RP-RE-RT技术基础培训

RE/RP/RT技术基础培训内容安排技术及有关产业背景介绍产品实际参观销售及市场策略交流RP/RE/RT技术RP技术：RapidPrototyping，快速成型技术RE技术：ReverseEngineering，逆向工程（反求技术）RT技术：RapidTooling，快速模具技术RP/RE/RT技术实物三维扫瞄三维重建设计意图及概念二维图纸3DCADCatiaUGPro-ESolidwork等等RS系列激光快速成型机*快速原型快速模具*（真空注型工艺等）样件/中、小批量生产设计/装配验证塑料产品金属精密铸造金属消失铸造逆向工程（反求）*RP技术快速成型(RapidPrototyping)技术是20世纪80年代末发展起来的一种新型数字制造工艺技术。与传统的切削加工不同，RP采用逐层材料累加法加工实体模型来，故也称为增材制造(MaterialIncressManufacturing,MIM)或分层制造技术(LayeredManufacturingTechnonogy，LMT)。RP技术是一种基于离散堆积成形思想，由CAD模型直接驱动，把零件的三维数字模型进行离散化，然后按照数字积分的思路进行逐层加工，以快速完成任意复杂形状三维实体零件的制作加工利用RP技术，可在产品开发过程中快速得到产品原型/样机，以提供设计验证与功能验证，检验产品可制造性、可装配性；通过各种转换技术，还可将RP模型快速转换成各种模具，大幅度地缩短产品更新换代的周期。RP技术的分类LOM技术：切纸加工FDM技术：熔融挤丝SLS技术：粉末烧结3DP技术：三维打印SLA技术：立体光固化SLA技术SLA是计算机技术、数控技术、材料科学、激光技术、机械工程技术集成的结晶。它具有如下特点：设计可视化。成功地解决了三维造型“看得见，摸不着”的问题，其最大的特点是能以最快的速度将设计思想转变为具有一定结构功能的产品原型或直接制造零件，使设计模型从“看得见”(显示器)到“摸得着”(实物)，从而可以对产品设计进行快速评估、测试及功能试验，缩短产品开发的研制周期，减少开发费用，提高参与市场竞争的能力成型全过程的快速性。从CAD设计到原型零件制成，一般只需几个小时至几十个小时，即可得到高精度高还原性的产品，远远超出了传统加工成形得到产品的速度SLA技术高度柔性，可以制造任意复杂形状的三维实体。若要生产不同形状的零件模型，只需改变CAD模型，重新调整和设置参数即可。产品的造价几乎与产品批量、产品的复杂性无关CAD模型直接驱动，设计制造高度一体化。由于快速成型技术采用了离散堆积的加工工艺，使CAD和CAM很好地结合在一起，真正实现了设计制造一体化高度自动化。成型过程无需专用夹具或工具，工艺过程全自动，无需人员干预高精度高还原性。制造误差达到±0.1％，能制作非常精细的细节、薄壁结构加工的经济性（注意相对性）SLA技术的应用方向工业设计，快速获得概念产品，还原设计概念展会展示市场/销售演示用于投标的实物展示设计验证及分析设计的反复性及优化结构、装配及功能验证真空注型（硅胶模）低压注型（RIM，环氧树脂模）快速铸造（QuickCasting）模型概念化&展示原型结构的设计、验证和分析零件/产品从快速模具实现小批量制造SLA技术的应用领域RP技术在设计上的应用案例产品概念设计&外观展示：概念产品、市场促销RP技术在设计上的应用案例结构设计：结构验证、装配验证，功能验证RP技术在设计上的应用案例结构设计：结构验证、装配验证，功能验证RP技术在设计上的应用案例结构设计：结构验证、装配验证，功能验证MD-90操控模块74个部件运动和可维护验证分析

