項目一

走進逆向工程技術《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫學習目標認識逆向工程技術認識逆向工程技術中的關鍵技術《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫【學習目標】知識目標：1.了解逆向工程技術的定義、應用范圍、工作流程、系統(tǒng)組成和發(fā)展趨勢等；2.了解逆向工程技術數(shù)據采集的主要方法和設備；3.了解逆向工程技術數(shù)據處理與CAD建模技術常用軟件。素質目標：1.培養(yǎng)學生樹立嚴格遵循國家標準、行業(yè)標準的標準意識，強化工程倫理教育，激發(fā)學生科技報國的家國情懷和使命擔當；2.

培養(yǎng)學生堅持真理、勇于創(chuàng)新、實事求是的科學態(tài)度與科學精神，有振興中華，將科學服務于人類的社會責任感?！赌嫦蛟O計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫認識逆向工程技術逆向工程技術的定義?傳統(tǒng)的產品設計通常是從概念設計到圖樣，再制造出產品，其流程為：構思—設計—產品，我們稱之為正向設計或者順向工程。而產品的逆向設計是根據零件或原型生成圖樣，再制造出產品。逆向工程（ReverseEngineering，RE），也稱反求工程、反向工程，其思想最初來自從油泥模型到產品實物的設計過程。逆向工程技術并不是簡單意義的仿制，而是以設計方法學為指導，以現(xiàn)代設計理論、方法、技術為基礎，運用各種專業(yè)人員的設計經驗、知識和創(chuàng)新思維，對已有產品進行解剖、分析、重構和再創(chuàng)造。《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫認識逆向工程技術逆向工程技術的應用范圍?新產品研發(fā)?產品的改型設計?產品磨損或損壞部位的還原修復?快速模具制造?文物、藝術品的保護、監(jiān)測和修復?醫(yī)學領域的應用《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫認識逆向工程技術逆向工程技術的工作流程?產品表面數(shù)據采集?數(shù)據處理?三維模型重構?模型制造《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫認識逆向工程技術逆向工程系統(tǒng)的組成?從逆向工程技術的工作流程可以看出，產品實物的逆向設計首先通過數(shù)據采集設備以及各種先進的數(shù)據處理手段獲得產品表面數(shù)據，然后充分利用成熟的CAD/CAM技術，快速、準確地完成實體幾何模型重構。在工程分析的基礎上，采用實物制造的方法，最后制成產品，實現(xiàn)產品（模型）—設計—產品的整個生產流程，其系統(tǒng)框架如圖所示?！赌嫦蛟O計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫逆向工程技術的發(fā)展趨勢逆向工程技術存在的問題?測量結果存在誤差和遺漏?復雜曲面重構困難?曲面光順和精度難統(tǒng)一?CAD軟件技術不完善?技術的通用性受限?對操作人員專業(yè)性要求高《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫逆向工程技術的發(fā)展趨勢逆向工程技術的發(fā)展趨勢?三坐標測量設備高精度化、自動化、非接觸測量、使用現(xiàn)場化?大規(guī)模散亂數(shù)據處理過程的高精確性和智能化?曲面重構智能化?逆向工程技術的集成化?工業(yè)設計逆向工程技術系統(tǒng)化?測量方法選用與測量方案規(guī)劃合理化?點云處理方法高效化、通用化《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫認識逆向工程技術中的關鍵技術數(shù)據采集技術?數(shù)據采集是指通過特定的測量方法和設備，將物體表面形狀轉換成幾何空間坐標點，從而得到逆向建模以及尺寸評價所需數(shù)據的過程。選擇快速而精確的數(shù)據采集系統(tǒng)，是實現(xiàn)逆向設計的前提條件，它在很大程度上決定了所設計產品的最終質量，以及設計的效率和成本。常見的數(shù)據采集系統(tǒng)有多種形式，其采集原理不同，所能達到的精度、數(shù)據采集的效率以及所需投入的成本也不同，一般需要根據所設計產品的類型做出相應的選擇。《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫認識逆向工程技術中的關鍵技術非接觸式數(shù)據采集方法?激光三角測距法?結構光學法?圖像分析法?計算機斷層掃描成像技術（CT測量法）?核磁共振（MRI）測量法?逐層切削掃描法《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫認識逆向工程技術中的關鍵技術接觸式數(shù)據采集方法?觸發(fā)式數(shù)據采集?連續(xù)掃描式數(shù)據采集?接觸式數(shù)據采集設備?三坐標測量機的測頭系統(tǒng)?三坐標測量機的計算機數(shù)據處理系統(tǒng)?三坐標測量機的操作流程《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫認識逆向工程技術中的關鍵技術接觸式與非接觸式數(shù)據采集方法對比數(shù)據采集方法精度采集速度材料限制設備成本采集范圍影響復雜曲面處理效果接觸式三坐標接觸測量設備≥±0.6μm慢部分有較高大較差非接觸式激光三角測距法測量設備≥±5μm較快無一般較小較好結構光學法測量設備≥±15μm較快部分有(需貼標志點)較高較小較好CT測量法測量設備1mm較慢無高一般一般《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫認識逆向工程技術中的關鍵技術數(shù)據處理與CAD建模技術?應用概述伴隨著逆向工程及其相關技術理論研究的深入進行，其成果的商業(yè)化應用也逐漸受到重視，目前，開發(fā)專用的逆向工程軟件及結合產品設計的結構設計軟件成為逆向工程技術應用的關鍵?！赌嫦蛟O計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫認識逆向工程技術中的關鍵技術數(shù)據處理與CAD建模技術?主要軟件介紹①Geomagic

Wrap軟件②Geomagic

Design

X軟件謝謝觀看項目二

3D打印技術《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫學習目標走進3D打印種類及應用發(fā)展現(xiàn)狀及前景《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫【學習目標】知識目標：1.了解3D打印技術的定義、關鍵技術、應用領域和主要技術優(yōu)勢等；2.掌握3D打印技術的分類及應用；3.理解3D打印材料及技術的現(xiàn)狀、面臨的問題及發(fā)展前景。技能目標：1.學習3D建模技能；2.熟悉3D打印設備。素質目標：1.了解3D打印技術領域前沿知識和技術進展?！赌嫦蛟O計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫走進3D打印技術3D打印定義?3D打印是一種快速成形技術，它以計算機三維設計模型為藍本，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，利用激光束、熱熔噴嘴等方式，將粉末狀金屬、塑料、陶瓷粉末、細胞組織等特殊的可粘合材料，進行逐層堆積黏結，最終疊加成型，制造出實體產品。通俗地說，就是將液體或粉末等“打印材料”裝入打印機，與計算機連接后，通過計算機控制把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物。《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫走進3D打印技術3D打印所需的關鍵技術?信息技術?精密機械?材料科學《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫走進3D打印技術3D打印的應用領域?工業(yè)制造?建筑工程?生物醫(yī)療?消費品?航空航天、國防軍工?文化創(chuàng)意和數(shù)碼娛樂?教育?個性化定制《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫走進3D打印技術3D打印的主要技術優(yōu)勢?產品制造的復雜程度降低?生產制造的范圍擴大?更大程度滿足客戶個性化需求?生產制造效率提高?提高原材料的利用效率《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫種類及應用熔融沉積快速成型技術（FDM）?FDM快速成型技術已被廣泛應用于汽車、機械、航空航天、家電通信、電子、建筑、醫(yī)學、玩具等產品的設計開發(fā)過程，如產品外觀評估、方案選擇、裝配檢驗、功能測試、用戶看樣訂貨、塑料件開模前校驗設計以及少量產品制造等。與傳統(tǒng)方法相比，以前需要幾個星期、幾個月才能制造的復雜產品原型，在采用FDM成型技術后，無須任何刀具和模具，很快便可完成?！赌嫦蛟O計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫種類及應用光固化成型技術（SLA）?用SLA工藝快速制成的立體樹脂模可以代替蠟模進行結殼，型殼焙燒時去除樹脂模，得到中空型殼，即可澆注出具有高尺寸精度和幾何形狀、表面光潔度較好的合金鑄件或直接用來制造注射模的型腔，可以大大縮短制模過程，縮短制品的開發(fā)周期，降低制造成本?！赌嫦蛟O計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫種類及應用選擇性激光燒結技術（SLS）?SLS工藝已經成功應用于汽車、造船、航天、航空、通信、微機電系統(tǒng)、建筑、醫(yī)療、考古等諸多行業(yè)，為許多傳統(tǒng)制造業(yè)注入新的創(chuàng)造力，也帶來了信息化的氣息?！赌嫦蛟O計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫種類及應用選擇性激光熔化技術（SLM）?選擇性激光熔化技術可以采用多種金屬合金粉末加工，具有廣泛的應用領域、應用范圍，如機械領域的工具和模具、生物醫(yī)療領域的生物植入體、航空航天領域的超輕結構件、電子領域的散熱器等等?！赌嫦蛟O計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫種類及應用選擇性激光熔化技術（SLM）?目前，3DP工藝的最熱門應用是在文創(chuàng)娛樂領域，如當下流行的3D攝影，只需一臺3DP全彩打印機和一臺三維掃描儀即可實現(xiàn)人物模型的全彩打印。《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫種類及應用薄材疊層制造成型技術（LOM）?產品設計評估?產品裝配檢驗?鑄造用型芯制造

