快速成型與快速模具制造技術(shù)及其應(yīng)用課程作業(yè)

1、v快速成型與快速模具制造技術(shù)及其應(yīng)用課程作業(yè) 成型121 1208030069 v題目一、快速成型技術(shù)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備與 處理，你都了解哪些內(nèi)容？二、快速成型工藝和設(shè)備都有哪些新進(jìn)展？ 快速成型技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理快速成型技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理二、二、STL數(shù)據(jù)文件及處理數(shù)據(jù)文件及處理三、三維模型的切片處理三、三維模型的切片處理一、一、CAD三維模型的構(gòu)建方法三維模型的構(gòu)建方法 四、數(shù)據(jù)編輯與處理軟件四、數(shù)據(jù)編輯與處理軟件Magics RP4五、五、CT圖像數(shù)據(jù)處理軟圖像數(shù)據(jù)處理軟Mimics 快速成型的制作需要前端的CAD數(shù)字模型來(lái)支持，也就是說(shuō)，所有的快速成型制造方法都是由CAD數(shù)字模型來(lái)直接驅(qū)動(dòng)的。來(lái)源

2、于CAD的數(shù)字模型必須處理成快速成型系統(tǒng)所能接受的數(shù)據(jù)格式而且在原型制作之前或制作過(guò)程中還需要進(jìn)行疊層方向的切片處理。此外，樣件反求以及來(lái)源于CT等的醫(yī)學(xué)模型等的數(shù)據(jù)都需要轉(zhuǎn)換成CAD模型或直接轉(zhuǎn)換成RP系統(tǒng)可以接收的數(shù)據(jù)。因此，在快速成型技術(shù)實(shí)施之前以及原型制作過(guò)程中需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和處理工作，數(shù)據(jù)的充分準(zhǔn)備和有效的處理決定著原型制作的效率、質(zhì)量和精度。因此，在整個(gè)快速成型技術(shù)的實(shí)施過(guò)程中，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備是必須的，數(shù)據(jù)的處理是十分必要和重要的。 快速成型技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理快速成型技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理 目前，基于數(shù)字化的產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)有兩種主要途徑：一種是根據(jù)產(chǎn)品的要求或直接根據(jù)二維圖紙?jiān)贑AD軟件

3、平臺(tái)上設(shè)計(jì)產(chǎn)品三維模型，常被稱(chēng)為概念設(shè)計(jì)；另一種是在仿制產(chǎn)品時(shí)用掃描機(jī)對(duì)已有的產(chǎn)品實(shí)體進(jìn)行掃描，得到三維模型，常被稱(chēng)為反求工程。兩種常用的產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路如圖所示。 一、一、 CAD三維模型的構(gòu)建方法三維模型的構(gòu)建方法圖基于數(shù)字化產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)基本途圖基于數(shù)字化產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)基本途徑徑 二、二、 STL數(shù)據(jù)文件及處理數(shù)據(jù)文件及處理v 快速成型制造設(shè)備目前能夠接受諸如STL，SLC，CLI，RPI，LEAF，SIF等多種數(shù)據(jù)格式。其中由美國(guó)3D Systems公司開(kāi)發(fā)的STL文件格式可以被大多數(shù)快速成型機(jī)所接受，因此被工業(yè)界認(rèn)為是目前快速成型數(shù)據(jù)的準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，幾乎所有類(lèi)型的快速成型制造系統(tǒng)都采用STL數(shù)據(jù)格

4、式。 STL文件的格式STL文件的精度STL文件的糾錯(cuò)處理 STL文件的輸出STL文件的拼接和分割三、三維模型的切片處理三、三維模型的切片處理v快速成型系統(tǒng)中切片處理極為重要。切片的目的是要將模型以片層方式來(lái)描述。通過(guò)這種描述，無(wú)論零件多么復(fù)雜，對(duì)每一層來(lái)說(shuō)卻是很簡(jiǎn)單的平面。v 切片處理是將計(jì)算機(jī)中的幾何模型變成輪廓線來(lái)表述。這些輪廓線代表了片層的邊界，輪廓線是由一系列的環(huán)路來(lái)組成的，由許多點(diǎn)來(lái)組成一個(gè)環(huán)路。v 切片軟件的主要任務(wù)是接受正確的STL文件，并生成指定方向的截面輪廓線和網(wǎng)格掃描線，如圖所示。四、四、STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件數(shù)據(jù)編輯與處理軟件Magics RPvMagics RP 軟

