增材制造与3D打印技术及应用课件第2章-增材制造的前处理.ppt

1、第第2 2章章 增材制造的前处理增材制造的前处理本章重点与难点本章重点与难点 本章重点：本章重点：1.熟悉用计算机辅助设计软件构造三维模型的方法；2.熟悉三维模型的STL格式化；3.了解三维模型的切片处理。本章难点：本章难点：1.利用反求工程构造三维模型；2.三维模型的切片处理。增材制造的前处理增材制造的前处理一、三维模型构造的方法一、三维模型构造的方法二、三维模型的二、三维模型的STL格式化格式化三、三维模型的切片处理三、三维模型的切片处理 由于快速成形机只能接受计算机构造的工件三维模型（即立体由于快速成形机只能接受计算机构造的工件三维模型（即立体图，如图图，如图2-1所示），然后才能进行分

2、层切片处理，因此，首先必所示），然后才能进行分层切片处理，因此，首先必须建立三维模型，目前构造三维模型主要有以下办法：须建立三维模型，目前构造三维模型主要有以下办法：应用计算机三维设计软件，根据产品的要求设计三维模型；应用计算机三维设计软件，根据产品的要求设计三维模型；应用计算机三维设计软件，将已有产品的二维三视图转换为三维模应用计算机三维设计软件，将已有产品的二维三视图转换为三维模型；型；仿制产品时，应用反求设备和反求软件，得到产品的三维模型。仿制产品时，应用反求设备和反求软件，得到产品的三维模型。利用利用Internet网络，将用户设计好的三维模型直接传输到增材制造网络，将用户设计好的三维

3、模型直接传输到增材制造工作站。工作站。一、三维模型构造的方法一、三维模型构造的方法图2-1 利用CAD软件设计的管道零件三维模型一、一、三维模型构造的方法三维模型构造的方法产品的要求产品的2D三视图3D CAD软件反求工程Internet网络三维CAD模型图2-2 构造三维模型的方法二、三维模型的二、三维模型的STL格式化格式化2.1.1 用计算机辅助设计软件构造三维模型用计算机辅助设计软件构造三维模型 随着计算机辅助设计技术的发展，出现了许多三维模随着计算机辅助设计技术的发展，出现了许多三维模型的形体表达方法，其中常见的有以下几种：型的形体表达方法，其中常见的有以下几种：1.构造实体几何法（

4、构造实体几何法（Constructive Solid Geometry，简称，简称CSG法）法）2.边界表达法（边界表达法（Boundary Representation，简称，简称BRep法）法）3.参数表达法（参数表达法（Parametric Representation）4.单元表达法（单元表达法（Cell Representation）模型文件输出格式有多种，常见的有模型文件输出格式有多种，常见的有IPGL、HPGL、STEP、DXF和和STL等，其中等，其中STL格式为普遍采用的格式。格式为普遍采用的格式。二、三维模型的二、三维模型的STL格式化格式化表表2-2-1 常用的常用的CA

5、DCAD软件系统软件系统软件名称所属公司Auto CADAutodesk（欧特克）CEROParametric Technology Co.NXSiemens（西门子）CATIADassault System（达索系统）SolidworksDassault System（达索系统）InventorAutodesk（欧特克）SolidEdgeSiemens（西门子）CAXA北京数码大方科技股份有限公司中望CAD广州中望龙腾软件股份有限公司KEYCREATORKubotek二、三维模型的二、三维模型的STL格式化格式化2.1.2 利用反求工程构建三维模型利用反求工程构建三维模型 反求工程技术与传统

6、的产品正向设计方法不同。它是反求工程技术与传统的产品正向设计方法不同。它是根据已存在的产品或零件原型构造产品或零件的工程设根据已存在的产品或零件原型构造产品或零件的工程设计模型，在此基础上对已有产品进行剖析、理解和改进，计模型，在此基础上对已有产品进行剖析、理解和改进，是对已有设计的再设计。是对已有设计的再设计。常见的物体三维几何形状的测量方法基本可分为接触常见的物体三维几何形状的测量方法基本可分为接触式和非接触式两大类，而测量系统与物体的作用不外乎式和非接触式两大类，而测量系统与物体的作用不外乎光、声、机、电等方式，现有的一些测量方法即有各自光、声、机、电等方式，现有的一些测量方法即有各自独