?制模用母模成型?模具直接制造《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫發(fā)展現(xiàn)狀及前景3D打印材料?工程塑料?光敏樹脂?橡膠類材料?金屬材料?陶瓷材料?其它3D打印材料《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫發(fā)展現(xiàn)狀及前景我國3D打印產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及產業(yè)應用?我國已有部分技術處于世界先進水平，其中，激光直接加工金屬技術發(fā)展較快，已基本滿足特種零部件的機械性能要求，已經成功應用與航天、航空裝備制造。生物細胞3D打印技術取得顯著進展，已可以制造立體的模擬生物組織，為我國生物醫(yī)學領域尖端科學研究提供了關鍵的技術支撐?！赌嫦蛟O計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫發(fā)展現(xiàn)狀及前景我國3D打印產業(yè)的發(fā)展前景?在我國產業(yè)升級的大變革背景下，3D打印技術自然而然得到國家層面的重視。特別是2015年工信部發(fā)布《國家增材制造（3D打?。┊a業(yè)發(fā)展推進計劃（2015-2016）》，首次明確將3D打印列入了國家戰(zhàn)略層面，對3D產業(yè)的發(fā)展做出了整體計劃。到2016年，初步建立較為完善的增材制造產業(yè)體系，整體技術水平保持與國際同步，在航空航天等直接制造領域達到國際先進水平，在國際市場上占有較大的市場份額。謝謝觀看項目二

認識3D打印技術任務二

了解SLS技術《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫現(xiàn)狀：SLS是目前對3D打印技術發(fā)展影響最為深遠的技術原料：粉末材料（尼龍、金屬粉末等）組成部分：激光器、供粉倉、收集倉、鋪粉輥筒等激光器鋪粉輥筒收集倉供粉倉《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫1.SLS技術簡介《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫2.SLS的成型原理此視頻資源來源于網絡，本視頻僅用于教學SLS的成型原理：先利用刮板在工作臺上鋪上很薄的粉末，控制系統(tǒng)控制激光束按照該層的截面輪廓在粉末上進行燒結，被燒結的部分馬上固化在一起。當一層截面燒結完成后，工作臺下降一個層的厚度，刮板又在上面鋪上一層均勻密實的粉末，進行新一層截面的燒結，直至完成整個模型。ü前處理：在CAD軟件中設計出三維數(shù)據模型。并經過STL數(shù)據轉換后輸入到粉末激光燒結快速成型系統(tǒng)中。?UG、Pro/E

等《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫3.SLS的工藝過程《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫3.SLS的工藝過程ü燒結成形此視頻資源來源于網絡，本視頻僅用于教學ü后處理：激光燒結后的PS原型件，強度很弱，需要根據使用要求進行滲蠟或滲樹脂等進行補強處理。由于該原型用于熔模鑄造，所以進行滲蠟處理。滲蠟后的鑄件原型如圖所示。《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫3.SLS的工藝過程① 可使用材料廣泛。可使用的材料包括尼龍、聚苯乙烯等聚合物，鐵、鈦、合金等金屬、陶瓷、覆膜砂等。② 成型效率高。由于SLS技術并不完全熔化粉末，而僅是將其燒結，因此制造速度快。③ 材料利用率高。未燒結的材料可重復使用，材料浪費少，成本較低。④ 無需支撐。由于未燒結的粉末可以對模型的空腔和懸臂部分起支撐作用，不必像FDM和SLA工藝那樣另外設計支撐結構，可以直接生產形狀復雜的原型及部件。⑤ 應用面廣。由于成型材料的多樣化，可以選用不同的成型材料制作不同用途的燒結件，可用于制造原型設計模型、模具母模、精鑄熔模、鑄造型殼和型芯等?！赌嫦蛟O計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫4.SLS技術特點4.1優(yōu)點① 成本高。原材料價格及采購維護成本都較高。② 機械性能不足。SLS成型金屬零件的原理是低熔點粉末粘結高熔點粉末，導致制件的孔隙度高，機械性能差，特別是延伸率很低，很少能夠直接應用于金屬功能零件的制造。③ 需要比較復雜的輔助工藝。由于SLS所用的材料差別較大，有時需要比較復雜的輔助工藝，如需要對原料進行長時間的預處理（加熱）、造成完成后需要進行成品表面的粉末清理等。④ 表面粗糙。由于SLS工藝的原料是粉末狀的，原型的建造是由材料粉層經加熱熔化而實現(xiàn)逐層粘結的，因此，嚴格的來說，原型的表面是粉粒狀的，因而表面質量不高。⑤ 有異味。SLS工藝中的粉末粘結是需要激光能源使其加熱而達到熔化狀態(tài)，燒結過程中揮發(fā)異味?！赌嫦蛟O計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫4.SLS技術特點4.2缺點ü

在模具制造領域的應用SLS工藝可以選擇不同的材料粉末制造不同用處的模具。用SLS法可以直接燒結金屬模具和陶瓷模具，用作注塑、壓鑄、擠塑等塑料成型模及鈑金成型模。采用SLS工藝制作的模具《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫5.SLS技術的應用ü

在醫(yī)學領域的應用由于SLS工藝燒結的零件具有很高的孔隙率，因此用在醫(yī)學上可用于人工骨的制造。根據國外對于用SLS技術制備的人工骨進行的臨床研究表明，人工骨的生物相容性還是比較好的。SLS打印髖關節(jié)SLS打印頭蓋骨《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫5.SLS技術的應用《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫6.SLS技術的發(fā)展前景ü

新型材料的研究目前使用

SLS

技術制造的零件強度低、精度低，需要后處理，急需開發(fā)新型材料。ü

SLS

工藝參數(shù)優(yōu)化研究工藝參數(shù)與成型質量之間的關系是我國

SLS

技術研究中的熱點。ü

SLS

仿真研究由于燒結過程相當復雜，因此實時觀測是很困難的。在燒結過程中，需要用計算機仿真來加強對燒結過程的理解以及指導工藝參數(shù)的選擇。《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫7.SLS技術的最新進展ü

聚合物復合材料聚合物共混可以將不同聚合物材料的優(yōu)點統(tǒng)一到一種聚合物復合材料中，并且通過改變聚合物的成分比例，可以調整最終材料的形態(tài)，實現(xiàn)具有特定結構和功能產品的制備。除開發(fā)新材料和改進現(xiàn)有聚合物材料外，聚合物共混是一種簡單且經濟有效的提高

