逆向设计与3D打印案例教程 第2版 课件全套 王嘉 项目1-10 走进逆向工程技术 -汽车零部件扫描与逆向设计

项目一

走进逆向工程技术《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库学习目标认识逆向工程技术认识逆向工程技术中的关键技术《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库【学习目标】知识目标：1.了解逆向工程技术的定义、应用范围、工作流程、系统组成和发展趋势等；2.了解逆向工程技术数据采集的主要方法和设备；3.了解逆向工程技术数据处理与CAD建模技术常用软件。素质目标：1.培养学生树立严格遵循国家标准、行业标准的标准意识，强化工程伦理教育，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当；2.

培养学生坚持真理、勇于创新、实事求是的科学态度与科学精神，有振兴中华，将科学服务于人类的社会责任感。《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库认识逆向工程技术逆向工程技术的定义Ø传统的产品设计通常是从概念设计到图样，再制造出产品，其流程为：构思—设计—产品，我们称之为正向设计或者顺向工程。而产品的逆向设计是根据零件或原型生成图样，再制造出产品。逆向工程（ReverseEngineering，RE），也称反求工程、反向工程，其思想最初来自从油泥模型到产品实物的设计过程。逆向工程技术并不是简单意义的仿制，而是以设计方法学为指导，以现代设计理论、方法、技术为基础，运用各种专业人员的设计经验、知识和创新思维，对已有产品进行解剖、分析、重构和再创造。《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库认识逆向工程技术逆向工程技术的应用范围Ø新产品研发Ø产品的改型设计Ø产品磨损或损坏部位的还原修复Ø快速模具制造Ø文物、艺术品的保护、监测和修复Ø医学领域的应用《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库认识逆向工程技术逆向工程技术的工作流程Ø产品表面数据采集Ø数据处理Ø三维模型重构Ø模型制造《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库认识逆向工程技术逆向工程系统的组成Ø从逆向工程技术的工作流程可以看出，产品实物的逆向设计首先通过数据采集设备以及各种先进的数据处理手段获得产品表面数据，然后充分利用成熟的CAD/CAM技术，快速、准确地完成实体几何模型重构。在工程分析的基础上，采用实物制造的方法，最后制成产品，实现产品（模型）—设计—产品的整个生产流程，其系统框架如图所示。《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库逆向工程技术的发展趋势逆向工程技术存在的问题Ø测量结果存在误差和遗漏Ø复杂曲面重构困难Ø曲面光顺和精度难统一ØCAD软件技术不完善Ø技术的通用性受限Ø对操作人员专业性要求高《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库逆向工程技术的发展趋势逆向工程技术的发展趋势Ø三坐标测量设备高精度化、自动化、非接触测量、使用现场化Ø大规模散乱数据处理过程的高精确性和智能化Ø曲面重构智能化Ø逆向工程技术的集成化Ø工业设计逆向工程技术系统化Ø测量方法选用与测量方案规划合理化Ø点云处理方法高效化、通用化《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库认识逆向工程技术中的关键技术数据采集技术Ø数据采集是指通过特定的测量方法和设备，将物体表面形状转换成几何空间坐标点，从而得到逆向建模以及尺寸评价所需数据的过程。选择快速而精确的数据采集系统，是实现逆向设计的前提条件，它在很大程度上决定了所设计产品的最终质量，以及设计的效率和成本。常见的数据采集系统有多种形式，其采集原理不同，所能达到的精度、数据采集的效率以及所需投入的成本也不同，一般需要根据所设计产品的类型做出相应的选择。《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库认识逆向工程技术中的关键技术非接触式数据采集方法Ø激光三角测距法Ø结构光学法Ø图像分析法Ø计算机断层扫描成像技术（CT测量法）Ø核磁共振（MRI）测量法Ø逐层切削扫描法《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库认识逆向工程技术中的关键技术接触式数据采集方法Ø触发式数据采集Ø连续扫描式数据采集Ø接触式数据采集设备Ø三坐标测量机的测头系统Ø三坐标测量机的计算机数据处理系统Ø三坐标测量机的操作流程《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库认识逆向工程技术中的关键技术接触式与非接触式数据采集方法对比数据采集方法精度采集速度材料限制设备成本采集范围影响复杂曲面处理效果接触式三坐标接触测量设备≥±0.6μm慢部分有较高大较差非接触式激光三角测距法测量设备≥±5μm较快无一般较小较好结构光学法测量设备≥±15μm较快部分有(需贴标志点)较高较小较好CT测量法测量设备1mm较慢无高一般一般《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库认识逆向工程技术中的关键技术数据处理与CAD建模技术Ø应用概述伴随着逆向工程及其相关技术理论研究的深入进行，其成果的商业化应用也逐渐受到重视，目前，开发专用的逆向工程软件及结合产品设计的结构设计软件成为逆向工程技术应用的关键。《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库认识逆向工程技术中的关键技术数据处理与CAD建模技术Ø主要软件介绍①Geomagic

Wrap软件②Geomagic

Design

X软件谢谢观看项目二

3D打印技术《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库学习目标走进3D打印种类及应用发展现状及前景《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库【学习目标】知识目标：1.了解3D打印技术的定义、关键技术、应用领域和主要技术优势等；2.掌握3D打印技术的分类及应用；3.理解3D打印材料及技术的现状、面临的问题及发展前景。技能目标：1.学习3D建模技能；2.熟悉3D打印设备。素质目标：1.了解3D打印技术领域前沿知识和技术进展。《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库走进3D打印技术3D打印定义Ø3D打印是一种快速成形技术，它以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式，将粉末状金属、塑料、陶瓷粉末、细胞组织等特殊的可粘合材料，进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。通俗地说，就是将液体或粉末等“打印材料”装入打印机，与计算机连接后，通过计算机控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库走进3D打印技术3D打印所需的关键技术Ø信息技术Ø精密机械Ø材料科学《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库走进3D打印技术3D打印的应用领域Ø工业制造Ø建筑工程Ø生物医疗Ø消费品Ø航空航天、国防军工Ø文化创意和数码娱乐Ø教育Ø个性化定制《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库走进3D打印技术3D打印的主要技术优势Ø产品制造的复杂程度降低Ø生产制造的范围扩大Ø更大程度满足客户个性化需求Ø生产制造效率提高Ø提高原材料的利用效率《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库种类及应用熔融沉积快速成型技术（FDM）ØFDM快速成型技术已被广泛应用于汽车、机械、航空航天、家电通信、电子、建筑、医学、玩具等产品的设计开发过程，如产品外观评估、方案选择、装配检验、功能测试、用户看样订货、塑料件开模前校验设计以及少量产品制造等。与传统方法相比，以前需要几个星期、几个月才能制造的复杂产品原型，在采用FDM成型技术后，无须任何刀具和模具，很快便可完成。《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库种类及应用光固化成型技术（SLA）Ø用SLA工艺快速制成的立体树脂模可以代替蜡模进行结壳，型壳焙烧时去除树脂模，得到中空型壳，即可浇注出具有高尺寸精度和几何形状、表面光洁度较好的合金铸件或直接用来制造注射模的型腔，可以大大缩短制模过程，缩短制品的开发周期，降低制造成本。《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库种类及应用选择性激光烧结技术（SLS）ØSLS工艺已经成功应用于汽车、造船、航天、航空、通信、微机电系统、建筑、医疗、考古等诸多行业，为许多传统制造业注入新的创造力，也带来了信息化的气息。《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库种类及应用选择性激光熔化技术（SLM）Ø选择性激光熔化技术可以采用多种金属合金粉末加工，具有广泛的应用领域、应用范围，如机械领域的工具和模具、生物医疗领域的生物植入体、航空航天领域的超轻结构件、电子领域的散热器等等。《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库种类及应用选择性激光熔化技术（SLM）Ø目前，3DP工艺的最热门应用是在文创娱乐领域，如当下流行的3D摄影，只需一台3DP全彩打印机和一台三维扫描仪即可实现人物模型的全彩打印。《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库种类及应用薄材叠层制造成型技术（LOM）Ø产品设计评估Ø产品装配检验Ø铸造用型芯制造