RP技术在设计上的应用案例非工业领域：灯具RP技术在设计上的应用案例非工业领域：

游艇设计。实现模型尺寸和外观的高精度还原，并能精确表现游艇的内部复杂结构，为游艇外观和结构的前期研究提供直观依据RP技术在设计上的应用案例非工业领域：

建筑设计成吉思汗后裔帐篷娱乐中心（KhanShatyryEntertainmentCenter），这个工程位哈萨克斯坦的首都阿斯塔纳，是全球最大、透明的帐篷型建筑物，从工程学角度看其主体结构是个难度极高的项目。RP技术可以迅速还原设计意图，辅助完善初始设计的方案论证。手工制作的设计模型：需要更多的人工和更长的时间来完成，且没有严格的几何精度，仅用于粗略表现利用RP技术得到的精准建筑模型RP技术在设计上的应用案例非工业领域：

建筑设计利用快速成型技术，甚至在一天内可以迅速输出得到多种负责结构的不同设计方案，从而可以加速初始方案的定型过程。RP技术在医学上的应用案例用快速成型方法制作单个病人骨骼结构的解剖模型已有近十年的历史。目前，RP已经运用于种植体原型、监视系统和很多其它医疗设备的原型的制作运用生理数据的原型制作方法采用了SLA等RP技术。这些模型向那些想不通过开刀就可观看病人骨结构的研究人员、种植体设计师和外科医生提供了帮助这些技术在很多专科如颅外科、神经外科、口腔外科、整形外科和头颈外科等得到应用，帮助外科医生进行手术规划RP技术在医学上的应用案例医学领域：

牙基种植技术牙模CAD数据SLA技术快速得到牙套导板牙套导板装配导向管辅助牙基种植手术逆向工程石膏牙模SurgiCase软件牙模CT数据RP技术在医学上的应用案例医学领域：

牙基种植技术RP技术在医学上的应用案例医学领域：

牙基种植技术牙模导板上装配的金属导筒，用于牙基种植导向SLA制作的牙套导板，制作精度高，表面质量优越，牙基种植定位非常精确RP技术在医学上的应用案例医学领域：

牙齿矫形采用2次印模技术用硅橡胶获取患者牙模，X片和牙齿照片在硅橡胶印模上翻取石膏模型运用反求工程/CT方法获取牙齿CAD数据对牙齿数模进行虚拟矫正，对比咬合关系利用SLA技术制作系列的牙齿矫正器模型采用热成型技术用医学兼容材料制作最终矫正器RP技术在医学上的应用案例医学领域：