SLS

材料種類的方法。ü

設備選擇性激光燒結（SLS）是一種基于粉床的使用激光熔化塑料粉末技術。從增材制造的以往發(fā)展歷程上看，該技術的實施門檻相對較高，因為SLS機器仍然昂貴且難以理解。2023年8月30日，盈普三維作為SLS3D打印的老牌企業(yè)，擁有成熟的技術和豐富的經驗，經過多年的研究，推出了一款成熟穩(wěn)定、高效安全的工業(yè)SLS3D打印設備—E360，其售價僅為50萬元，大大降低了用戶使用SLS設備的門檻。目前，E360已經完成生產及試用，用戶反饋試用效果良好，現(xiàn)在盈普三維正式接受E360的預定。謝謝觀看項目二

認識3D打印技術任務二

了解SLA技術《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫現(xiàn)狀：SLA是目前最成熟的3D打印技術原料：光敏樹脂組成部分：光源、料槽、平臺、絲桿等絲桿平臺光源料槽《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫1.SLA技術簡介《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫2.SLA的成型原理此視頻資源來源于網絡，本視頻僅用于教學SLA的成型原理：用特定波長與強度的激光聚焦到光固化材料表面，使被掃描部位的光敏樹脂薄層由點到線，由線到面順序發(fā)生光聚合反應而固化，在工作臺表面形成成形件的一個薄層界面。然后升降臺下降一定距離，再進行掃描，反復操作最終得到一個完整的制件實體模型。ü前處理：在CAD軟件中設計出三維數(shù)據模型。并將CAD設計模型轉化為STL文件格式、確定擺放方位、施加支撐和切片分層等步驟。?UG、Pro/E

等兔子三維模型《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫3.SLA的工藝過程《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫3.SLA的工藝過程ü光固化成型此視頻資源來源于網絡，本視頻僅用于教學ü后固化：將原型從樹脂中取出后，進行最終固化，再經打光、電鍍、噴漆或著色處理即得到要求的產品。兔子成型件《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫3.SLA的工藝過程① 成熟度高。SLA是最早出現(xiàn)的快速原型制造工藝，經過時間的檢驗，技術成熟度高。② 成型速度快、周期短。由CAD數(shù)字模型直接制原型，光敏反應過程便捷，成型速度快，產品生產周期短，無需切削工具與模具。③ 精度高。由于其成型精度高可以加工結構外形復雜或使用傳統(tǒng)手段難于成型的原型和模具。④ 優(yōu)良的表面質量。

雖然在每層固化時側面及曲面可能出現(xiàn)臺階，但上表面仍可得到玻璃狀的效果。⑤ 自動化程度高。其成型過程可以完全自動化，直至原型制作完成。《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫4.SLA技術特點4.1優(yōu)點① 成本高。SLA設備造價高昂，使用和維護成本過高。② 工作環(huán)境苛刻。光敏樹脂具有一定的化學成分，操作人員在使用時必須具備防護措施，對工作環(huán)境要求苛刻。③ 不易長時間保存。由于成型件多為光敏樹脂類，強度、剛度、耐熱性有限，且對環(huán)境有污染，不能與真正的制成品相比，不利于長時間保存。④ 軟件操作困難。所使用的文件格式不為廣大設計人員熟悉。⑤ 計算量大。預處理軟件與驅動軟件運算量大，與加工效果關聯(lián)性太高?！赌嫦蛟O計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫4.SLA技術特點4.2缺點ü

在航空航天領域的應用在航空航天領域，SLA模型可直接用于風洞試驗，進行可制造性、可裝配性檢驗。利用SLA技術可以制作出多種彈體外殼，裝上傳感器后便可直接進行風洞試驗。通過這樣的方法避免了制作復雜曲面模的成本和時間，從而可以更快地從多種設計方案中篩選出最優(yōu)的整流方案，在整個開發(fā)過程中大大縮短了驗證周期和開發(fā)成本。采用SLA工藝制作的導彈模型《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫5.SLA技術的應用采用SLA工藝制作的康復支架《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫5.SLA技術的應用ü

在生物醫(yī)學領域的應用利用SLA技術打印的“私人定制”康復支具，它可以與患者的受傷部位完美契合，而且比石膏更透氣、更美觀、更舒適。《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫6.SLA技術的發(fā)展前景ü

功能化光敏樹脂近年來，SLA技術被廣泛應用于生物、醫(yī)療領域，開發(fā)出抗菌聚合物光敏樹脂、多孔性骨骼或生物組織工程支架用光敏凝膠材料和硬組織修復用光敏樹脂材料等，材料具有生物相溶性，可實現(xiàn)生物器官的3D打印成形。ü

高精度、快速成形的光敏樹脂3D打印成形部件通常需要3～4h以上，增加了產業(yè)的商業(yè)成本，此外SLA的3D打印材料是以層疊加成形，層與層間連續(xù)性導致成形部件精度低。因此，實現(xiàn)光敏樹脂界面間連續(xù)固化成形、提高成形精度，是未來研究方向。ü

無毒環(huán)保型光敏樹脂通常光敏樹脂配方中需要添加稀釋劑，以達到降低黏度的目的，稀釋劑存在揮發(fā)現(xiàn)象，會造成大氣污染和資源浪費，因此開發(fā)新型無溶劑、低黏度綠色環(huán)保的光敏樹脂成為一大研究熱點?！赌嫦蛟O計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫7.SLA技術的最新進展ü

3D打印材料對于光固化快速成型設備來說，光敏樹脂材料是至關重要的，目前進口材料已解決了收縮變形的問題，朝性能多樣化、功能材料方向發(fā)展。ü

設計軟件成型機生產廠商自己開發(fā)的數(shù)據處理軟件已很難滿足要求，一些通用的RP軟件應運而生，其中最著名的是比利時Materialise公司開發(fā)的MagicsRP。ü

設備的機、電、控制系統(tǒng)新的光固化成型設備采用先進的真空吸附涂層系統(tǒng)，使得大平面的涂層可靠性大大提高，并且完全消除了氣泡，整個涂層時間也大大縮短；成型機的電氣系統(tǒng)采用PLC控制，穩(wěn)定性和可靠性得到保證；控制軟件可根據激光功率的變化自動調節(jié)工藝參數(shù)，因而整機性能得到大幅提升。謝謝觀看項目二

認識3D打印技術任務二

了解LOM技術《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫現(xiàn)狀：LOM是當前世界范圍內幾種最成熟的快速成型制造技術之一原料：片材(如紙片、塑料薄膜或復合材料)組成部分：激光器、熱壓輥、工作臺等激光器熱壓輥工作臺《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫1.LOM技術簡介《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫2.LOM的成型原理此視頻資源來源于網絡，本視頻僅用于教學LOM的成型原理：首先在工作臺上制作基底然后工作臺下降，送紙輥筒送進一個步距的紙材，熱壓輥筒滾壓背面涂有熱熔膠的紙材，將當前層與原來制作好的迭層或基底粘結在一起，然后激光器切割。切片軟件根據模型當前層的輪轂控制激光器進行層面切割，再重復之前的操作。這樣制作完畢以后，再將多余的材料去除，就可以得到我們想要的零件。ü前處理：在CAD軟件中設計出三維數(shù)據模型。并將CAD設計模型轉化為STL文件格式，再將STL格式的模型導入到專用的切片軟件中進行切片。?UG、Pro/E