Ø制模用母模成型Ø模具直接制造《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库发展现状及前景3D打印材料Ø工程塑料Ø光敏树脂Ø橡胶类材料Ø金属材料Ø陶瓷材料Ø其它3D打印材料《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库发展现状及前景我国3D打印产业发展现状及产业应用Ø我国已有部分技术处于世界先进水平，其中，激光直接加工金属技术发展较快，已基本满足特种零部件的机械性能要求，已经成功应用与航天、航空装备制造。生物细胞3D打印技术取得显著进展，已可以制造立体的模拟生物组织，为我国生物医学领域尖端科学研究提供了关键的技术支撑。《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库发展现状及前景我国3D打印产业的发展前景Ø在我国产业升级的大变革背景下，3D打印技术自然而然得到国家层面的重视。特别是2015年工信部发布《国家增材制造（3D打印）产业发展推进计划（2015-2016）》，首次明确将3D打印列入了国家战略层面，对3D产业的发展做出了整体计划。到2016年，初步建立较为完善的增材制造产业体系，整体技术水平保持与国际同步，在航空航天等直接制造领域达到国际先进水平，在国际市场上占有较大的市场份额。谢谢观看项目二

认识3D打印技术任务二

了解SLS技术《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库现状：SLS是目前对3D打印技术发展影响最为深远的技术原料：粉末材料（尼龙、金属粉末等）组成部分：激光器、供粉仓、收集仓、铺粉辊筒等激光器铺粉辊筒收集仓供粉仓《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库1.SLS技术简介《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库2.SLS的成型原理此视频资源来源于网络，本视频仅用于教学SLS的成型原理：先利用刮板在工作台上铺上很薄的粉末，控制系统控制激光束按照该层的截面轮廓在粉末上进行烧结，被烧结的部分马上固化在一起。当一层截面烧结完成后，工作台下降一个层的厚度，刮板又在上面铺上一层均匀密实的粉末，进行新一层截面的烧结，直至完成整个模型。ü前处理：在CAD软件中设计出三维数据模型。并经过STL数据转换后输入到粉末激光烧结快速成型系统中。ØUG、Pro/E

等《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库3.SLS的工艺过程《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库3.SLS的工艺过程ü烧结成形此视频资源来源于网络，本视频仅用于教学ü后处理：激光烧结后的PS原型件，强度很弱，需要根据使用要求进行渗蜡或渗树脂等进行补强处理。由于该原型用于熔模铸造，所以进行渗蜡处理。渗蜡后的铸件原型如图所示。《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库3.SLS的工艺过程① 可使用材料广泛。可使用的材料包括尼龙、聚苯乙烯等聚合物，铁、钛、合金等金属、陶瓷、覆膜砂等。② 成型效率高。由于SLS技术并不完全熔化粉末，而仅是将其烧结，因此制造速度快。③ 材料利用率高。未烧结的材料可重复使用，材料浪费少，成本较低。④ 无需支撑。由于未烧结的粉末可以对模型的空腔和悬臂部分起支撑作用，不必像FDM和SLA工艺那样另外设计支撑结构，可以直接生产形状复杂的原型及部件。⑤ 应用面广。由于成型材料的多样化，可以选用不同的成型材料制作不同用途的烧结件，可用于制造原型设计模型、模具母模、精铸熔模、铸造型壳和型芯等。《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库4.SLS技术特点4.1优点① 成本高。原材料价格及采购维护成本都较高。② 机械性能不足。SLS成型金属零件的原理是低熔点粉末粘结高熔点粉末，导致制件的孔隙度高，机械性能差，特别是延伸率很低，很少能够直接应用于金属功能零件的制造。③ 需要比较复杂的辅助工艺。由于SLS所用的材料差别较大，有时需要比较复杂的辅助工艺，如需要对原料进行长时间的预处理（加热）、造成完成后需要进行成品表面的粉末清理等。④ 表面粗糙。由于SLS工艺的原料是粉末状的，原型的建造是由材料粉层经加热熔化而实现逐层粘结的，因此，严格的来说，原型的表面是粉粒状的，因而表面质量不高。⑤ 有异味。SLS工艺中的粉末粘结是需要激光能源使其加热而达到熔化状态，烧结过程中挥发异味。《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库4.SLS技术特点4.2缺点ü

在模具制造领域的应用SLS工艺可以选择不同的材料粉末制造不同用处的模具。用SLS法可以直接烧结金属模具和陶瓷模具，用作注塑、压铸、挤塑等塑料成型模及钣金成型模。采用SLS工艺制作的模具《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库5.SLS技术的应用ü

在医学领域的应用由于SLS工艺烧结的零件具有很高的孔隙率，因此用在医学上可用于人工骨的制造。根据国外对于用SLS技术制备的人工骨进行的临床研究表明，人工骨的生物相容性还是比较好的。SLS打印髋关节SLS打印头盖骨《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库5.SLS技术的应用《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库6.SLS技术的发展前景ü

新型材料的研究目前使用

SLS

技术制造的零件强度低、精度低，需要后处理，急需开发新型材料。ü

SLS

工艺参数优化研究工艺参数与成型质量之间的关系是我国

SLS

技术研究中的热点。ü

SLS

仿真研究由于烧结过程相当复杂，因此实时观测是很困难的。在烧结过程中，需要用计算机仿真来加强对烧结过程的理解以及指导工艺参数的选择。《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库7.SLS技术的最新进展ü

聚合物复合材料聚合物共混可以将不同聚合物材料的优点统一到一种聚合物复合材料中，并且通过改变聚合物的成分比例，可以调整最终材料的形态，实现具有特定结构和功能产品的制备。除开发新材料和改进现有聚合物材料外，聚合物共混是一种简单且经济有效的提高

SLS

材料种类的方法。ü

设备选择性激光烧结（SLS）是一种基于粉床的使用激光熔化塑料粉末技术。从增材制造的以往发展历程上看，该技术的实施门槛相对较高，因为SLS机器仍然昂贵且难以理解。2023年8月30日，盈普三维作为SLS3D打印的老牌企业，拥有成熟的技术和丰富的经验，经过多年的研究，推出了一款成熟稳定、高效安全的工业SLS3D打印设备—E360，其售价仅为50万元，大大降低了用户使用SLS设备的门槛。目前，E360已经完成生产及试用，用户反馈试用效果良好，现在盈普三维正式接受E360的预定。谢谢观看项目二