牙齿矫形隐形牙套矫形：矫形疗程通常以每两个星期为一个阶段，病人在每个阶段更换系列中不同的隐形牙箍，牙齿便会逐毫米移动，直到达至理想的位置。RP技术在医学上的应用案例医学领域：心脏支架植入心室的模拟导航实验验证心脏微创类手术，是支架从大腿静脉血管进入心脏的，必需进入心室内进行导航，可以准确对准患处，减少正常组织的损伤，提高手术成功率。RP技术在医学上的应用案例RE技术逆向工程当设计者的理念以粘土或木模表达或只有产品样件而没有设计蓝图或CAD模型等情况下，若要进行仿制或再设计，必须对实物进行三维数字化处理。将获得的三维离散数据作为初始素材，借助专用三维重构软件并结合通用CAD系统构造实物的CAD模型，在此基础上进行产品结构性能分析或利用各种先进制造方法制造出原型或产品。RE技术产品原型三维扫描点云数据处理STL数据逆向三维重构CAD数模STL文件SLA设备制件产品三维扫描仪逆向软件：GeoMagic，SurfacerCAD软件：ProE，UG，CatiaMagicRP软件RapidForm软件RE技术产品原型三维扫描点云数据处理STL数据逆向三维重构CAD数模STL文件SLA设备制件产品三维几何数据获取数据处理/三维重构重新获得产品RE技术逆向开发——获取产品初始数模，并在此数模基础上进行数据的编辑、修改、处理，进行产品的仿制、改进和研发产品检测——快速获取制成品的数模，并返回与产品的CAD数据进行比对，以验证产品制成精度或形变误差三维扫描分类接触式点扫描：三坐标测量仪非接触式线扫描：激光三维扫描仪非接触式面扫描：结构光三维扫描仪三维扫描分类接触式点扫描：第一代的逆向扫描设备，点接触式，主要典型代表为三坐标测量仪（CMM）三坐标测量仪是靠探针接触工件表面获取该点的空间坐标，通过这样逐点检测从而可最终得到工件的线或面构成。虽然三座标测量仪（CMM）也能获得物体的表面信息，但它在测量时需要接触被测物体的表面，所以不适合测量柔软，易碎物体，不能用在难于接触或不允许接触测量的场合。而且三座标测量仪比较笨重，不适合搬运到现场进行测量作业。因为它一次测量一个点，所以很难测量自由曲面。三维扫描分类接触式点扫描技术特点：1.测量精度高，可达到μ一级2.一次测量一个点，速度和效率低；不适于测量复杂结构和曲面的工件，通常用于检测领域而非逆向工程3.测量方式固定笨重，不适于现场作业4.检测围受限制于三坐标测量仪自身的规格大小三维扫描分类非接触式线扫描：属于第二代的逆向扫描设备，主要典型代表为激光三维扫描仪激光扫描仪中又有点式（pointtype）和线式（lingtype）系统。点式系统一次投射一个激光点在被扫物体上，它的优点是扫描分辨率较高，但缺点是扫描所需时间特别长。而线式系统一次投射一条激光线在被扫物体表面，它的扫描分辨率相对点式系统比较低，但扫描速度相对较快。激光点式的设备外形和三坐标测量仪类似，也不是便携式的，运用不是很普遍，通常我们所说激光三维扫描仪是指线扫描方式。激光线扫描是通过激光线投射到工件上，并逐线扫描最终获取工件整个表面的空间信息，因此速度上要大于点扫描方式。三维扫描分类非接触式面扫描：属于第三代的逆向扫描设备，主要典型代表为结构光三维扫描仪，也叫白光三维扫描仪，如德国的Atos，联泰的3DSS白光扫描仪结合了三角化（triangulation）和干涉（interference）原理，所以它的扫描精度也要优于激光扫描仪。白光扫描仪还有测量效率高、数据完整性好、适用范围广等诸多优点，如联泰科技的白光扫描仪，每幅扫描照片可获得工件表面4,000,000个点的三维坐标，扫描精度达0.03m3DSS三维扫描仪扫描原理采用一种结合结构光技术、相位测量技术、计算机视觉技术的复合三维非接触式测量技术。采用这种测量原理，使得对物体进行照相测量成为可能，所谓照相测量，就是类似于照相机对视野内的物体进行照相，不同的是照相机摄取的是物体的二维图象，而研制的测量仪获得的是物体的三维信息。测量时光栅投影装置投影数幅特定编码的结构光到待测物体上，成一定夹角的两个摄像头同步采得相应图象，然后对图象进行解码和相位计算，并利用匹配技术、三角形测量原理,解算出两个摄像机公共视区内像素点的三维坐标。3DSS三维扫描仪技术特点1）扫描速度极快，数秒内可得到100多万点2）一次得到一个面，测量点分布非常规则3）精度高4）单次测量范围大（激光扫描仪一般只能扫描50mm宽的狭窄范围）5）便携，可搬到现场进行测量，对无法放到工作台上的较重、大型工件（如模具、浮雕等）可便捷的进行测量6）具有自动参考点拼合功能，可对大型物体进行分块测量7）大景深（激光扫描仪的扫描深度一般只有100多毫米，而3DSS的扫描深度可达300~500mm）8）具有纹理输出RE技术的应用方向逆向工程（RE）/快速成型（RP）

扫描实物，建立CAD数据；或是扫描模型，建立用于检测部件表面的三维数据。•对于不能使用三维CAD数据的部件，建立数据。•竞争对手产品与自己产品的确认与比较，创建数据库。•使用由RP创建的真实模型，建立和完善产品设计。