等《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫3.LOM的工藝過程③原型制作《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫3.LOM的工藝過程LOM的工藝過程ü分層疊加成型①設置工藝參數(shù) ②基底制作激光切割速度加熱輥溫度與壓力激光能量切碎網格尺寸ü后處理：人工方法將原型件從工作臺上取下。去掉邊框后，仔細將廢料剝離就得到所需的原型。然后拋光、涂漆，以防零件吸濕變形。《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫3.LOM的工藝過程① 成型速度較快。由于只需要使用激光束沿物體的輪廓進行切割，無須掃描整個斷面，因此成型速度很快，常用于加工內部結構簡單的大型零件。② 無支撐結構。不存在收縮和翹曲變形，無須設計和構建支撐結構。③ 精度較高。制件在Z方向的精度可達0.2～0.3

mm，X和Y方向的精度可達0.1～0.2

mm。④ 成本低?！赌嫦蛟O計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫4.LOM技術特點4.1優(yōu)點① 不能制造中空結構件。難以構建精細形狀的物件，僅限于結構簡單的物件。② 原型的抗拉強度和彈性不夠好。受原材料限制，成型件的抗拉強度和彈性較差。③ 后處理工藝繁瑣。④ 維護費用高。需要專門的實驗室環(huán)境，且維護費用高昂?！赌嫦蛟O計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫4.LOM技術特點4.2缺點在產品裝配檢驗的應用根據某公司提出的轎車系列車燈產品開發(fā)要求，利用疊層實體快速成型機按三維計算機模型進行各種車燈的快速原型制造。通過和整車的裝配檢驗和評估，顯著提高了車燈的開發(fā)效率和成功率。采用LOM工藝制作的轎車前照燈《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫5.LOM技術的應用在快速模具的應用某機床操作手柄為鑄鐵件，人工方式制作砂型鑄造用的木模十分費時困難，而且精度得不到保證。采用LOM工藝制造鑄造母模，克服了人工制作的局限和困難，極大地縮短了產品生產的周期并提高了產品的精度和質量。采用LOM工藝制作的鑄鐵手柄《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫5.LOM技術的應用謝謝觀看項目二

認識3D打印技術任務二

了解FDM技術《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫現(xiàn)狀：FDM是當前應用較為廣泛的一種3D打印技術。原料：絲材（如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC等）組成部分：噴嘴、擠出機、工作臺等噴嘴工作臺《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫1.FDM技術簡介擠出機《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫2.FDM的成型原理此視頻資源來源于網絡，本視頻僅用于教學FDM的成型原理：噴頭底部帶有細微噴嘴（直徑一般為0.2-0.6mm），材料通過噴嘴輸出，將絲狀的熱塑性材料加熱熔化，在計算機控制下，噴頭根據3D模型的數(shù)據移動到指定位置，將熔融狀態(tài)下的液體材料擠噴出來并最終凝固，材料被噴出來后沉積在前一層已固化的材料上，通過材料逐層堆積形成最終的成品。ü前處理：對模型進行CAD三維建模，建模后保存成STL文件格式，再將模型導入切片軟件中，進行分層切片。?UG、Pro/E

等錐齒輪三維模型《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫3.FDM的工藝過程《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫3.FDM的工藝過程ü熔融成型過程此視頻資源來源于網絡，本視頻僅用于教學ü后處理：完成打印后，打開成型室，將零件取出來。沖洗或剝去用于支撐零件的支撐材料，整個過程到此結束。錐齒輪成型件《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫3.FDM的工藝過程① 操作環(huán)境干凈、安全。由于沒有毒氣或化學物質的危險，不使用激光，可在辦公室環(huán)境下進行。② 成本低。熔融沉積造型技術用液化器代替了激光器，設備費用低；另外原材料的利用效率高且沒有毒氣或化學物質的污染，使得成型成本大大降低。③ 尺寸精度較高，表面質量較好，易于裝配?？煽焖贅嫿ㄆ繝罨蛑锌樟慵?。④ 易搬運和更換。原材料以卷軸絲的形式提供，易于搬運和快速更換。⑤ 可選用多種材料。如可染色的ABS和醫(yī)用ABS、PC、PPSF、澆鑄用蠟和人造橡膠。《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫4.FDM技術特點4.1優(yōu)點① 打印精度較低。難以構建結構復雜的零件，做小件或精細件時精度不如SLA。② 成型時間長。需要對整個截面進行掃描涂覆，成型時間較長。③ 原材料價格昂貴。④ 需要設計和制作支撐結構。⑤ 成型物體表面粗糙?！赌嫦蛟O計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫4.FDM技術特點4.2缺點在電器領域的應用國內的極光創(chuàng)新公司采用FDM工藝為用戶定制的臺燈，使用玉米淀粉制作的環(huán)保材料PLA3D打印而成，既健康無害，又帶有高科技性。采用LOM工藝制作的臺燈《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫5.FDM技術的應用在建筑領域的應用在房屋建設中，為了更好地表達設計意圖和展示建筑結構，設計圖紙與建筑模型是必不可少的。以往手工制作的模型，大多精度不夠，而3D打印技術則彌補了其不足，3D打印出的建筑模型更加立體、更加直接，能更好地表達設計者的思想。采用LOM工藝制作的建筑模型《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫5.FDM技術的應用《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫6.FDM技術的發(fā)展前景ü

聚合物材料材料是促進FDM3D打印機發(fā)展的關鍵，目前常用于FDM打印機上的聚合物有PLA、ABS、PA、PP、PCL、PEEK等，但是該類材料存在的共性問題就是打印制件機械強度較差，限制了其在工程結構件方面的應用。為了提升FDM打印部件的機械性能并滿足承重要求，纖維增強聚合物復合材料被越來越多地引入到FDM加工中，這在工業(yè)領域引起了廣泛關注?！赌嫦蛟O計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫7.FDM技術的最新進展ü

聚合物材料研究人員發(fā)現(xiàn)，添加單一類型的短纖維或連續(xù)纖維往往會增加復合材料的某些機械性能，但同時會降低其他機械行為。因此，不能只通過使用一種纖維來達到復合材料的性能平衡。為了克服上述缺點和限制，多種纖維混合和多種混合形式（統(tǒng)稱混合纖維）可以減少短纖維和連續(xù)纖維的弱點，可全面提升制件機械性能且可自由設計制件其它性能。ü

設備研制大尺寸高溫FDM成型裝備，是將FDM技術向工業(yè)領域推廣的關鍵一步。在前期工作基礎上，通過對打印機結構及控制軟件進行優(yōu)化升級，設備運行的穩(wěn)定性顯著提高，打印精度和打印速度分別由±0.2mm、50mm/s提高到±0.1mm、120mm/s。打印精度已與多數(shù)商用桌面打印機相當，成型速度優(yōu)于大部分桌面型打印機。下一步，將在此基礎上，通過采用多噴頭技術，進一步提高打印速度。為大型FDM打印機的實用化鋪平道路。謝謝觀看項目二

認識3D打印技術任務二

了解3DP技術《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫現(xiàn)狀：3DP是目前最為成熟的彩色3D打印技術。原料：粉末材料（如陶瓷、金屬、石膏、塑料粉末等）組成部分：噴頭、工作臺、鋪粉輥子等工作臺噴頭鋪粉輥子《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫1.3DP技術簡介《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫2.3DP的成型原理此視頻資源來源于網絡，本視頻僅用于教學3DP的成型原理：將粉末通過水平壓輥平鋪于打印平臺之上，噴頭按照截面輪廓對實心部分所在的位置噴上粘接劑，使粉末顆粒粘接在一起。一層材料粘結完畢后，工作平臺下降0.1mm，儲粉缸推出若干粉末，并被鋪粉輥推到成型缸，噴頭繼續(xù)噴射粘結劑。如此周而復始地送粉、鋪粉和噴射粘結劑，直至整個模型粘結完畢。ü前處理：在CAD軟件中設計出三維數(shù)據模型。并將CAD設計模型轉化為STL文件格式，再將STL格式的模型導入到專用的切片軟件中進行切片。?UG、Pro/E