认识3D打印技术任务二

了解SLA技术《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库现状：SLA是目前最成熟的3D打印技术原料：光敏树脂组成部分：光源、料槽、平台、丝杆等丝杆平台光源料槽《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库1.SLA技术简介《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库2.SLA的成型原理此视频资源来源于网络，本视频仅用于教学SLA的成型原理：用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面，使被扫描部位的光敏树脂薄层由点到线，由线到面顺序发生光聚合反应而固化，在工作台表面形成成形件的一个薄层界面。然后升降台下降一定距离，再进行扫描，反复操作最终得到一个完整的制件实体模型。ü前处理：在CAD软件中设计出三维数据模型。并将CAD设计模型转化为STL文件格式、确定摆放方位、施加支撑和切片分层等步骤。ØUG、Pro/E

等兔子三维模型《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库3.SLA的工艺过程《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库3.SLA的工艺过程ü光固化成型此视频资源来源于网络，本视频仅用于教学ü后固化：将原型从树脂中取出后，进行最终固化，再经打光、电镀、喷漆或着色处理即得到要求的产品。兔子成型件《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库3.SLA的工艺过程① 成熟度高。SLA是最早出现的快速原型制造工艺，经过时间的检验，技术成熟度高。② 成型速度快、周期短。由CAD数字模型直接制原型，光敏反应过程便捷，成型速度快，产品生产周期短，无需切削工具与模具。③ 精度高。由于其成型精度高可以加工结构外形复杂或使用传统手段难于成型的原型和模具。④ 优良的表面质量。

虽然在每层固化时侧面及曲面可能出现台阶，但上表面仍可得到玻璃状的效果。⑤ 自动化程度高。其成型过程可以完全自动化，直至原型制作完成。《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库4.SLA技术特点4.1优点① 成本高。SLA设备造价高昂，使用和维护成本过高。② 工作环境苛刻。光敏树脂具有一定的化学成分，操作人员在使用时必须具备防护措施，对工作环境要求苛刻。③ 不易长时间保存。由于成型件多为光敏树脂类，强度、刚度、耐热性有限，且对环境有污染，不能与真正的制成品相比，不利于长时间保存。④ 软件操作困难。所使用的文件格式不为广大设计人员熟悉。⑤ 计算量大。预处理软件与驱动软件运算量大，与加工效果关联性太高。《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库4.SLA技术特点4.2缺点ü

在航空航天领域的应用在航空航天领域，SLA模型可直接用于风洞试验，进行可制造性、可装配性检验。利用SLA技术可以制作出多种弹体外壳，装上传感器后便可直接进行风洞试验。通过这样的方法避免了制作复杂曲面模的成本和时间，从而可以更快地从多种设计方案中筛选出最优的整流方案，在整个开发过程中大大缩短了验证周期和开发成本。采用SLA工艺制作的导弹模型《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库5.SLA技术的应用采用SLA工艺制作的康复支架《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库5.SLA技术的应用ü

在生物医学领域的应用利用SLA技术打印的“私人定制”康复支具，它可以与患者的受伤部位完美契合，而且比石膏更透气、更美观、更舒适。《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库6.SLA技术的发展前景ü

功能化光敏树脂近年来，SLA技术被广泛应用于生物、医疗领域，开发出抗菌聚合物光敏树脂、多孔性骨骼或生物组织工程支架用光敏凝胶材料和硬组织修复用光敏树脂材料等，材料具有生物相溶性，可实现生物器官的3D打印成形。ü

高精度、快速成形的光敏树脂3D打印成形部件通常需要3～4h以上，增加了产业的商业成本，此外SLA的3D打印材料是以层叠加成形，层与层间连续性导致成形部件精度低。因此，实现光敏树脂界面间连续固化成形、提高成形精度，是未来研究方向。ü

无毒环保型光敏树脂通常光敏树脂配方中需要添加稀释剂，以达到降低黏度的目的，稀释剂存在挥发现象，会造成大气污染和资源浪费，因此开发新型无溶剂、低黏度绿色环保的光敏树脂成为一大研究热点。《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库7.SLA技术的最新进展ü

3D打印材料对于光固化快速成型设备来说，光敏树脂材料是至关重要的，目前进口材料已解决了收缩变形的问题，朝性能多样化、功能材料方向发展。ü

设计软件成型机生产厂商自己开发的数据处理软件已很难满足要求，一些通用的RP软件应运而生，其中最著名的是比利时Materialise公司开发的MagicsRP。ü

设备的机、电、控制系统新的光固化成型设备采用先进的真空吸附涂层系统，使得大平面的涂层可靠性大大提高，并且完全消除了气泡，整个涂层时间也大大缩短；成型机的电气系统采用PLC控制，稳定性和可靠性得到保证；控制软件可根据激光功率的变化自动调节工艺参数，因而整机性能得到大幅提升。谢谢观看项目二

认识3D打印技术任务二

了解LOM技术《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库现状：LOM是当前世界范围内几种最成熟的快速成型制造技术之一原料：片材(如纸片、塑料薄膜或复合材料)组成部分：激光器、热压辊、工作台等激光器热压辊工作台《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库1.LOM技术简介《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库2.LOM的成型原理此视频资源来源于网络，本视频仅用于教学LOM的成型原理：首先在工作台上制作基底然后工作台下降，送纸辊筒送进一个步距的纸材，热压辊筒滚压背面涂有热熔胶的纸材，将当前层与原来制作好的迭层或基底粘结在一起，然后激光器切割。切片软件根据模型当前层的轮毂控制激光器进行层面切割，再重复之前的操作。这样制作完毕以后，再将多余的材料去除，就可以得到我们想要的零件。ü前处理：在CAD软件中设计出三维数据模型。并将CAD设计模型转化为STL文件格式，再将STL格式的模型导入到专用的切片软件中进行切片。ØUG、Pro/E

等《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库3.LOM的工艺过程③原型制作《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库3.LOM的工艺过程LOM的工艺过程ü分层叠加成型①设置工艺参数 ②基底制作激光切割速度加热辊温度与压力激光能量切碎网格尺寸ü后处理：人工方法将原型件从工作台上取下。去掉边框后，仔细将废料剥离就得到所需的原型。然后抛光、涂漆，以防零件吸湿变形。《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库3.LOM的工艺过程① 成型速度较快。由于只需要使用激光束沿物体的轮廓进行切割，无须扫描整个断面，因此成型速度很快，常用于加工内部结构简单的大型零件。② 无支撑结构。不存在收缩和翘曲变形，无须设计和构建支撑结构。③ 精度较高。制件在Z方向的精度可达0.2～0.3

mm，X和Y方向的精度可达0.1～0.2

mm。④ 成本低。《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库4.LOM技术特点4.1优点① 不能制造中空结构件。难以构建精细形状的物件，仅限于结构简单的物件。② 原型的抗拉强度和弹性不够好。受原材料限制，成型件的抗拉强度和弹性较差。③ 后处理工艺繁琐。④ 维护费用高。需要专门的实验室环境，且维护费用高昂。《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库4.LOM技术特点4.2缺点在产品装配检验的应用根据某公司提出的轿车系列车灯产品开发要求，利用叠层实体快速成型机按三维计算机模型进行各种车灯的快速原型制造。通过和整车的装配检验和评估，显著提高了车灯的开发效率和成功率。采用LOM工艺制作的轿车前照灯《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库5.LOM技术的应用在快速模具的应用某机床操作手柄为铸铁件，人工方式制作砂型铸造用的木模十分费时困难，而且精度得不到保证。采用LOM工艺制造铸造母模，克服了人工制作的局限和困难，极大地缩短了产品生产的周期并提高了产品的精度和质量。采用LOM工艺制作的铸铁手柄《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库5.LOM技术的应用谢谢观看项目二