有限元分析的数据捕捉。RE技术的应用方向电脑辅助测试(CAT)/电脑辅助工程(CAE)生产线质量控制和产品元件的形状检测。例如：金属铸件与锻造，加工冲模和浇铸，塑料部件(压塑模，滚塑模，注塑模)，钢板冲压，木制品，复合及泡沫产品RE技术的应用方向其它应用文物的录入和电子展示•牙齿及畸齿矫正•人像三维数字化及运用，如：整容及上颌面手术三维动漫产业：可对演员、立体卡通进行三维扫描，制作三维动画、特技等文物三维数字化：文物是古人留下的宝贵遗产，具有不可再生性。“文物数字化”，顾名思义，就是使用数字化技术将文物、古迹的平面与立体信息，图像与符号信息、声音与颜色信息、文字与语义信息等等，表示成数字量，并方便的存储、再现和利用的技术。文物经过三维数字化建模后，对其研究、展示、修复、保护、存储具有非常重要的意义。RE技术的应用案例卡车头宽约2.1米,用3DSS_STD_II分块扫描，大约分成100部分，扫描时间：1天右图是卡车头拼合后的扫描点云数据RE技术的应用案例右车门板内饰扫描RE技术的应用案例实测汽车钣金点云的STL文件扫描得到的点云与钣金件CAD数据的比对结果RE技术的应用案例汽车钣金扫描数据与CAD数据比对误差统计图扫描数据与CAD数据比对误差表格统计RE技术的应用案例三维尺寸标注二维尺寸标注RE技术的应用案例彩色点云扫描RE技术的应用案例高精度扫描获得的人脸、牙模、工艺品及鞋模数据RE技术的应用案例RE技术的应用案例RE技术的应用案例RE技术的应用案例文物扫描：

苏州博物馆对旧馆进行全面改造，新馆将对馆藏的部分国宝级文物进行数字化。右图并不是数码照片，而是文物的彩色三维扫描数据在Geomagic软件中的显示结果，纹理和色彩已经非常逼真。由于扫描后可以直接得到逼真的彩色纹理，这给下一步的三维动画设计、贴图处理及产品渲染能带来非常大的便利。RE技术的应用案例文物扫描：