等圓柱體三維模型《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫3.3DP的工藝過程《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫3.3DP的工藝過程ü成型過程此視頻資源來源于網絡，本視頻僅用于教學ü后處理：將模型從成型槽中挖出來，用毛刷或氣槍等工具將其表面的粉末清理干凈。一般剛成型的模型很脆弱，在壓力作用下會粉碎，所以需涂上一層蠟、乳膠或環(huán)氧樹脂等固化滲透劑以提高其強度。圓柱體成型件《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫3.3DP的工藝過程① 成型速度快。成型噴頭可用多個噴嘴。② 可彩色打印。可實現(xiàn)有漸變色的全彩色3D打印，可以完美體現(xiàn)設計師在色彩上的設計意圖。③ 無需支撐材料。打印過程無需支撐材料，不但免除去除支撐的過程，而且也降低了使用成本。④ 可實現(xiàn)大型件的打?。壳白畲罂纱蛴?米）?！赌嫦蛟O計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫4.3DP技術特點4.1優(yōu)點① 產品力學性能差。強度、韌性相對較低，通常只能做樣品展示，無法適用于功能性試驗。② 模型精度和表面質量比較差。③ 原材料價格較貴?！赌嫦蛟O計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫4.3DP技術特點4.2缺點在原型制造領域的應用利用3DP技術可以快速地制造出產品的概念模型，直觀地展現(xiàn)產品的雛形。用三維打印成型技術可以制作逼真的彩色模型，非常適用于醫(yī)學模型，建筑模型等。采用3DP制作的成型模型《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫5.3DP技術的應用在模具制造領域的應用三維印刷成型工藝可以用來制造模具，包括直接制造砂模，熔模以及模具的母模。采用傳統(tǒng)方式制造模具，需要事先人工制模，而這個過程耗時占到了整個模具制作周期的70%，采用三維印刷成型工藝可避免此復雜的程序，可以制造出形狀復雜高精度的模具。采用3DP工藝制作的模具《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫5.3DP技術的應用《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫6.3DP技術的發(fā)展前景ü

材料雖然目前3DP技術可使用的材料種類十分豐富，在眾多增材制造技術處于領先地位，但仍有不盡如人意之處。材料領域仍然是很長一段時間內的研究重點。首先，由于研究歷史遠遠短于傳統(tǒng)加工技術，當前研究人員的研究重點仍處于實現(xiàn)階段，即使用3DP技術實現(xiàn)對某種材料的加工，而對于材料成形過程中的發(fā)生的變化、詳細的成形過程等微觀原理研究較少。這些基礎研究是指導改進工藝技術，提高制造效果所必不可少的，也必然會成為將來研究人員所關注的重點。ü

噴頭設備噴頭是3DP設備的備，噴頭的性能及控制方式直接決定著3DP設備的最高性能。目前3DP設備為了控制成本多使用熱氣核心設泡式或壓電式商業(yè)噴頭。這些噴頭本身是研發(fā)用于噴墨打印機或噴繪機中，設計要求與3DP設備的實際使用要求略有出入。商業(yè)噴頭對噴射液體粘度和表面張力范圍的嚴格要求，很大程度上限制了3DP技術使用粘結劑的范圍，并不利于技術的發(fā)展。因此開發(fā)3DP技術專用噴頭顯得十分必要。謝謝觀看《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫【學習目標】知識目標：1.掌握掃描策略的制定方法；2.掌握支架式白光雙目掃描儀的定標方法；3.掌握Geomagic

Wrap軟件的數(shù)據處理流程；4.掌握Geomagic

Design

X軟件中面片草圖、拉伸、圓形陣列等命令。技能目標：1.能夠正確使用顯像劑和標志點；2.能夠對支架式白光雙目掃描儀進行標定；3.能夠使用支架式白光雙目掃描儀完成數(shù)據采集；4.能夠應用Geomagic

Wrap軟件進行數(shù)據預處理；5.能夠應用Geomagic

Design

X軟件完成簡單零件逆向設計?！卷椖恳搿磕称嚾f向節(jié)叉部件破損，部分發(fā)生變形，需要更換，要求結合逆向工程技術，在不破壞原產品的情況下對其進行數(shù)據采集，并完成逆向設計；掃描時盡量保證數(shù)據完整，保留產品原有特征，設計模型經3D打印后結合鑄造技術進行鑄造加工，加工成品要求精度控制在±0.2mm，內外表面光潔。該產品原型如圖所示，外形尺寸約為90mm，體積不大，結合產品設計要求，選用天遠OKO系列白光雙目掃描儀，該掃描儀掃描精度高、速度快、采集數(shù)據量大，尤其適用于小件物品的數(shù)據采集，可實時顯示攝像機的圖像和得到的三維數(shù)據結果?！卷椖糠治觥縧

1. 產品分析掃描產品原型為鍛造零件，結構較為簡單，為對稱件，端部有圓柱齒輪特征，可以用鏡像、陣列命令完成特征設計；掃描時要求保證數(shù)據完整，保留產品原有特征，點云分布規(guī)整平滑，因此在掃描時采用整體掃描方案。【項目分析】l

2. 掃描策略的制定（1）表面分析

觀察后發(fā)現(xiàn)該產品原型呈暗黑色，不利于數(shù)據的采集，因此需對原型表面進行噴粉處理。（2）策略制定

零件主要掃描部分為連桿頭部內外圓弧、端部齒輪特征，需要經過多角度、多范圍的多次掃描，才能完成零件完整數(shù)據的采集，因此選擇在零件表面粘貼標志點，以實現(xiàn)多次掃描數(shù)據的坐標系統(tǒng)一。任務0102數(shù)據采集數(shù)據處理【項目實施】03數(shù)據應用1.1

掃描前的準備工作l

1.1.1 噴粉該產品為暗黑色鍛造鋼件，在不噴粉的狀態(tài)下很難直接進行掃描，所以需要在零件表面噴涂薄薄的顯像劑。在噴粉時，噴粉距離約為300mm左右，如圖所示。在滿足掃描要求的前提下盡可能薄且均勻，顯像劑噴灑過多，不僅在物體表面形成留痕，更會造成物體厚度疊加，影響掃描精度。噴粉后的零件如圖所示。1.1

掃描前的準備工作l

1.1.2 標志點粘貼在零件表面粘貼標志點，可以實現(xiàn)多次掃描數(shù)據的坐標系統(tǒng)一。粘貼標志點時應注意以下幾點：（1）標志點不要粘貼在一條直線上，也不要對稱粘貼；（2）過渡區(qū)公共標志點數(shù)量至少為4個；（3）標志點應使相機在盡可能多的角度可以同時看到；（4）標志點粘貼應選擇面積較大且曲率較小的曲面，盡量遠離邊緣。本次掃描時標志點粘貼方式如圖3-4所示，供大家參考。1.2

數(shù)據采集l

1.2.1 設備調整數(shù)據掃描前需將掃描儀進行精度校準，設備精度達到采集要求標準后方可進行數(shù)據采集。(1)掃描儀精度校準

又叫掃描儀定標，它是得到三維世界中物體點的三維坐標與其圖像上對應點的函數(shù)關系的過程，是決定系統(tǒng)掃描精度的重要因素。1.2

數(shù)據采集l

1.2.1

設備調整本次案例數(shù)據采集時選用支架式白光雙目掃描儀，定標過程按以下步驟進行：1）找出和掃描儀型號相對應的標定板，如圖所示。后四位尾數(shù)一致1.2

數(shù)據采集l

1.2.1

設備調整2）調節(jié)掃描儀增益和曝光值，以保證人眼能夠在拍攝圖像上清晰的分辨出黑色圓點，達到最好的效果；3）調節(jié)掃描儀位置，使其掃描范圍和標定板大小一致，且上下、左右都有調節(jié)余地；然后在標定板上放置一張白紙，打開視場中心按鈕，調節(jié)掃描儀高度和角度，使紅、黑十字中心對齊；取掉白紙，移動掃描儀，使十字光斑位于中心大點內，此時為設備定標初始位置。1.2

數(shù)據采集l

1.2.1

設備調整4）將標定板進行旋轉查看，確保每個位置都能在CCD相機中看到中間四個大點和盡可能多的小點，并且保證全程能夠順利旋轉，無磕碰和中心偏移現(xiàn)象；確認無誤后，旋轉工作臺，使標定板四個大點中共線的三個大點在另一個大點的下方，此時為標定板初始位置。5）單擊鼠標打開設備定標圖標，在當前位置上直接點擊位置1；6）順時針旋轉標定板90°，將三腳架高度上調兩圈，使紅十字位于黑十字外，點擊位置2；1.2

