后的轮廓封锁线由假设干个封锁的有向内外环构成。为保证轮廓界面是新STL模型的一部分，必需将其进展三角形面化处置，使内外环之间区域或单独外环里的区域用三角形网格填充，这样才干使分割成的两部分都是完好的立体图形。 平面网格化的构成算法有很多，采用平面上的有界区域的恣意多边形Delaunary

41、三角划分法可以实现轮廓截面的三角形网格化。这种方法能对凸域内的三角形进展划分，具有三角剖分结果独一、程序简单、运转稳定可靠的优点，能有效的对给定的有界区域进展三角形划分，构成三角形网格。 轮廓三角形网格化轮廓三角形网格化 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC 切片时，STL模型与切片平面相交，许多三角形被切片平面分成两部分：一部分为三角形，另一部分能够为三角形也能够为四边形。图a为四边形位于切片平面之下；图b为平面四边形位于切片平面之上；图c为原三角形恰好被分成两个三角形。将上述平面四边形的对角线相连可构成两个新的三角形。这些生成的三角形构成了新

42、STL模型不可短少的一部分。 一个三角形转化为多个三角形一个三角形转化为多个三角形 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置 拼接的根本原理是，在两个原STL模型不发生干涉的情况下，按一定的要求对某一个STL模型进展平移或旋转变换，然后把两个STL模型数据都保管在一个STL文件中，从而两个STL模型变成了一个新STL模型，两个STL文件合并成为一个新的STL文件。 从文件格式分析可知，STL文件包含许多空间小三角形的数据。其中每个三角形平面都用一个法向向量、三个顶点的坐标来描画。许许多多小三角形平面构成了三维STL模型的一切外表。因此，拼接的根本义务就是将某一个原STL模型包含的空

43、间三角形进展平移、旋转的几何位置变换，获得具有最正确相对位置的新STL文件。 模具工程技术研讨中心 METRC1拼接根本原理 拼接包括以下几个步骤： 读入多个STL文件，在计算机中显示出多个要拼接的原STL模型； 建立一个数据文件File，用于保管原STL模型被拼接后构成的新STL模型的数据； 平移变换、旋转变换。最后把没有实施几何变换的模型的数据也存入File中，将文件File转化为规范的STL文件。 2拼接算法4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC 在实践拼过程中，可以按需求对单个模型进展平移或旋转变换，也可以对多个模型进展平移和旋转变换。假设

44、要将某个模型放大或减少，只需将该模型乘以一个比例因子k即可。拼接后的新STL模型包含了拼接前一切的原STL模型的几何信息，快速成型机加工一个新STL模型，本质上同时加工多个原STL模型。这样，大大地提高了快速成型机的消费效率，同时也节省了时间和资料。4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置 目前，国际上部分STL阅读和编辑软件具有STL文件的分割功能，如SolidView/Pro RP、Magics等。国内部分从事快速成型技术研讨的高校也在开发公用的STL文件的分割与拼接软件。下面以某一国内自主开发的软件例如STL文件分割与拼接的实现。 模具工程技术研讨中心 METRCSTL文件的

45、拼接和分割例如 1拼接实例选择菜单中选择菜单中Open AscII file中的中的first AscII file翻开第一个翻开第一个STL文件。文件。 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC选择菜单选择菜单Open AscII file 中的中的second AscII file翻开第二个翻开第二个STL文件。文件。 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC选择菜单选择菜单Unite中的中的front back align并给出间隔的间隔，使两个图形前后并给出间隔的间隔，使两个图形前后对齐。对齐。4

46、快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC选择菜单选择菜单Save As中的中的AscII file将拼接好的文件存为一个文本格式的文件将拼接好的文件存为一个文本格式的文件输出；或者选择输出；或者选择Binary file保管为一个二进制格式的文件输出。保管为一个二进制格式的文件输出。 。4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC2分割实例翻开一个翻开一个STL文件并在屏幕上显示出来。文件并在屏幕上显示出来。 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC选择选择Split菜单