认识3D打印技术任务二

了解FDM技术《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库现状：FDM是当前应用较为广泛的一种3D打印技术。原料：丝材（如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC等）组成部分：喷嘴、挤出机、工作台等喷嘴工作台《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库1.FDM技术简介挤出机《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库2.FDM的成型原理此视频资源来源于网络，本视频仅用于教学FDM的成型原理：喷头底部带有细微喷嘴（直径一般为0.2-0.6mm），材料通过喷嘴输出，将丝状的热塑性材料加热熔化，在计算机控制下，喷头根据3D模型的数据移动到指定位置，将熔融状态下的液体材料挤喷出来并最终凝固，材料被喷出来后沉积在前一层已固化的材料上，通过材料逐层堆积形成最终的成品。ü前处理：对模型进行CAD三维建模，建模后保存成STL文件格式，再将模型导入切片软件中，进行分层切片。ØUG、Pro/E

等锥齿轮三维模型《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库3.FDM的工艺过程《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库3.FDM的工艺过程ü熔融成型过程此视频资源来源于网络，本视频仅用于教学ü后处理：完成打印后，打开成型室，将零件取出来。冲洗或剥去用于支撑零件的支撑材料，整个过程到此结束。锥齿轮成型件《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库3.FDM的工艺过程① 操作环境干净、安全。由于没有毒气或化学物质的危险，不使用激光，可在办公室环境下进行。② 成本低。熔融沉积造型技术用液化器代替了激光器，设备费用低；另外原材料的利用效率高且没有毒气或化学物质的污染，使得成型成本大大降低。③ 尺寸精度较高，表面质量较好，易于装配。可快速构建瓶状或中空零件。④ 易搬运和更换。原材料以卷轴丝的形式提供，易于搬运和快速更换。⑤ 可选用多种材料。如可染色的ABS和医用ABS、PC、PPSF、浇铸用蜡和人造橡胶。《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库4.FDM技术特点4.1优点① 打印精度较低。难以构建结构复杂的零件，做小件或精细件时精度不如SLA。② 成型时间长。需要对整个截面进行扫描涂覆，成型时间较长。③ 原材料价格昂贵。④ 需要设计和制作支撑结构。⑤ 成型物体表面粗糙。《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库4.FDM技术特点4.2缺点在电器领域的应用国内的极光创新公司采用FDM工艺为用户定制的台灯，使用玉米淀粉制作的环保材料PLA3D打印而成，既健康无害，又带有高科技性。采用LOM工艺制作的台灯《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库5.FDM技术的应用在建筑领域的应用在房屋建设中，为了更好地表达设计意图和展示建筑结构，设计图纸与建筑模型是必不可少的。以往手工制作的模型，大多精度不够，而3D打印技术则弥补了其不足，3D打印出的建筑模型更加立体、更加直接，能更好地表达设计者的思想。采用LOM工艺制作的建筑模型《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库5.FDM技术的应用《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库6.FDM技术的发展前景ü

聚合物材料材料是促进FDM3D打印机发展的关键，目前常用于FDM打印机上的聚合物有PLA、ABS、PA、PP、PCL、PEEK等，但是该类材料存在的共性问题就是打印制件机械强度较差，限制了其在工程结构件方面的应用。为了提升FDM打印部件的机械性能并满足承重要求，纤维增强聚合物复合材料被越来越多地引入到FDM加工中，这在工业领域引起了广泛关注。《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库7.FDM技术的最新进展ü

聚合物材料研究人员发现，添加单一类型的短纤维或连续纤维往往会增加复合材料的某些机械性能，但同时会降低其他机械行为。因此，不能只通过使用一种纤维来达到复合材料的性能平衡。为了克服上述缺点和限制，多种纤维混合和多种混合形式（统称混合纤维）可以减少短纤维和连续纤维的弱点，可全面提升制件机械性能且可自由设计制件其它性能。ü

设备研制大尺寸高温FDM成型装备，是将FDM技术向工业领域推广的关键一步。在前期工作基础上，通过对打印机结构及控制软件进行优化升级，设备运行的稳定性显著提高，打印精度和打印速度分别由±0.2mm、50mm/s提高到±0.1mm、120mm/s。打印精度已与多数商用桌面打印机相当，成型速度优于大部分桌面型打印机。下一步，将在此基础上，通过采用多喷头技术，进一步提高打印速度。为大型FDM打印机的实用化铺平道路。谢谢观看项目二

认识3D打印技术任务二

了解3DP技术《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库现状：3DP是目前最为成熟的彩色3D打印技术。原料：粉末材料（如陶瓷、金属、石膏、塑料粉末等）组成部分：喷头、工作台、铺粉辊子等工作台喷头铺粉辊子《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库1.3DP技术简介《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库2.3DP的成型原理此视频资源来源于网络，本视频仅用于教学3DP的成型原理：将粉末通过水平压辊平铺于打印平台之上，喷头按照截面轮廓对实心部分所在的位置喷上粘接剂，使粉末颗粒粘接在一起。一层材料粘结完毕后，工作平台下降0.1mm，储粉缸推出若干粉末，并被铺粉辊推到成型缸，喷头继续喷射粘结剂。如此周而复始地送粉、铺粉和喷射粘结剂，直至整个模型粘结完毕。ü前处理：在CAD软件中设计出三维数据模型。并将CAD设计模型转化为STL文件格式，再将STL格式的模型导入到专用的切片软件中进行切片。ØUG、Pro/E

等圆柱体三维模型《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库3.3DP的工艺过程《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库3.3DP的工艺过程ü成型过程此视频资源来源于网络，本视频仅用于教学ü后处理：将模型从成型槽中挖出来，用毛刷或气枪等工具将其表面的粉末清理干净。一般刚成型的模型很脆弱，在压力作用下会粉碎，所以需涂上一层蜡、乳胶或环氧树脂等固化渗透剂以提高其强度。圆柱体成型件《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库3.3DP的工艺过程① 成型速度快。成型喷头可用多个喷嘴。② 可彩色打印。可实现有渐变色的全彩色3D打印，可以完美体现设计师在色彩上的设计意图。③ 无需支撑材料。打印过程无需支撑材料，不但免除去除支撑的过程，而且也降低了使用成本。④ 可实现大型件的打印（目前最大可打印4米）。《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库4.3DP技术特点4.1优点① 产品力学性能差。强度、韧性相对较低，通常只能做样品展示，无法适用于功能性试验。② 模型精度和表面质量比较差。③ 原材料价格较贵。《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库4.3DP技术特点4.2缺点在原型制造领域的应用利用3DP技术可以快速地制造出产品的概念模型，直观地展现产品的雏形。用三维打印成型技术可以制作逼真的彩色模型，非常适用于医学模型，建筑模型等。采用3DP制作的成型模型《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库5.3DP技术的应用在模具制造领域的应用三维印刷成型工艺可以用来制造模具，包括直接制造砂模，熔模以及模具的母模。采用传统方式制造模具，需要事先人工制模，而这个过程耗时占到了整个模具制作周期的70%，采用三维印刷成型工艺可避免此复杂的程序，可以制造出形状复杂高精度的模具。采用3DP工艺制作的模具《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库5.3DP技术的应用《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库6.3DP技术的发展前景ü