數(shù)據采集l

1.2.1

設備調整7）同方向旋轉標定板90°,將三腳架高度下調四圈，使紅十字位于黑十字外，點擊位置3；8）同方向旋轉標定板90°，調整相機仰角（上調15~30°左右，角度約50~60°)，在標定板上放入白紙，調整掃描儀高度，使紅黑十字中心對齊；取掉白紙，點擊位置4；9）同方向旋轉標定板90°,將三腳架高度下調四圈，使紅十字位于黑十字外，點擊位置5；1.2

數(shù)據采集l

1.2.1

設備調整10）同方向旋轉標定板90°，調整相機右傾角（角度約15~20

°)，使十字中心對齊，點擊位置10；11）同方向旋轉標定板90°，三腳架高度上調兩圈，使紅十字位于黑十字外，點擊位置11；12）同方向旋轉標定板90°，三腳架高度下調四圈，使紅十字位于黑十字外，點擊位置12。以上12步操作完成后，點擊確認，彈出定標結果對話框，查看設備精度值，若精度在0.02以內，則點擊確定按鈕；若精度不高，則需重新標定。本次定標操作，設備精度符合要求，定標成功。1.2

數(shù)據采集l

1.2.1

設備調整（2）視場對齊

當精度達標時，將零件放置在轉盤上，調整掃描儀角度和位置，確保轉盤和零件在掃描儀十字中間，如圖所示，旋轉轉盤一周，保證在軟件實時顯示區(qū)能夠看到零件整體。（3）參數(shù)調整

觀察實時顯示區(qū)域中零件的亮度，在軟件中設置相應的相機曝光值和增益值，一般情況下曝光值為52左右，增益值在10左右，可根據環(huán)境適當調整，以物體不反光為宜；（4）位置調整

檢查掃描儀與零件的距離，此距離可依據軟件實時顯示區(qū)紅色十字和黑色十字重合確定，重合后距離約為600mm高度為宜，如圖所示。1.2

數(shù)據采集l

1.2.2

零件掃描調整好位置和設備參數(shù)后，按以下步驟進行掃描。（1）上表面數(shù)據采集

按圖所示固定擺放零件，點擊掃描按鈕后開始掃描，每掃描一次將工作臺旋轉一定角度，直至整個上表面數(shù)據采集完畢。由于該設備是四點拼接，必須保證前后兩步有4個以上公共重合標志點，建議轉盤的轉動角度一般在15°左右；在掃描過程中，需實時觀察掃描數(shù)據的完整性，及時調整零件擺放角度，對缺失數(shù)據的部位有針對的進行掃描，使掃描數(shù)據盡量完整。公共標志點1.2

數(shù)據采集l

1.2.2

零件掃描（2）下表面數(shù)據采集

上表面數(shù)據采集結束后，利用上下表面的公共標志點進行翻轉，且數(shù)量大于4個，如圖3-8所示，下表面零件上同樣粘貼一定數(shù)量的標志點，以保證數(shù)據采集的順利進行，確定擺放角度后，固定零件，點擊掃描按鈕開始掃描，按上半部分的掃描步驟完成數(shù)據采集。1.2

數(shù)據采集l

1.2.3

數(shù)據保存數(shù)據采集完成后，

選擇保存路徑，

將掃描點云數(shù)據另存為“

萬向節(jié)叉.asc”格式文件。采集完成后的點云數(shù)據需要應用Geomagic

Wrap軟件將掃描雜點去除，并填充粘貼標志點形成的孔洞，形成封閉完整的零件數(shù)據。2.1

點云階段數(shù)據處理應用Wrap軟件將掃描雜點去除，完成數(shù)據封裝，獲得多邊形數(shù)據。1.打開文件打開Wrap軟件，用鼠標將“萬向節(jié)叉.asc”的文件拖入界面，選擇比率（100%）和單位（mm），進入軟件界面，如圖所示。2.1

點云階段數(shù)據處理2.去除雜點著色

點擊【著色】下拉菜單“著色點”命令

，點云數(shù)據由黑色變成綠色。刪除非連接項

點擊【選擇】下拉菜單“非連接項”命令

，出現(xiàn)如圖所示對話框，根據點云數(shù)據的完整性選擇合適數(shù)值，以不改變零件特征為宜，本次選擇“低”分割和尺寸“5.0”，點擊【確定】將數(shù)據中的非連接項刪除。2.1

點云階段數(shù)據處理刪除體外孤點

點擊【選擇】下拉菜單“體外孤點”命令，出現(xiàn)如圖所示對話框，以刪除較多雜點為目標，合理調整敏感度值；本次選擇敏感度“85”，點擊【確定】，將點云中選中雜點刪除。減少噪音

點擊【減少噪音】命令

，出現(xiàn)如圖所示對話框，點擊【確定】去除點云中的噪音點，完成數(shù)據如圖所示。2.1

點云階段數(shù)據處理3.封裝點云數(shù)據點擊【封裝】命令

，出現(xiàn)如圖所示對話框，選擇自動降低噪音，勾選最大三角形數(shù)量，點擊【確定】，數(shù)據由點云轉換為多邊形界面，如圖所示。2.2

多邊形階段數(shù)據處理多邊形階段的數(shù)據表面有眾多標志點粘貼形成的孔洞，以及部分掃描數(shù)據缺失形成的孔洞，需要應用【填充孔】命令進行填充修補，使數(shù)據完整封閉；此外，針對零件表面凹凸不平的部分，需要應用【刪除釘狀物】、【去除特征】等命令對數(shù)據進行平整光順。1.填充孔洞（1）

填充內部孔

針對粘貼標志點形成的孔洞，點擊【填充單個孔】命令

，選擇【平面】和【內部孔】命令，點擊要填充的孔，完成孔洞填充，如圖3-15所示。2.2

多邊形階段數(shù)據處理（2）

填充邊界孔

對于掃描過程中缺失的邊緣數(shù)據，可點擊【填充單個孔】命令，選擇【曲率】和【邊界孔】，將數(shù)據中的其它孔洞填充；也可結合【切線】、【搭橋】選項，在不改變原有特征的情況下合理搭配使用完成對孔洞的填充，如圖所示。2.2

多邊形階段數(shù)據處理2.平滑曲面（1）刪除釘狀物

鼠標左鍵框選要平滑的曲面部分，點擊【刪除釘狀物】命令

，將多邊形網格中的中的單點尖峰展開，如圖所示。2.2

多邊形階段數(shù)據處理（2）松弛

鼠標左鍵框選要平滑的曲面部分，使用【松弛】命令

處理緊皺網格，如圖（a）；使用【砂紙】命令使多邊形網格更平滑，如圖（b）所示。（a）松弛網格（b）砂紙打磨網格2.2

多邊形階段數(shù)據處理（3）去除特征

鼠標左鍵框選要平滑的曲面部分，使用【去除特征】命令將凸起部分數(shù)據處理平滑，平滑前后如圖所示。3.保存文件將處理好的數(shù)據另存為“萬向節(jié)叉.stl”格式文件。2.3

逆向設計過程該零件是簡單鑄件，整體結構對稱，由圓孔、圓柱及規(guī)則齒輪狀特征組成，在逆向設計過程中，可以利用Design

X軟件中的面片草圖、拉伸等命令完成各部分的實體設計，齒輪特征可設計其中一個齒形，圍繞齒輪中心線通過圓形陣列命令獲得。下面講述逆向設計的詳細步驟。2.3

逆向設計過程l

2.3.1

打開文件打開Design

X軟件，選擇“插入”—“導入”命令，在彈出的對話框中選擇要導入的文件數(shù)據“萬向節(jié)叉.stl”，也可用鼠標直接將STL文件拖入窗口，點云導入后的界面，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.2