47、将图形沿垂直于菜单将图形沿垂直于Z轴方向切割。轴方向切割。 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC选择菜单选择菜单Save First As和和Save Second As分别将分割后的文件保管为两个分别将分割后的文件保管为两个文本格式的文本格式的STL文件。然后利用该软件的拼接功能，重新调入曾经分割后的文件。然后利用该软件的拼接功能，重新调入曾经分割后的2个个STL文件，经过平移或旋转的命令调整其中的某一部分到适宜的位置，文件，经过平移或旋转的命令调整其中的某一部分到适宜的位置，输出一个单一的输出一个单一的STL文件进展一体加工，然后粘结复原。文

48、件进展一体加工，然后粘结复原。 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC 对其进展分割与拼接处置的目的是为了节省原型制造的时间与本钱。对上述表示的该STL模型，未经处置进展整体叠层实体原型制造的时间约为27h，耗材约21kg。采取STL数据模型分割与拼接后进展原型制造，不但可以节省下部圆柱体部分的制造时间，还可以节省耗材。经过对下部圆柱体部分沿高度38mm分割之后上移至旋轮手柄中间进展制造，节省了7h制造时间，同时节省约25%的原资料。经过分割与拼接处置后进展制造的LOM原型如下图。 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置第三节三维模型

49、的切片处置 在快速成型系统中，切片处置及切片软件是极为重要的。切片的目的是要将模型以片层方式来描画。经过这种描画，无论零件多么复杂，对每一层来说却是很简单的平面。 切片处置是将计算机中的几何模型变成轮廓线来表述。这些轮廓线代表了片层的边境，是用一个以Z轴正方向为法向的数学平面与模型相交计算而得的，交点的计算方法与输入的几何外形有关，计算后得到的输出数据是一致的文件格式。轮廓线是由一系列的环路来组成的，由许多点来组成一个环路。 切片软件的主要义务是接受正确的STL文件，并生成指定方向的截面轮廓线和网格扫描线。模具工程技术研讨中心 METRC4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置一、

50、切片方法 快速成形中的主要切片方式普通为STL切片和直接切片。 模具工程技术研讨中心 METRC略略4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC二、切片算法 图10-18所示为一种切片程序框图。首先读入STL格式文件，并将一切三角形面的顶点坐标乘以一个较大的数如5000，使其变为整数，以利于提高运算速度。然后，将一切平行于X-Y平面的三角形面选作表层如工件的底面或顶面，剩下的 三 角 形 面 都 用 来 计 算 能 否 与Z0+nZ相交。其中，Z0为模型的最底层的Z面，Z为切片层厚度，n为层数。假设相交，那么交线为轮廓线，使交线彼此顺序头、尾相接，组成环

51、。最后，确定义X、Y方向的网格线。 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置 Magics是一个非常理想和完好的处置STL格式文件的软件，该软件处置片面数据简捷高效，提供了丰富且自动化程度很高的STL文件操作工具。 模具工程技术研讨中心 METRC第四节 STL数据编辑与处置软件Magics RP1Magics软件编辑功能 常规处置工具常规处置工具 在常规处置工具中，Magics软件可以对STL文件进展旋转、变换、调整尺寸和装配等；可以对平面、圆柱体、轴及球体等特征进展2D和3D的间隔、半径、角度等

52、的丈量，如下图；其剖切功能可以使操作者更好地了解STL文件；用户自定义坐标系统可以使操作者定义并在多坐标系统下任务；同时Magics软件还具有对STL文件进展紧缩和解压操作功能。 (一Magics软件功能4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC高级处置工具高级处置工具 在高级处置工具中，Magics软件提供了功能强大的STL文件的设计修正功能。其标定工具可以将字符雕刻或者浮凸在模型的恣意复杂的曲面上，可以定义字体和字号，左图表示了在某STL文件模型外表上标定了所运用软件的版本号；Magics软件提供了STL文件的剖切和冲孔功能，方便地实现了大尺寸模型