7、特的应用优势，又都有一定的局限性。独特的应用优势，又都有一定的局限性。二、三维模型的二、三维模型的STL格式化格式化1.接触式测量方法接触式测量方法（1）触发式接触测量法）触发式接触测量法（2）层析法）层析法2.非接触式测量方法非接触式测量方法（1）基于光学三角型原理的反求工程扫描法）基于光学三角型原理的反求工程扫描法（2）基于相位偏移测量原理的莫尔条纹法）基于相位偏移测量原理的莫尔条纹法（3）基于工业）基于工业CT断层扫描图像反求工程法断层扫描图像反求工程法（4）立体视觉测量方法）立体视觉测量方法 二、三维模型的二、三维模型的STL格式化格式化 常用的扫描机有传统的坐标测量机（简称常用的扫描

8、机有传统的坐标测量机（简称CMM）、激光扫描仪（）、激光扫描仪（Laser Scanner），零件），零件断层扫描机（断层扫描机（Cross Section Scanner），以及），以及CT（Computer Tomography，计算机，计算机X线断层照相线断层照相术）和术）和MRI（Magnetic Resonance Imaging，磁，磁共振成像）。下面介绍几种现代激光扫描仪、零共振成像）。下面介绍几种现代激光扫描仪、零件断层扫描机、件断层扫描机、CT扫描及其数据的转化。扫描及其数据的转化。二、三维模型的二、三维模型的STL格式化格式化图2-3 激光扫描仪二、三维模型的二、三维模型的

9、STL格式化格式化 图2-4 激光扫描原理 图2-5 扫描头二、三维模型的二、三维模型的STL格式化格式化图2-6 零件断层扫描机二、三维模型的二、三维模型的STL格式化格式化2-7 螺旋式CT扫描原理二、三维模型的二、三维模型的STL格式化格式化2.2 三维模型的三维模型的STL格式化格式化 STL格式文件最初出现于格式文件最初出现于1988年美国年美国3D Systems公司生产的公司生产的SLA快速成形机中，它是目快速成形机中，它是目前增材制造系统中最常见的一种文件格式，用于前增材制造系统中最常见的一种文件格式，用于将三维模型近似成小三角形平面的组合。将三维模型近似成小三角形平面的组合。

10、二、三维模型的二、三维模型的STL格式化格式化2.2.1 STL格式文件的规则格式文件的规则1.共顶点规则共顶点规则 2.取向规则取向规则 3.取值规则取值规则 4.合法实体规则合法实体规则 二、三维模型的二、三维模型的STL格式化格式化2.2.2 STL格式文件的错误和纠错软件格式文件的错误和纠错软件 由于由于CAD软件和软件和STL文件格式本身的问题，文件格式本身的问题，以及转换过程造成的错误，所产生的以及转换过程造成的错误，所产生的STL格式文格式文件难免有少量的缺陷，其中最常见的有以下几种：件难免有少量的缺陷，其中最常见的有以下几种：出现违反共顶点规则的三角形出现违反共顶点规则的三角形

11、 出现违反取向规则的三角形出现违反取向规则的三角形 出现错误的裂缝或孔洞出现错误的裂缝或孔洞 三角形过多或过少三角形过多或过少 微小特征遗漏或出错微小特征遗漏或出错二、三维模型的切片处理二、三维模型的切片处理2.3.1.成形方向的选择成形方向的选择 不同的成形方向会对工件品质（尺寸精度、不同的成形方向会对工件品质（尺寸精度、表面粗糙度、强度等）、材料成本和制作时间产表面粗糙度、强度等）、材料成本和制作时间产生很大的影响。生很大的影响。1.成形方向对工件品质的影响成形方向对工件品质的影响 2.成形方向对材料成本的影响成形方向对材料成本的影响 3.成形方向对制作时间的影响成形方向对制作时间的影响二

12、、三维模型的切片处理二、三维模型的切片处理2.3.2 增材制造中的主要切片方式增材制造中的主要切片方式1.STL切片切片 2.容错切片容错切片 3.适应性切片适应性切片 4.直接适应性切片直接适应性切片 5.直接切片直接切片 思考与练习思考与练习1、增材制造工艺在加工前需要对数据处理，数据、增材制造工艺在加工前需要对数据处理，数据处理主要包括哪些步骤？处理主要包括哪些步骤？2、简述利用反求工程构造三维模型的过程。、简述利用反求工程构造三维模型的过程。3、构造三维模型的方法有哪些？、构造三维模型的方法有哪些？4、简述由、简述由CT扫描数据构造扫描数据构造CAD表面模型的主要步表面模型的主要步骤。骤。5、STL格式的数字模型的缺陷主要有哪些？格式的数字模型的缺陷主要有哪些？本章完本章完