建立坐標系（1）建立參照平面

單擊【插入】下拉菜單中的【參照幾何形狀】，方法【選擇多個點】，在圓柱齒斷面選擇多個點，創(chuàng)建平面1，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.2

建立坐標系（2）繪制參考線

單擊【面片草圖】，選擇平面1作為基準面，選擇【直線】，以圓弧圓心為起點，繪制一條直線，雙擊直線加【水平】約束，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.2

建立坐標系（3）對齊坐標系

單擊【手動對齊】

，點擊

進入下一階段移動方式選擇3-2-1，如圖所示，依次選擇平面1和直線作為參考，單擊對勾完成坐標對齊，點擊主視圖，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.3

圓柱模型設計（1）創(chuàng)建草圖基準面

點擊【面片草圖】，選擇圓柱底面基準，由基準面偏移的距離57.5mm，如圖所示，單擊【確定】按鈕，完成后如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.3

圓柱模型設計（2）

繪制輪廓草圖

點擊【圓】命令，繪制圓

，直到輪廓線與粉線重合，如圖所示，點擊【確定】。2.3

逆向設計過程l

2.3.3

圓柱模型設計（3）拉伸圓柱

選擇【拉伸】命令，選擇之前繪制的圓柱草圖輪廓，拉伸【長度】至75，點擊【確定】，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.4

圓柱齒繪制（1）創(chuàng)建輪廓基準面

點擊【面片草圖】，選擇圓柱底面作為基準面，由基準面向上偏移距離20mm，如圖所示，單擊【確定】，完成后如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.4

圓柱齒繪制（2）繪制輪廓草圖

點擊【直線】、【三點圓弧】、【圓角】命令，繪制單個齒的輪廓線，調整位置使繪制輪廓線與粉線重合，如圖所示，點擊【確定】。2.3

逆向設計過程l

2.3.4

圓柱齒繪制（3）拉伸輪廓

選擇【拉伸】命令，選擇之前繪制的齒牙草圖，點擊【拉伸】，【長度】至43，點擊【確定】，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.4

圓柱齒繪制（4）提取中心線

選擇【參照線】命令，【方法】選擇【提取】，提取圓柱面，點擊【確定】如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.4

圓柱齒繪制（5）創(chuàng)建草圖基準面

點擊【面片草圖】，選擇【中心】為基準，由基準面偏移的距離0mm，如圖所示，單擊【確定】按鈕，完成后如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.4

圓柱齒繪制（6）繪制輪廓草圖

點擊【直線】命令，繪制直線，調整位置使繪制輪廓線與粉線重合，如圖所示，點擊【確定】。2.3

逆向設計過程l

2.3.4

圓柱齒繪制（7）曲面掃描

點擊【曲面掃描】命令，選擇上一步繪制的直線，【路徑】選擇【圓柱邊】，如圖所示點擊【確定】。2.3

逆向設計過程l

2.3.4

圓柱齒繪制（8）剪切單個齒

選擇【剪切】命令，【工具要素】選擇之前的【曲面掃描】部分，【對象體】選擇拉伸齒，【殘留體】選擇長段部分，點擊【確定】如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.4

圓柱齒繪制（9）圓形陣列

點擊【圓形陣列】命令，【體】選擇單個齒，【回轉軸】選擇【中心線】，【要素】16，【角度】360°，點擊【確定】，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.4

圓柱齒繪制（10）布爾合并

選擇【布爾運算】，【操作方法】選擇【合并】，【要素】選擇上一步陣列的所有齒，點擊【確定】，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.4

圓柱齒繪制（11）拉伸輪廓

選擇【拉伸】命令，選擇第（2）步繪制的草圖，點擊【拉伸】，【長度】至42，點擊【確定】，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.4

圓柱齒繪制（12）倒圓角

選擇【圓角】命令，【要素】選擇上一步拉伸體的前端面，【半徑】設置為“1mm”，點擊【確定】，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.4

圓柱齒繪制（13）圓形陣列

再次點擊【圓形陣列】，【體】選擇拉伸3，【回轉軸】選擇中心線，【要素】16，【角度】360°，點擊【確定】，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.4

圓柱齒繪制（14）布爾求差

點擊【布爾運算】，【操作方法】選擇【剪切】，【要素】選擇上一步陣列的體，點擊【確定】，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.5

連桿頭部模型設計（1）創(chuàng)建草圖基準面

點擊【面片草圖】，選擇圓柱中心為基準面，向里偏移距離14mm，如圖所示，單擊【確定】按鈕，完成后如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.5

連桿頭部模型設計（2）繪制輪廓草圖

點擊【直線】、【三點圓弧】命令，繪制模型輪廓線，調整位置使繪制輪廓線與粉線重合，如圖所示，點擊【確定】。2.3

逆向設計過程l

2.3.5

連桿頭部模型設計（2）拉伸輪廓

選擇【拉伸】命令，選擇上一步繪制的草圖輪廓，點擊【拉伸】，【長度】至“20.5mm”；選擇【反方向】，長度同至“20.5mm”，點擊【確定】，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.5

連桿頭部模型設計（3）倒圓角

選擇【圓角】命令，【要素】選擇上一步拉伸體的邊，【半徑】設為“20mm”，點擊【確定】，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.5

連桿頭部模型設計（5）創(chuàng)建輪廓基準面

點擊【面片草圖】，選擇“左側面”為基準面，由基準面向內偏移距離5mm，如圖所示，單擊【確定】按鈕，完成后如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.5

連桿頭部模型設計（6）繪制輪廓草圖

點擊【圓弧】命令，繪制圓弧，調整位置使繪制輪廓線與粉線重合，如圖所示，點擊【確定】。2.3

逆向設計過程l

2.3.5

連桿頭部模型設計（7）拉伸外圓

點擊【拉伸】命令，選擇上一步繪制的外圓弧，【長度】距離至2，點擊【確定】，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.5

連桿頭部模型設計（8）拉伸內圓孔

選擇【拉伸】命令，選擇繪制的草圖內圓弧，長度距離至【通過】，【方法】選擇【剪切】，點擊【確定】，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.5

連桿頭部模型設計（9）創(chuàng)建基準面輪廓

點擊【面片草圖】，選擇上表面為基準，由基準面向里偏移距離1.5mm，如圖所示，單擊【確定】按鈕，完成后如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.5

連桿頭部模型設計（10）繪制輪廓草圖

點擊【圓弧】命令，繪制小圓，調整位置使其與粉線重合，如圖所示，點擊【確定】。2.3

逆向設計過程l

2.3.5

連桿頭部模型設計（11）拉伸小圓孔

點擊【拉伸】命令，選擇繪制小圓孔，長度距離至87，【方法】選擇【剪切】，點擊【確定】，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.6

模型倒圓（1）倒圓角

選擇【圓角】命令，【要素】選擇連桿頭部內邊，【半徑】設為2mm，點擊【確定】，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.6

模型倒圓繼續(xù)選擇【圓角】命令，【方法】選擇【可變圓角】，【要素】選擇連桿頭部外邊，調節(jié)圓角半徑，點擊【確定】，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.6

模型倒圓用相同的倒角方法，對另一邊進行倒圓角，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.6

模型倒圓（2）布爾合并

選擇【布爾運算】，【操作方法】選擇【合并】，【要素】選擇所有體，點擊【確定】，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.6

模型倒圓（3）倒圓角

選擇【圓角】命令，【要素】選擇圓柱與連桿頭部相交邊，【半徑】為1mm，點擊【確定】，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.7

偏差分析在【Accuracy Analyzer（TM）】面板的【類型】選項組中選中【偏差】，單擊按鈕，顯示曲面與網絡（三角面片）之間的誤差，根據設計要求填寫曲面與原始數(shù)據之間的偏差的上下限值，如圖所示，圖形顯示零件為綠色，表示模型偏差在設計范圍內，符合要求。2.3

逆向設計過程l

2.3.8

文件輸出有了逆向設計完成后的實體模型，檢驗合格后，就可以應用3D打印技術對其進行蠟模打印了，為了保證零件在軟件間的通用性，我們將其輸出為【STP】格式。在菜單欄中點擊【文件/輸出】，選擇零件為輸出要素，如圖所示，單擊【確定】按鈕，選擇文件的保存路徑及格式，文件命名為【liangan】，點擊保存。3.