5、件是比利時(shí)Materialise 公司推出的面向快速成型技術(shù)數(shù)據(jù)處理的大型STL數(shù)據(jù)編輯處理平臺(tái)。 Magics軟件編輯功能v Magics是一個(gè)十分理想和完整的處理STL格式文件的軟件，該軟件處理片面數(shù)據(jù)簡(jiǎn)捷高效，提供了豐富且自動(dòng)化程度很高的STL文件操作工具。五、五、CT圖像數(shù)據(jù)處理軟圖像數(shù)據(jù)處理軟MimicsvMimics軟件簡(jiǎn)介 Mimics軟件是比利時(shí)Materialise公司面向醫(yī)學(xué)CT或MRI數(shù)據(jù)模型處理的運(yùn)行在Windows 操作系統(tǒng)環(huán)境下的高度集成的三維圖像處理軟件，該軟件能在幾分鐘內(nèi)將CT或MRI數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成三維CAD或快速成型所需的模型文件。其主要功能特點(diǎn)如下：v 1. 圖

6、像輸入 Mimics能夠輸入多種數(shù)據(jù)格式，諸如Philips、GE、Hitachi、Picrer、Siemens、Toshiba、Elscint、SMS等等，并提供了自定義輸入的工具。Mimics可直接訪問(wèn)由這些系統(tǒng)產(chǎn)生的光盤(pán)數(shù)據(jù)，Mimics自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)格式進(jìn)行檢測(cè)和識(shí)別，并轉(zhuǎn)換成自身的文件格式，將一組圖像存儲(chǔ)在相應(yīng)的項(xiàng)目組里。v 2. 圖像處理 Mimics提供了多種工具，供用戶(hù)去增強(qiáng)由CT或MRI掃描產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)的質(zhì)量。Windows技術(shù)可增強(qiáng)圖像對(duì)比度，Thresholding（閾值）技術(shù)和3D Region Growing（三維區(qū)域增長(zhǎng)）技術(shù)可進(jìn)行全自動(dòng)選擇。編輯工具能在掃描圖像的每

7、層進(jìn)行劃線或擦除操作。同時(shí)可在自定義區(qū)域中進(jìn)行局部閾值化操作。編輯工具可以對(duì)三維模型進(jìn)行全面控制。為了便于圖像處理，Mimics能夠顯示三個(gè)獨(dú)立的窗口，其中一個(gè)窗口顯示原始掃描數(shù)據(jù)，另外兩個(gè)窗口顯示兩個(gè)正交平面上的重構(gòu)視圖。每個(gè)視圖的切片能實(shí)時(shí)移動(dòng)到所希望的任何位置。v 3. 三維重構(gòu) 在圖像處理過(guò)程結(jié)束后，Mimics可以用設(shè)定的圖像分辨率和過(guò)濾器對(duì)選定的區(qū)域計(jì)算三維模型。重構(gòu)的結(jié)果可在任何一個(gè)窗口內(nèi)顯示，可以隨意旋轉(zhuǎn)這些模型并能夠?qū)⑵湓O(shè)置為全透明或者深度渲染。v 4. 快速成型接口 因?yàn)镸imics可將圖像文件直接轉(zhuǎn)換成快速成型設(shè)備所需要的切片文件格式如CLI、SLI等，從而得到了最佳精度

8、。軟件中采用的一個(gè)復(fù)雜的插補(bǔ)算法程序使掃描數(shù)據(jù)到三維模型的轉(zhuǎn)化得到很高的曲面復(fù)制效果，能提供標(biāo)準(zhǔn)的三維文件格式如STL或VRML，強(qiáng)大的自適應(yīng)濾波功能能夠大大減小文件的尺寸。v5. 醫(yī)療模型 作為CT或MRI掃描儀數(shù)據(jù)的最終三維表達(dá)，這些模型被用作復(fù)雜外科手術(shù)的準(zhǔn)備和預(yù)演，同時(shí)也可幫助定制植入物的設(shè)計(jì)和制造。借助于其基本工具，Mimics可對(duì)模型進(jìn)行標(biāo)記，這些標(biāo)簽將被印在模型里或通過(guò)使用特殊的樹(shù)脂使它們著色，特殊的區(qū)域如腫瘤或者神經(jīng)區(qū)域等也都能用不同的顏色顯示出來(lái)。2.快速成型工藝和設(shè)備都有哪些新進(jìn)展？ 快速成型技術(shù)的基本成型原理快速成型技術(shù)的基本成型原理 快速成型技術(shù)快速成型技術(shù)(RP技術(shù)技

