1.3 3D打印数据处理《增材制造技术》教学课件

3D打印认知与实践1.33D打印数据处理CAD建模逆向建模12目录CONTENTS01CAD建模CAD建模1.3D打印产品流程

根据产品要求或直接根据二维图样用CAD软件设计出产品的3D模型。2.CAD建模的基本过程（1）概念设计CAD建模（2）反求工程

对已有的产品样件进行扫描测量，将所得测量数据进行处理后得到产品的3D模型。概念2D图样3DCAD软件3DCAD模型样品扫描机数据处理软件3.CAD/CAM软件CAD建模（1）CAD/CAM软件功能强大的三维设计功能强大的CAD系统强大的CAM系统能有效进行概念定义、控制及评估。具有实用复杂模具和零件加工模板。实体建模、特征建模、自由曲面建模、用户自定义特征、装配、标准件库等。自动生成NC代码、动态仿真、刀库等。4.CAD/CAM软件CAD建模（2）常用的CAD/CAM软件Pro/EngineerAutoCADUniGraphicsIII-DEASCATIASolidWorksCimatronCAD建模同学们的作品：夜灯支架

GabrielGonzálezMorra想给孩子的房间安装一个有趣的夜灯，作为一个3D打印爱好者，亲手为孩子制作当然是上上之选。Gabriel从网站下载了支架文件后，用闪铸冒险家3打印出了几个身体形状的夜灯支架配件，然后花费了一个半小时将配件组装在一起，并加上了环保的LED灯泡。仅需几个小时，一个可爱的小人形夜灯便制作完成了。3D打印日常应用作品案例分享，让你的生活充满乐趣△闪铸科技冒险家3打印，打印时长约为5小时，打印耗材为PLACAD建模02逆向建模逆向建模1.反求/逆向工程（ReverseEngineering）RE是根据已有的产品和结果，通过分析来推导出其具体的实现方法。狭义的讲，“反求”是三维物理实体的几何信息数字化的一系列技术手段的总称。在机械制造领域，指对已有的产品进行测量，获取该产品的数据信息，再通过相关技术重构该产品的3D模型，进而进行产品制造的一系列工艺过程。样品轮廓测量数据处理曲面构造轮廓修饰批量生产模具成型RP制造模具加工STL切层CAM逆向建模三维扫描——分析产品大小与外形，确定扫描方法点去生成——由三维扫描仪扫描、标志点全自动拼接和采样数据点云处理——用逆向工程软件(Imageware、Geomagic等)对点云分析及处理线和特征提取——包括特征采样提取、Pro/e的造型线提取和UG点造型三维图——用UG、pro/e或Catia造型的三维图分析评估——用逆向软件（Imageware、Geomagic等）的分析功能，分析产

品3D图的误差逆向建模发动机缸盖三维数据测量点云数据点云处理线和特征提取三维实体模型分析评估逆向建模2.数据测量01接触式测量电子感应式探针测量手臂式接触测量高精度多轴臂式测量三坐标测量02非接触式激光测量点式激光测量线式激光测量光栅式激光测量逆向建模3.测量数据预处理（1）点数据的拼合

测量数据的预处理包括：测量数据的拼合、噪声点清除、坐标校正、截面数据点获取、数据点重新取样、截面数据点重新排序等步骤。

一种方法是选取欲拼合的点群数据中数据重叠的部分。

另一种是利用基本像素实现定位。完整嵌合的点资料模型逆向建模（2）噪声点清除

如夹具的点数据，或其他如工件表面粗糙度影响。删除周围杂点资料逆向建模（3）点云坐标校正

测量过程中，为了扫描的方便，或避免干扰激光扫描和CCD接收数据，通常点云不会与标准坐标系对齐。为方便后续工作，需要进行点云坐标校正。经调整的点云位置如图所示。校正后的点云逆向建模（4）截面数据点获取