數(shù)據應用逆向設計完成后的模型可應用3D打印機完成蠟模打印，用于零件鑄造。為適應打印機的文件格式，需要先將文件導入UG軟件，轉換輸出STL格式，再將其輸入打印機操作軟件中，合理設置參數(shù)后就可以打印模型了。下面簡要講述數(shù)據應用步驟，供大家參考。3.

數(shù)據應用l

3.1

打開文件打開UG軟件，選擇【文件/打開】命令，在彈出的對話框中選擇要打開的文件數(shù)據“l(fā)iangan.stp”，如圖所示。3.

數(shù)據應用l

3.2

格式轉換將導入的模型選中，導出文件

“l(fā)iangan.stl”，如圖所示。3.

數(shù)據應用l

3.3

導入文件打開3D打印機操作軟件，導入“l(fā)iangan.stl”格式文件，如圖所示。3.

數(shù)據應用l

3.4

參數(shù)設置合理擺放模型后，依次設置打印參數(shù)，如圖所示。3.

數(shù)據應用l

3.5

模型打印參數(shù)設置完成后，輸出打印文件，對模型打印進行預測分析，如圖所示。3.

數(shù)據應用l

3.6

模型表面處理將處理后的模型數(shù)據導入打印機，打印蠟模如圖所示，打印完成后的蠟模經鑄造企業(yè)表面處理后，滿足鑄造要求。勺(《逆向設計與3D打印案例教程》數(shù)字資源庫【學習目標】知識目標：1.掌握Geomagic

Wrap軟件的數(shù)據對齊方法；2.掌握Geomagic

Design

X軟件自動分割點云領域的方法；3.掌握基于面片草圖構造實體的基本方法。技能目標：1.能夠合理制定掃描方案；2.熟練使用白光雙目掃描儀完成數(shù)據采集；3.能夠應用Geomagic

Wrap手動注冊命令完成點云合并；4.熟練應用Geomagic

Design

X軟件完成規(guī)則模型特征設計?！卷椖恳搿磕称髽I(yè)車間數(shù)控加工件圖紙丟失，要求結合逆向工程技術，在不破壞原產品的情況下對其進行數(shù)據采集，并將逆向設計后的零件進行制造加工，加工成品要求精度控制在±0.1mm，內外表面光潔?！卷椖糠治觥縧

1. 產品分析掃描產品原型為數(shù)控加工件，如圖5-1所示，外形尺寸約為90mm，體積不大，自帶金屬光澤，表面精度高，結構復雜，正反面均有細節(jié)特征，掃描時要求保證數(shù)據完整，保留產品原有特征，點云分布規(guī)整平滑。結合產品設計要求，選用天遠OKO系列白光掃描儀，該掃描儀掃描精度高、速度快、采集數(shù)據量大，尤其適用于小件物品的數(shù)據采集，可實時顯示攝像機的圖像和得到的三維數(shù)據結果?！卷椖糠治觥縧

2. 掃描策略的制定（1）

表面分析

觀察后發(fā)現(xiàn)該產品原型自帶金屬光澤，極易反光，不利于數(shù)據的采集，因此需對原型表面進行噴粉處理；（2）

結構分析

零件整體由圓柱、內孔、凹槽、底部內凹圓弧等規(guī)則形狀組成，需要經過多角度、多范圍的多次掃描，才能完成零件完整數(shù)據的采集，因此選擇標志點拼接模式，以實現(xiàn)多次掃描數(shù)據的坐標系統(tǒng)一；（3）

策略制定

零件側面與上下面垂直，而且面積較小，不利于實現(xiàn)整體翻轉掃描，因此選擇分別掃描上、下表面數(shù)據，用側面做公共區(qū)域，利用Geomagic

Wrap軟件中的對齊命令將上、下掃描數(shù)據拼接，獲得整體數(shù)據。任務0102數(shù)據采集數(shù)據處理【項目實施】03數(shù)據應用1.1

掃描前的準備工作l

1.1.1 噴粉在噴粉時，噴粉距離約為30cm左右，如圖5-2所示。在滿足掃描要求的前提下盡可能薄且均勻，顯像劑噴灑過多，會造成物體厚度疊加，影響掃描精度。噴粉后的零件如圖所示。1.1

掃描前的準備工作l

1.1.2 標志點粘貼掃描零件特征較多，且需多次移動并改變掃描角度，因此選擇把標志點粘貼在零件表面，這樣有利于在掃描過程中隨時移動零件，保證數(shù)據的完整性。由于零件表面積不大，依照項目三中的標志點粘貼原則，本次掃描時標志點粘貼方式如圖5-4所示，供大家參考。1.2

數(shù)據采集l

1.2.1 設備調整（1）

視場對齊

數(shù)據掃描前需將掃描儀進行精度校準，校準方式參考項目一、任務二中設備標定步驟，當精度達標時，將零件放置在轉盤上，調整掃描儀角度和位置，確保轉盤和零件在掃描儀十字中間，旋轉轉盤一周，觀察軟件實時顯示區(qū)，保證能夠看到零件整體，如圖所示。（2）

參數(shù)調節(jié)

觀察實時顯示區(qū)域中零件的亮度，在軟件中設置相應的相機曝光值和增益值，可根據環(huán)境適當調整，以零件不反光為宜。1.2

數(shù)據采集l

1.2.2

零件掃描調整好位置和設備參數(shù)后，按以下步驟進行掃描。（1）

上表面數(shù)據采集

按圖5-6所示固定擺放零件，點擊掃描按鈕后開始掃描，每掃描一次將工作臺旋轉一定角度，直至整個上表面數(shù)據采集完畢。在掃描過程中，需實時觀察掃描數(shù)據的完整性，及時調整零件擺放角度，對缺失數(shù)據的部位有針對的進行掃描，使掃描數(shù)據盡量完整。掃描完成后，選擇保存路徑，將掃描點云數(shù)據另存為“ceshijian1.asc”格式文件。1.2

數(shù)據采集l

1.2.2

零件掃描（2）

下表面數(shù)據采集

將零件上下表面翻轉，固定擺放如圖5-7所示，點擊掃描按鈕開始掃描，

按照上表面的掃描方法完成數(shù)據的采集過程，

并將點云數(shù)據另存為“ceshijian2.asc”格式文件。1.2

數(shù)據采集l

1.2.2

零件掃描上、下表面點云數(shù)據采集完成后，需要應用Geomagic

Wrap軟件將兩部分數(shù)據拼合成整體，并將掃描雜點去除，填充粘貼標志點形成的孔洞，形成封閉完整的零件數(shù)據。2.1

點云階段數(shù)據處理應用Wrap軟件將掃描雜點去除，完成數(shù)據封裝，獲得多邊形數(shù)據。打開文件打開Wrap軟件，用鼠標將ceshijian1.asc的文件拖入界面，選擇比率（100%）和單位（mm），進入軟件界面，如圖所示。2.1

點云階段數(shù)據處理2.去除雜點著色

點擊【著色】下拉菜單“著色點”命令

，點云數(shù)據由黑色變成綠色。刪除非連接項

點擊【選擇】下拉菜單“非連接項”命令

，出現(xiàn)如圖所示對話框，根據點云數(shù)據的完整性選擇合適數(shù)值，以不改變零件特征為宜，本次選擇“低”分割和尺寸“5.0”，點擊【確定】將數(shù)據中的非連接項刪除。2.1

點云階段數(shù)據處理刪除體外孤點

點擊【選擇】下拉