材料虽然目前3DP技术可使用的材料种类十分丰富，在众多增材制造技术处于领先地位，但仍有不尽如人意之处。材料领域仍然是很长一段时间内的研究重点。首先，由于研究历史远远短于传统加工技术，当前研究人员的研究重点仍处于实现阶段，即使用3DP技术实现对某种材料的加工，而对于材料成形过程中的发生的变化、详细的成形过程等微观原理研究较少。这些基础研究是指导改进工艺技术，提高制造效果所必不可少的，也必然会成为将来研究人员所关注的重点。ü

喷头设备喷头是3DP设备的备，喷头的性能及控制方式直接决定着3DP设备的最高性能。目前3DP设备为了控制成本多使用热气核心设泡式或压电式商业喷头。这些喷头本身是研发用于喷墨打印机或喷绘机中，设计要求与3DP设备的实际使用要求略有出入。商业喷头对喷射液体粘度和表面张力范围的严格要求，很大程度上限制了3DP技术使用粘结剂的范围，并不利于技术的发展。因此开发3DP技术专用喷头显得十分必要。谢谢观看《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库【学习目标】知识目标：1.掌握扫描策略的制定方法；2.掌握支架式白光双目扫描仪的定标方法；3.掌握Geomagic

Wrap软件的数据处理流程；4.掌握Geomagic

Design

X软件中面片草图、拉伸、圆形阵列等命令。技能目标：1.能够正确使用显像剂和标志点；2.能够对支架式白光双目扫描仪进行标定；3.能够使用支架式白光双目扫描仪完成数据采集；4.能够应用Geomagic

Wrap软件进行数据预处理；5.能够应用Geomagic

Design

X软件完成简单零件逆向设计。【项目引入】某汽车万向节叉部件破损，部分发生变形，需要更换，要求结合逆向工程技术，在不破坏原产品的情况下对其进行数据采集，并完成逆向设计；扫描时尽量保证数据完整，保留产品原有特征，设计模型经3D打印后结合铸造技术进行铸造加工，加工成品要求精度控制在±0.2mm，内外表面光洁。该产品原型如图所示，外形尺寸约为90mm，体积不大，结合产品设计要求，选用天远OKO系列白光双目扫描仪，该扫描仪扫描精度高、速度快、采集数据量大，尤其适用于小件物品的数据采集，可实时显示摄像机的图像和得到的三维数据结果。【项目分析】l

1. 产品分析扫描产品原型为锻造零件，结构较为简单，为对称件，端部有圆柱齿轮特征，可以用镜像、阵列命令完成特征设计；扫描时要求保证数据完整，保留产品原有特征，点云分布规整平滑，因此在扫描时采用整体扫描方案。【项目分析】l

2. 扫描策略的制定（1）表面分析

观察后发现该产品原型呈暗黑色，不利于数据的采集，因此需对原型表面进行喷粉处理。（2）策略制定

零件主要扫描部分为连杆头部内外圆弧、端部齿轮特征，需要经过多角度、多范围的多次扫描，才能完成零件完整数据的采集，因此选择在零件表面粘贴标志点，以实现多次扫描数据的坐标系统一。任务0102数据采集数据处理【项目实施】03数据应用1.1

扫描前的准备工作l

1.1.1 喷粉该产品为暗黑色锻造钢件，在不喷粉的状态下很难直接进行扫描，所以需要在零件表面喷涂薄薄的显像剂。在喷粉时，喷粉距离约为300mm左右，如图所示。在满足扫描要求的前提下尽可能薄且均匀，显像剂喷洒过多，不仅在物体表面形成留痕，更会造成物体厚度叠加，影响扫描精度。喷粉后的零件如图所示。1.1

扫描前的准备工作l

1.1.2 标志点粘贴在零件表面粘贴标志点，可以实现多次扫描数据的坐标系统一。粘贴标志点时应注意以下几点：（1）标志点不要粘贴在一条直线上，也不要对称粘贴；（2）过渡区公共标志点数量至少为4个；（3）标志点应使相机在尽可能多的角度可以同时看到；（4）标志点粘贴应选择面积较大且曲率较小的曲面，尽量远离边缘。本次扫描时标志点粘贴方式如图3-4所示，供大家参考。1.2

数据采集l

1.2.1 设备调整数据扫描前需将扫描仪进行精度校准，设备精度达到采集要求标准后方可进行数据采集。(1)扫描仪精度校准

又叫扫描仪定标，它是得到三维世界中物体点的三维坐标与其图像上对应点的函数关系的过程，是决定系统扫描精度的重要因素。1.2

数据采集l

1.2.1

设备调整本次案例数据采集时选用支架式白光双目扫描仪，定标过程按以下步骤进行：1）找出和扫描仪型号相对应的标定板，如图所示。后四位尾数一致1.2

数据采集l

1.2.1

设备调整2）调节扫描仪增益和曝光值，以保证人眼能够在拍摄图像上清晰的分辨出黑色圆点，达到最好的效果；3）调节扫描仪位置，使其扫描范围和标定板大小一致，且上下、左右都有调节余地；然后在标定板上放置一张白纸，打开视场中心按钮，调节扫描仪高度和角度，使红、黑十字中心对齐；取掉白纸，移动扫描仪，使十字光斑位于中心大点内，此时为设备定标初始位置。1.2

数据采集l

1.2.1

设备调整4）将标定板进行旋转查看，确保每个位置都能在CCD相机中看到中间四个大点和尽可能多的小点，并且保证全程能够顺利旋转，无磕碰和中心偏移现象；确认无误后，旋转工作台，使标定板四个大点中共线的三个大点在另一个大点的下方，此时为标定板初始位置。5）单击鼠标打开设备定标图标，在当前位置上直接点击位置1；6）顺时针旋转标定板90°，将三脚架高度上调两圈，使红十字位于黑十字外，点击位置2；1.2

数据采集l

1.2.1

设备调整7）同方向旋转标定板90°,将三脚架高度下调四圈，使红十字位于黑十字外，点击位置3；8）同方向旋转标定板90°，调整相机仰角（上调15~30°左右，角度约50~60°)，在标定板上放入白纸，调整扫描仪高度，使红黑十字中心对齐；取掉白纸，点击位置4；9）同方向旋转标定板90°,将三脚架高度下调四圈，使红十字位于黑十字外，点击位置5；1.2