建构曲面的曲线可以用截面方式指定平面法向量与间隔，将所需的截面点数据提取出来，截面可以用平行、圆形、放射状、沿轮廓线等方式选取。本例沿Z轴方向共平行切割30个截面。点云截面逆向建模（5）点数据修补

鼠标样件由于表面某些区域缺陷（凹陷）或表面分模线沟槽，使得激光扫描结果出现局部破损，需要进行插值修补，图为软件插值修补前后对比。点云修补前后（局部放大）逆向建模（6）截面数据点重新排序截面数据点重新排序

通过设定控制点数目和曲线平滑值，软件自动进行曲线拟合。逆向建模4.曲线拟合曲线拟合

以前面生成的曲线为基础即可构建出如图所示的举升曲面。逆向建模5.曲面构建构建举升曲面

举升方式生成的曲面，通常在头尾两端会因截面资料不足，致使曲面描述不完整，这时可以根据原始点云数据，另建边界曲线，再一次构建举升曲面并与原始曲面拼合形成单一曲面。若曲线间误差太大，曲面可能会形成皱褶等不平滑情形，可以通过调整曲面的控制点或直接调整曲面的网格加以编辑。逆向建模6.曲面编辑(a)调整曲面的控制点(b)调整曲面的网格调整曲面完整的曲面

利用曲率可分析了解曲面光顺状况，评估曲面品质好坏。此例采用高斯曲率分析，绿色表示平滑，部分区域出现红色或黄色说明该区域曲率变化大。若曲面某区域不光顺，则回上一步进行局部调整。逆向建模7.曲面检测利用高斯曲率检测曲面平滑度

将建好的曲面存为IGES格式，转入CAD/CAM一体化软件进一步编辑曲面模型。图1所示为IDEAS软件读入IGES格式的曲面模型。图2所示为根据曲面模型建立的三维实体模型。逆向建模8.三维实体模型建立图1

IDEAS软件读入IGES格式的曲面模型图2三维实体模型

将模型存为STL格式即可输入快速原型机加工，得到实体模型，如图所示。当然，模型也可以用于进一步分析（CAE），或将模型确定后直接用于开发模具。逆向建模9.快速原型加工快速原型加工逆向建模

如今，高精度3D数字化技术在医疗领域发挥着越来越重要的作用，能够帮助医生进行更加精准的手术以及更加高效的为患者进行后期康复治疗。

故事的主人公叫LolaRosita（罗拉-罗西塔），2017年时她被诊断出右脸颊上有肿瘤，手术治疗时切除了右眼及部分面部组织。由于医疗资源的限制，Lola没有进行后续的治疗以及整形修复。后来，在帕拉纳克市地方政府的支持下，Lola被送到了菲律宾综合医院，医生强烈建议Lola用面部假体来保护创口。10.案例分析科技有多暖？高精度3D数字化面部修复助力菲律宾奶奶重塑笑容

首先，工作人员使用EinScanPro2XPlus多功能手持3D扫描仪对于Lola的面部进行了三维扫描，快速、无接触、无痛地获取了完整的面部三维数据。逆向建模（1）3D数字化解决方案

定制方案：菲律宾假肢生产企业SakuraProsthetics（樱花假肢），使用高质量的医用硅胶帮助患者制作假体。工作人员在详细检查了Lola的情况之后，给出了数字化的面部修复方案。

有了这些数据，可以轻松得到Lola需要的面部假体的具体形状以及尺寸；接着，工作人员将Lola面部的3D扫描数据导入Meshmixer软件，进行假体的数字化设计。逆向建模

设计完成后，3D打印所需的相关模型，并制作与Lola肤色相近的硅胶假体，完成后安装在Lola的面部即可。逆向建模

总体而言，使用三维扫描技术最大的改变在于，能够快速、准确且无疼痛地取模，与传统的取模方式相比，其取模的效果更好，同时也能够轻松应对传统手段下无法正常取模的情