53、的原型制造问题；在分解STL文件时，可生成便于对接的构造，如右图所示。 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC Magics软件可以对STL文件进展并、交、差等布尔运算，如左图所示；此外，Magics软还具有对复杂零件的准确抽壳功能以及光顺去除噪音点的功能，如右图所示。 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置 Magics软件具非常突出的可视化工具，可以强化STL文件中的问题，如错误的法矢、坏的边、裂痕等都可以非常明晰地指示出来。采用闪烁的方法显示STL文件具有错误的部位并且可以准确地定位缺陷的位置，如下图。Magics的STL分析功

54、能可以对STL文件进展性能测试，可以给出模型的尺寸信息、三角形数量、坏边的数量、体积、外表数量等等。 模具工程技术研讨中心 METRC2Magics软件修复功能 许多STL文件常存在坏的边、孔洞或其它一些缺陷，在进展快速原型制造之前需求进展相应的修复。 明晰的可视化和信息提供功能明晰的可视化和信息提供功能 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC自动修复功能自动修复功能 Magics运用智能算法可以对有缺陷的STL文件进展自动修复，这样可以大大加快修复的时间。Magics可以判别出零件的内外外表并且随后检测每一个小三角形的方位能否适宜正确的描画，假设

55、存在问题，具有错误法矢点的单一三角形或整个面，将被自动地反转过来，如下图。 法矢错误修复 缝隙缝合 孔洞填充 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC高级操作功能高级操作功能 任何时候在Magics软件中都可以手工进展有缺陷的或短少的三角形。经过鼠标点击，即可实现三角形的删除、法矢的反转以及新三角形的生成，如下图。Magics软件可以在不同的面之间进展布尔运算和修复任务，分别的部分可以迅速地合并成一个整体。 手工修复功能 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC 比利时Materialise公司开发的Mag

56、ics软件是面向快速原型制造工艺开发的处置STL格式数据文件并进展切片分层的公用软件。对于需求设计支撑的SLA及FDM快速原型工艺，该软件提供了自动施加支撑的功能。该软件可以根据分层处置的需求，进展模型本体和支撑构造的切片分层处置。下面详细引见一下该软件的切片处置过程。 STL文件载入文件载入(二Magics软件切片实例 Magics软件文件载入的格式可以有多种， STL、MGX和MEH等原始文件均可以经过Load命令载入，曾经经过切片处置的文件也可以经过Open Platform命令翻开。图10-29给出的是Magics软件载入的小扳手模型的STL文件的界面。 STL文件纠错文件纠错 当欲处

57、置的CAD模型载入到Magics软件后，首先需求对该模型的STL文件进展诊断纠错。假设发现STL文件出现三角形脱漏、错误法矢、坏的轮廓和边等，需求进展分析诊断和纠错。只需被检测出来的坏的边和轮廓全部修复之后，才可以进展如下的操作。 4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC 根据模型构造尺寸及精度的要求，思索模型制造的效率以及支撑施加，需求确定相对比较合理的摆放方位。对于构造复杂的模型制造，摆放方位确实定是非常重要的，有时需求反复尝试后给出合理的摆放方位。有时为了减少支

58、撑，还经常将模型倾斜一定的角度进展摆放。 模型摆放模型摆放 当模型摆放方位确定后，还应尽能够将模型的位置置于任务台板的中心，而且模型底面要高出任务台板6mm以上，便于施加根底支撑。当模型的位置和方位确定后，便可以进展支撑的自动施加。图10-30是小扳手零件直立摆放后底面自动施加的支撑。 自动施加支撑自动施加支撑4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC4 快速成型技术中的数据处置快速成型技术中的数据处置模具工程技术研讨中心 METRC 当模型构造比较复杂时，需求施加的支撑面会有几十个甚至数百个以上。如此庞杂的支撑中，会存在部分冗余的支撑或许多不是很合理的地方需求人工去除和矫正。因此，当软件自动施加支撑后，需求逐批进展检验，人工确定保管、去除或者修正。这部分任务需求一定的阅历和耐心。当发现需求