数据采集l

1.2.1

设备调整10）同方向旋转标定板90°，调整相机右倾角（角度约15~20

°)，使十字中心对齐，点击位置10；11）同方向旋转标定板90°，三脚架高度上调两圈，使红十字位于黑十字外，点击位置11；12）同方向旋转标定板90°，三脚架高度下调四圈，使红十字位于黑十字外，点击位置12。以上12步操作完成后，点击确认，弹出定标结果对话框，查看设备精度值，若精度在0.02以内，则点击确定按钮；若精度不高，则需重新标定。本次定标操作，设备精度符合要求，定标成功。1.2

数据采集l

1.2.1

设备调整（2）视场对齐

当精度达标时，将零件放置在转盘上，调整扫描仪角度和位置，确保转盘和零件在扫描仪十字中间，如图所示，旋转转盘一周，保证在软件实时显示区能够看到零件整体。（3）参数调整

观察实时显示区域中零件的亮度，在软件中设置相应的相机曝光值和增益值，一般情况下曝光值为52左右，增益值在10左右，可根据环境适当调整，以物体不反光为宜；（4）位置调整

检查扫描仪与零件的距离，此距离可依据软件实时显示区红色十字和黑色十字重合确定，重合后距离约为600mm高度为宜，如图所示。1.2

数据采集l

1.2.2

零件扫描调整好位置和设备参数后，按以下步骤进行扫描。（1）上表面数据采集

按图所示固定摆放零件，点击扫描按钮后开始扫描，每扫描一次将工作台旋转一定角度，直至整个上表面数据采集完毕。由于该设备是四点拼接，必须保证前后两步有4个以上公共重合标志点，建议转盘的转动角度一般在15°左右；在扫描过程中，需实时观察扫描数据的完整性，及时调整零件摆放角度，对缺失数据的部位有针对的进行扫描，使扫描数据尽量完整。公共标志点1.2

数据采集l

1.2.2

零件扫描（2）下表面数据采集

上表面数据采集结束后，利用上下表面的公共标志点进行翻转，且数量大于4个，如图3-8所示，下表面零件上同样粘贴一定数量的标志点，以保证数据采集的顺利进行，确定摆放角度后，固定零件，点击扫描按钮开始扫描，按上半部分的扫描步骤完成数据采集。1.2

数据采集l

1.2.3

数据保存数据采集完成后，

选择保存路径，

将扫描点云数据另存为“

万向节叉.asc”格式文件。采集完成后的点云数据需要应用Geomagic

Wrap软件将扫描杂点去除，并填充粘贴标志点形成的孔洞，形成封闭完整的零件数据。2.1

点云阶段数据处理应用Wrap软件将扫描杂点去除，完成数据封装，获得多边形数据。1.打开文件打开Wrap软件，用鼠标将“万向节叉.asc”的文件拖入界面，选择比率（100%）和单位（mm），进入软件界面，如图所示。2.1

点云阶段数据处理2.去除杂点着色

点击【着色】下拉菜单“着色点”命令

，点云数据由黑色变成绿色。删除非连接项

点击【选择】下拉菜单“非连接项”命令

，出现如图所示对话框，根据点云数据的完整性选择合适数值，以不改变零件特征为宜，本次选择“低”分割和尺寸“5.0”，点击【确定】将数据中的非连接项删除。2.1

点云阶段数据处理删除体外孤点

点击【选择】下拉菜单“体外孤点”命令，出现如图所示对话框，以删除较多杂点为目标，合理调整敏感度值；本次选择敏感度“85”，点击【确定】，将点云中选中杂点删除。减少噪音

点击【减少噪音】命令

，出现如图所示对话框，点击【确定】去除点云中的噪音点，完成数据如图所示。2.1

点云阶段数据处理3.封装点云数据点击【封装】命令

，出现如图所示对话框，选择自动降低噪音，勾选最大三角形数量，点击【确定】，数据由点云转换为多边形界面，如图所示。2.2

多边形阶段数据处理多边形阶段的数据表面有众多标志点粘贴形成的孔洞，以及部分扫描数据缺失形成的孔洞，需要应用【填充孔】命令进行填充修补，使数据完整封闭；此外，针对零件表面凹凸不平的部分，需要应用【删除钉状物】、【去除特征】等命令对数据进行平整光顺。1.填充孔洞（1）

填充内部孔

针对粘贴标志点形成的孔洞，点击【填充单个孔】命令

，选择【平面】和【内部孔】命令，点击要填充的孔，完成孔洞填充，如图3-15所示。2.2

多边形阶段数据处理（2）

填充边界孔

对于扫描过程中缺失的边缘数据，可点击【填充单个孔】命令，选择【曲率】和【边界孔】，将数据中的其它孔洞填充；也可结合【切线】、【搭桥】选项，在不改变原有特征的情况下合理搭配使用完成对孔洞的填充，如图所示。2.2

多边形阶段数据处理2.平滑曲面（1）删除钉状物

鼠标左键框选要平滑的曲面部分，点击【删除钉状物】命令

，将多边形网格中的中的单点尖峰展开，如图所示。2.2

多边形阶段数据处理（2）松弛

鼠标左键框选要平滑的曲面部分，使用【松弛】命令

处理紧皱网格，如图（a）；使用【砂纸】命令使多边形网格更平滑，如图（b）所示。（a）松弛网格（b）砂纸打磨网格2.2

多边形阶段数据处理（3）去除特征

鼠标左键框选要平滑的曲面部分，使用【去除特征】命令将凸起部分数据处理平滑，平滑前后如图所示。3.保存文件将处理好的数据另存为“万向节叉.stl”格式文件。2.3

逆向设计过程该零件是简单铸件，整体结构对称，由圆孔、圆柱及规则齿轮状特征组成，在逆向设计过程中，可以利用Design

X软件中的面片草图、拉伸等命令完成各部分的实体设计，齿轮特征可设计其中一个齿形，围绕齿轮中心线通过圆形阵列命令获得。下面讲述逆向设计的详细步骤。2.3

逆向设计过程l

2.3.1

打开文件打开Design

X软件，选择“插入”—“导入”命令，在弹出的对话框中选择要导入的文件数据“万向节叉.stl”，也可用鼠标直接将STL文件拖入窗口，点云导入后的界面，如图所示。2.3