苏州博物馆对旧馆进行全面改造，新馆将对馆藏的部分国宝级文物进行数字化。右图并不是数码照片，而是文物的彩色三维扫描数据在Geomagic软件中的显示结果，纹理和色彩已经非常逼真。由于扫描后可以直接得到逼真的彩色纹理，这给下一步的三维动画设计、贴图处理及产品渲染能带来非常大的便利。RE技术的应用案例传统的面部造型方法是使用几何建模器来进行的。通过标准的计算机图形技术可以进行人脸面部大多数器官的几何建模，并且可以设计有一定难度的面部模型。但由于面部结构的复杂性，该设计过程需要较多的时间和设计技巧，而且用这种方法建立的模型只是对人脸的一个近似，不能真实地描述有自由曲面的脸部。RE技术的应用案例不同发型和人脸的拼接效果RE技术的应用案例利用雕刻机制作人像立体雕刻RT技术RT技术：RapidTooling，快速模具技术。其主要是利用快速原型以翻模的手段进行产品或零件的快速复制和生产。RT技术主要解决2个问题：解决快速原型的小批量复制和生产（成本因素）解决快速原型的材料局限性的问题（材料因素）RT技术RT技术的特点：生产速度快成本低生产适应性较强模具寿命有限（一副模生产数量在20-30套左右），仅适宜进行小批量生产精度相对较差RT技术RT技术种类：真空注型技术（硅橡胶模）低压注型技术（RIM），也叫环氧树脂模树脂合金模真空注型技术（硅胶模复模）当得到原型以后，利用双组份室温硫化硅橡胶（RTV）可以制造出具有一定弹性的模具，然后在真空成形机中浇注样件聚氨酯材料即可得到功能样件，这就是真空成形技术。真空注型技术（硅橡胶模）低压注型技术（RIM），也叫环氧树脂模树脂合金模真空注型技术（硅胶模复模）SLA原型硅橡胶型硅橡胶分离原型脱模硅橡胶合模真空注型RT技术应用案例小批量生产：汽车仪表盘复膜试制RP技术在设计上的应用案例小批量生产：汽车保险杠低压注射（RIM）模复制我们对现代设计的一些观点现代设计与文化形态、消费群、营销、产业模式等诸多因素息息相关。设计不是市场经济的主角，但它是幕后推手要有效的运用设计，必须把设计放在一个大的产业环境中看：光有设计是不够的，设计的精神只有准确的反映到产品上，才能体现设计的价值设计的最终目的是提高企业的竞争能力，是需要以企业长期发展为思考模式的——设计师的所有设计行为应服从企业整个的市场规划我们对现代设计的一些观点设计是一种经济行为，而不是一种文化形式。设计是一个非常系统的过程，它是不能独立存在的，必须渗透到企业从市场、研发到生产的各个环节设计存在的价值产生于需求，而不是欲望。技术性的产品不要期待它卖三年，设计是有时效性的。推陈出新是企业发展的必由之路现代设计的发展趋势将是：从纯粹的注重外观设计会逐步转为对产品结构和功能性要求的进一步关注。随着设计产业的发展，在结构和功能性设计基本成熟，能满足工业制造的要求后，设计的重点又将重新回归到外观和功能、结构的有机结合面上。这种回归是一种螺旋式的上升发展，它只有在对市场和设计的本质有充分的理解，对制造材料和工艺有全面把握的基础上才可能实现现阶段国内工业设计存在的一些问题设计师对设计的理解错误：把外观设计当成设计的全部。对产品功能性和可实现性（产品结构和实际生产）的忽视导致了设计与市场和企业的脱节设计师没有深刻理解设计行为的本质，将设计错误等同于是个人审美价值和个性的表达。设计提供的是一种服务，是商业行为，必须从产品和市场的要求出发才能体现其最终价值。目前设计领域的闭门造车和孤芳自赏，设计价值无法得到认同和提升，这是导致“无人喝彩”、“无人买单”的主要原因，从而造成目前“设计不值钱”普遍现象的恶性循环现阶段国内工业设计存在的一些问题设计师无法真正把握市场(企业)的深层需求。国内设计师的工作环境与真正的市场相对隔离，设计师往往“为了设计而设计”，无法真正从企业的本质需求出发，找到设计与市场的契合点，从而难以实现设计的价值体现。缺少需求支撑的设计只能是无本之源的“空中楼阁”设计师缺乏理想的表达手段。当前设计领域普遍缺乏对表达手段和技术层面的关注，设计意图的展示仅停留在二维效果图、电脑三维显示或手工模型等初级简单阶段，无法向用户有效清晰的展示设计意图和设计效果。设计表达的模糊性将导致用户缺少足够的触动性，无法充分的理解设计价值，进一步降低了下单的可能性现阶段国内工业设计存在的一些问题设计与制造环节的脱离。由于目前国内设计领域对生产工艺、制造流程以及材料特性的不熟悉，在设计过程中普遍对设计产品后期的可生产性和制造成本缺乏准备和考虑，其结果往往导致很多设计作品只能停留于“可见不可现，可见不可用”的尴尬境界，削弱了企业的投产意愿和可能现阶段国内工业设计存在的一些问题总的来说，当前设计领域的问题主要表现在2个方面的不完整性：对设计工作的理解和认识的不完整性，比重失调。设计流程和内容的不完整性现阶段国内工业设计存在的一些问题轻表达手段结构/功能/材质/制造成本市场重个性表达效果图外观创意对设计工作的理解和认识的不完整性，比重失调。对设计工作的理解大部集中在创意、外观、效果图、个性表达等方面，而对真正产生价值部分的产品结构、功能、市场需求以及表达手段等内容关注较少现阶段国内工业设计存在的一些问题项目意向市场调查需求的归纳和提炼：外观、功能、审美取向、市场意图、成本要求…设计思路设计工作：外观、结构、功能、材质、生产性…设计表达和展示：效果图、产品原型提交、完成客户沟通校正修改设计流程和内容的不完整性：由于传统思维的束缚和能力限制，目前大部分设计工作的重点仅集中在项目洽谈和纯粹设计两个阶段，造成对其它流程节点和内容的严重忽视和缺失设计表达纸质效果图数字化效果渲染图数字化三维模型AutoCAD工程图等RP技术介入工业设计的作用和意义工业设计不同于其他设计,它是立体的物质实体性设计，在设计展开的不同阶段，具体创意单纯靠效果图检验不出实体体量关系，必须辅以各种立体模型对设计方案不断检测和修改。运用RP技术代替传统的手工模型制作能够更加精确、快速、直观、完整的传递产品的信息，更重要的是建立起一种并行结构的设计系统，将设计、工程分析、制造三位一体优化集成于一个系统，使不同专业的人员能及时相互反馈信息，从而缩短开发周期，使设计和制造的质量得以充分保证RP技术介入工