逆向设计过程l

2.3.2

建立坐标系（1）建立参照平面

单击【插入】下拉菜单中的【参照几何形状】，方法【选择多个点】，在圆柱齿断面选择多个点，创建平面1，如图所示。2.3

逆向设计过程l

2.3.2

建立坐标系（2）绘制参考线

单击【面片草图】，选择平面1作为基准面，选择【直线】，以圆弧圆心为起点，绘制一条直线，双击直线加【水平】约束，如图所示。2.3

逆向设计过程l

2.3.2

建立坐标系（3）对齐坐标系

单击【手动对齐】

，点击

进入下一阶段移动方式选择3-2-1，如图所示，依次选择平面1和直线作为参考，单击对勾完成坐标对齐，点击主视图，如图所示。2.3

逆向设计过程l

2.3.3

圆柱模型设计（1）创建草图基准面

点击【面片草图】，选择圆柱底面基准，由基准面偏移的距离57.5mm，如图所示，单击【确定】按钮，完成后如图所示。2.3

逆向设计过程l

2.3.3

圆柱模型设计（2）

绘制轮廓草图

点击【圆】命令，绘制圆

，直到轮廓线与粉线重合，如图所示，点击【确定】。2.3

逆向设计过程l

2.3.3

圆柱模型设计（3）拉伸圆柱

选择【拉伸】命令，选择之前绘制的圆柱草图轮廓，拉伸【长度】至75，点击【确定】，如图所示。2.3

逆向设计过程l

2.3.4

圆柱齿绘制（1）创建轮廓基准面

点击【面片草图】，选择圆柱底面作为基准面，由基准面向上偏移距离20mm，如图所示，单击【确定】，完成后如图所示。2.3

逆向设计过程l

2.3.4

圆柱齿绘制（2）绘制轮廓草图

点击【直线】、【三点圆弧】、【圆角】命令，绘制单个齿的轮廓线，调整位置使绘制轮廓线与粉线重合，如图所示，点击【确定】。2.3

逆向设计过程l

2.3.4

圆柱齿绘制（3）拉伸轮廓

选择【拉伸】命令，选择之前绘制的齿牙草图，点击【拉伸】，【长度】至43，点击【确定】，如图所示。2.3

逆向设计过程l

2.3.4

圆柱齿绘制（4）提取中心线

选择【参照线】命令，【方法】选择【提取】，提取圆柱面，点击【确定】如图所示。2.3

逆向设计过程l

2.3.4

圆柱齿绘制（5）创建草图基准面

点击【面片草图】，选择【中心】为基准，由基准面偏移的距离0mm，如图所示，单击【确定】按钮，完成后如图所示。2.3

逆向设计过程l

2.3.4

圆柱齿绘制（6）绘制轮廓草图

点击【直线】命令，绘制直线，调整位置使绘制轮廓线与粉线重合，如图所示，点击【确定】。2.3

逆向设计过程l

2.3.4

圆柱齿绘制（7）曲面扫描

点击【曲面扫描】命令，选择上一步绘制的直线，【路径】选择【圆柱边】，如图所示点击【确定】。2.3

逆向设计过程l

2.3.4

圆柱齿绘制（8）剪切单个齿

选择【剪切】命令，【工具要素】选择之前的【曲面扫描】部分，【对象体】选择拉伸齿，【残留体】选择长段部分，点击【确定】如图所示。2.3

逆向设计过程l

2.3.4

圆柱齿绘制（9）圆形阵列

点击【圆形阵列】命令，【体】选择单个齿，【回转轴】选择【中心线】，【要素】16，【角度】360°，点击【确定】，如图所示。2.3

逆向设计过程l

2.3.4

圆柱齿绘制（10）布尔合并

选择【布尔运算】，【操作方法】选择【合并】，【要素】选择上一步阵列的所有齿，点击【确定】，如图所示。2.3

逆向设计过程l

2.3.4

圆柱齿绘制（11）拉伸轮廓

选择【拉伸】命令，选择第（2）步绘制的草图，点击【拉伸】，【长度】至42，点击【确定】，如图所示。2.3

逆向设计过程l

2.3.4

圆柱齿绘制（12）倒圆角

选择【圆角】命令，【要素】选择上一步拉伸体的前端面，【半径】设置为“1mm”，点击【确定】，如图所示。2.3

逆向设计过程l

2.3.4

圆柱齿绘制（13）圆形阵列

再次点击【圆形阵列】，【体】选择拉伸3，【回转轴】选择中心线，【要素】16，【角度】360°，点击【确定】，如图所示。2.3

逆向设计过程l

2.3.4

圆柱齿绘制（14）布尔求差

点击【布尔运算】，【操作方法】选择【剪切】，【要素】选择上一步阵列的体，点击【确定】，如图所示。2.3

逆向设计过程l

2.3.5

连杆头部模型设计（1）创建草图基准面

点击【面片草图】，选择圆柱中心为基准面，向里偏移距离14mm，如图所示，单击【确定】按钮，完成后如图所示。2.3

逆向设计过程l

2.3.5

连杆头部模型设计（2）绘制轮廓草图

点击【直线】、【三点圆弧】命令，绘制模型轮廓线，调整位置使绘制轮廓线与粉线重合，如图所示，点击【确定】。2.3

逆向设计过程l

2.3.5

连杆头部模型设计（2）拉伸轮廓

选择【拉伸】命令，选择上一步绘制的草图轮廓，点击【拉伸】，【长度】至“20.5mm”；选择【反方向】，长度同至“20.5mm”，点击【确定】，如图所示。2.3

逆向设计过程l

2.3.5

连杆头部模型设计（3）倒圆角

选择【圆角】命令，【要素】选择上一步拉伸体的边，【半径】设为“20mm”，点击【确定】，如图所示。2.3

逆向设计过程l

2.3.5

连杆头部模型设计（5）创建轮廓基准面

点击【面片草图】，选择“左侧面”为基准面，由基准面向内偏移距离5mm，如图所示，单击【确定】按钮，完成后如图所示。2.3

逆向设计过程l

2.3.5

连杆头部模型设计（6）绘制轮廓草图

点击【圆弧】命令，绘制圆弧，调整位置使绘制轮廓线与粉线重合，如图所示，点击【确定】。2.3

逆向设计过程l

2.3.5

连杆头部模型设计（7）拉伸外圆

点击【拉伸】命令，选择上一步绘制的外圆弧，【长度】距离至2，点击【确定】，如图所示。2.3

逆向设计过程l

2.3.5

连杆头部模型设计（8）拉伸内圆孔

选择【拉伸】命令，选择绘制的草图内圆弧，长度距离至【通过】，【方法】选择【剪切】，点击【确定】，如图所示。2.3

逆向设计过程l

2.3.5

连杆头部模型设计（9）创建基准面轮廓

点击【面片草图】，选择上表面为基准，由基准面向里偏移距离1.5mm，如图所示，单击【确定】按钮，完成后如图所示。2.3

逆向设计过程l

2.3.5

连杆头部模型设计（10）绘制轮廓草图

点击【圆弧】命令，绘制小圆，调整位置使其与粉线重合，如图所示，点击【确定】。2.3

逆向设计过程l

2.3.5

连杆头部模型设计（11）拉伸小圆孔

点击【拉伸】命令，选择绘制小圆孔，长度距离至87，【方法】选择【剪切】，点击【确定】，如图所示。2.3

逆向设计过程l

2.3.6

模型倒圆（1）倒圆角

选择【圆角】命令，【要素】选择连杆头部内边，【半径】设为2mm，点击【确定】，如图所示。2.3

逆向设计过程l

2.3.6

模型倒圆继续选择【圆角】命令，【方法】选择【可变圆角】，【要素】选择连杆头部外边，调节圆角半径，点击【确定】，如图所示。2.3

逆向设计过程l

2.3.6

模型倒圆用相同的倒角方法，对另一边进行倒圆角，如图所示。2.3

逆向设计过程l

2.3.6

模型倒圆（2）布尔合并

选择【布尔运算】，【操作方法】选择【合并】，【要素】选择所有体，点击【确定】，如图所示。2.3

逆向设计过程l

2.3.6

模型倒圆（3）倒圆角

选择【圆角】命令，【要素】选择圆柱与连杆头部相交边，【半径】为1mm，点击【确定】，如图所示。2.3

逆向设计过程l

2.3.7

偏差分析在【Accuracy Analyzer（TM）】面板的【类型】选项组中选中【偏差】，单击按钮，显示曲面与网络（三角面片）之间的误差，根据设计要求填写曲面与原始数据之间的偏差的上下限值，如图所示，图形显示零件为绿色，表示模型偏差在设计范围内，符合要求。2.3

逆向设计过程l

2.3.8

文件输出有了逆向设计完成后的实体模型，检验合格后，就可以应用3D打印技术对其进行蜡模打印了，为了保证零件在软件间的通用性，我们将其输出为【STP】格式。在菜单栏中点击【文件/输出】，选择零件为输出要素，如图所示，单击【确定】按钮，选择文件的保存路径及格式，文件命名为【liangan】，点击保存。3.

数据应用逆向设计完成后的模型可应用3D打印机完成蜡模打印，用于零件铸造。为适应打印机的文件格式，需要先将文件导入UG软件，转换输出STL格式，再将其输入打印机操作软件中，合理设置参数后就可以打印模型了。下面简要讲述数据应用步骤，供大家参考。3.

数据应用l

3.1

打开文件打开UG软件，选择【文件/打开】命令，在弹出的对话框中选择要打开的文件数据“liangan.stp”，如图所示。3.

数据应用l

3.2

格式转换将导入的模型选中，导出文件

“liangan.stl”，如图所示。3.

数据应用l

3.3

导入文件打开3D打印机操作软件，导入“liangan.stl”格式文件，如图所示。3.

数据应用l

3.4

参数设置合理摆放模型后，依次设置打印参数，如图所示。3.

数据应用l

3.5

模型打印参数设置完成后，输出打印文件，对模型打印进行预测分析，如图所示。3.

数据应用l

3.6

模型表面处理将处理后的模型数据导入打印机，打印蜡模如图所示，打印完成后的蜡模经铸造企业表面处理后，满足铸造要求。勺(《逆向设计与3D打印案例教程》数字资源库【学习目标】知识目标：1.掌握Geomagic

Wrap软件的数据对齐方法；2.掌握Geomagic

Design

X软件自动分割点云领域的方法；3.掌握基于面片草图构造实体的基本方法。技能目标：1.能够合理制定扫描方案；2.熟练使用白光双目扫描仪完成数据采集；3.能够应用Geomagic

Wrap手动注册命令完成点云合并；4.熟练应用Geomagic

Design

X软件完成规则模型特征设计。【项目引入】某企业车间数控加工件图纸丢失，要求结合逆向工程技术，在不破坏原产品的情况下对其进行数据采集，并将逆向设计后的零件进行制造加工，加工成品要求精度控制在±0.1mm，内外表面光洁。【项目分析】l

1. 产品分析扫描产品原型为数控加工件，如图5-1所示，外形尺寸约为90mm，体积不大，自带金属光泽，表面精度高，结构复杂，正反面均有细节特征，扫描时要求保证数据完整，保留产品原有特征，点云分布规整平滑。结合产品设计要求，选用天远OKO系列白光扫描仪，该扫描仪扫描精度高、速度快、采集数据量大，尤其适用于小件物品的数据采集，可实时显示摄像机的图像和得到的三维数据结果。【项目分析】l

2. 扫描策略的制定（1）

表面分析

观察后发现该产品原型自带金属光泽，极易反光，不利于数据的采集，因此需对原型表面进行喷粉处理；（2）

结构分析

零件整体由圆柱、内孔、凹槽、底部内凹圆弧等规则形状组成，需要经过多角度、多范围的多次扫描，才能完成零件完整数据的采集，因此选择标志点拼接模式，以实现多次扫描数据的坐标系统一；（3）

策略制定

零件侧面与上下面垂直，而且面积较小，不利于实现整体翻转扫描，因此选择分别扫描上、下表面数据，用侧面做公共区域，利用Geomagic

Wrap软件中的对齐命令将上、下扫描数据拼接，获得整体数据。任务0102数据采集数据处理【项目实施】03数据应用1.1

扫描前的准备工作l

1.1.1 喷粉在喷粉时，喷粉距离约为30cm左右，如图5-2所示。在满足扫描要求的前提下尽可能薄且均匀，显像剂喷洒过多，会造成物体厚度叠加，影响扫描精度。喷粉后的零件如图所示。1.1

扫描前的准备工作l

1.1.2 标志点粘贴扫描零件特征较多，且需多次移动并改变扫描角度，因此选择把标志点粘贴在零件表面，这样有利于在扫描过程中随时移动零件，保证数据的完整性。由于零件表面积不大，依照项目三中的标志点粘贴原则，本次扫描时标志点粘贴方式如图5-4所示，供大家参考。1.2

数据采集l

1.2.1 设备调整（1）

视场对齐

数据扫描前需将扫描仪进行精度校准，校准方式参考项目一、任务二中设备标定步骤，当精度达标时，将零件放置在转盘上，调整扫描仪角度和位置，确保转盘和零件在扫描仪十字中间，旋转转盘一周，观察软件实时显示区，保证能够看到零件整体，如图所示。（2）

参数调节

观察实时显示区域中零件的亮度，在软件中设置相应的相机曝光值和增益值，可根据环境适当调整，以零件不反光为宜。1.2

数据采集l

1.2.2

零件扫描调整好位置和设备参数后，按以下步骤进行扫描。（1）

上表面数据采集

按图5-6所示固定摆放零件，点击扫描按钮后开始扫描，每扫描一次将工作台旋转一定角度，直至整个上表面数据采集完毕。在扫描过程中，需实时观察扫描数据的完整性，及时调整零件摆放角度，对缺失数据的部位有针对的进行扫描，使扫描数据尽量完整。扫描完成后，选择保存路径，将扫描点云数据另存为“ceshijian1.asc”格式文件。1.2

数据采集l

1.2.2

零件扫描（2）

下表面数据采集

将零件上下表面翻转，固定摆放如图5-7所示，点击扫描按钮开始扫描，

按照上表面的扫描方法完成数据的采集过程，

并将点云数据另存为“ceshijian2.asc”格式文件。1.2

数据采集l

1.2.2

零件扫描上、下表面点云数据采集完成后，需要应用Geomagic

Wrap软件将两部分数据拼合成整体，并将扫描杂点去除，填充粘贴标志点形成的孔洞，形成封闭完整的零件数据。2.1

点云阶段数据处理应用Wrap软件将扫描杂点去除，完成数据封装，获得多边形数据。打开文件打开Wrap软件，用鼠标将ceshijian1.asc的文件拖入界面，选择比率（100%）和单位（mm），进入软件界面，如图所示。2.1

点云阶段数据处理2.去除杂点着色

点击【着色】下拉菜单“着色点”命令

，点云数据由黑色变成绿色。删除非连接项

点击【选择】下拉菜单“非连接项”命令

，出现如图所示对话框，根据点云数据的完整性选择合适数值，以不改变零件特征为宜，本次选择“低”分割和尺寸“5.0”，点击【确定】将数据中的非连接项删除。2.1

点云阶段数据处理删除体外孤点

点击【选择】下拉