9、術(shù))是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及制造技術(shù)、是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及制造技術(shù)、逆向工程技術(shù)、分層制造技術(shù)逆向工程技術(shù)、分層制造技術(shù)(SFD材料去除成形材料去除成形(MPR)或或材料增加成形材料增加成形(MAP)技術(shù)以及它們的集成。通俗地說(shuō)，快速技術(shù)以及它們的集成。通俗地說(shuō)，快速成形技術(shù)就是利用三維成形技術(shù)就是利用三維CAD的數(shù)據(jù)，通過(guò)快速成型機(jī)，將一的數(shù)據(jù)，通過(guò)快速成型機(jī)，將一層層的材料堆積成實(shí)體原型?？焖俪尚偷募夹g(shù)體系如圖層層的材料堆積成實(shí)體原型?？焖俪尚偷募夹g(shù)體系如圖1所示所示。2.快速成型工藝和設(shè)備都有哪些新進(jìn)展？ 快快速成型技術(shù)是集CAD/CAM技術(shù)、激光加工技術(shù)、數(shù)控技術(shù)和新材料等技術(shù)領(lǐng)域的最新成果于

10、一體的零件原型制造技術(shù)。由于該技術(shù)可以把零件原型的制造時(shí)間減少為幾天、幾小時(shí)，大大縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本，加之計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和三維CAD軟件應(yīng)用的不斷推廣，使得快速成型技術(shù)的廣泛應(yīng)用成為可能。 速成型技術(shù)的成型方法多達(dá)十余種，目前應(yīng)用較多的有立體光固化(SLA)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)、分層實(shí)體制造(LOM)、熔積成型(FDM)等。這些工藝方法都是在材料累加成型的原理基礎(chǔ)上，結(jié)合材料的物理化學(xué)特性和先進(jìn)的工藝方法而形成的，它與其他學(xué)科的發(fā)展密切相關(guān)。1、立體光固化立體光固化(SLA) 該方法是目前世界上研究最深入、技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的一種快速成型方法。 SLA技術(shù)原理是計(jì)

11、算機(jī)控制激光束對(duì)光敏樹(shù)脂為原料的表面進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，被掃描區(qū)域的樹(shù)脂薄層(約十分之幾毫米）產(chǎn)生光聚合反應(yīng)而固化，形成零件的一個(gè)薄層。工作臺(tái)下移一個(gè)層厚的距離，以便固化好的樹(shù)脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹(shù)脂，進(jìn)行下一層的掃描加工，如此反復(fù)，直到整個(gè)原型制造完畢。由于光聚合反應(yīng)是基于光的作用而不是基于熱的作用，故在工作時(shí)只需功率較低的激光源。此外，因?yàn)闆](méi)有熱擴(kuò)散，加上鏈?zhǔn)椒磻?yīng)能夠很好地控制，能保證聚合反應(yīng)不發(fā)生在激光點(diǎn)之外，因而加工精度高，表面質(zhì)量好，原材料的利用率接近100%，能制造形狀復(fù)雜、精細(xì)的零件，效率高。對(duì)于尺寸較大的零件，則可采用先分塊成形然后粘接的方法進(jìn)行制作，如圖2所示。2、分層實(shí)體制造

12、、分層實(shí)體制造(LOM) 目前研究LOM工藝的有Helisys公司、華中科技大學(xué)、清華大學(xué)、Kira公司等。 LOM工藝將單面涂有熱溶膠的紙片通過(guò)加熱輥加熱粘接在一起，位于上方的激光器按照CAD分層模型所獲數(shù)據(jù)，用激光束將紙切割成所制零件的內(nèi)外輪廓，然后新的一層紙?jiān)侬B加在上面，通過(guò)熱壓裝置和下面已切割層粘合在一起，激光束再次切割，這樣反復(fù)逐層切割粘合切割，直至整個(gè)零件模型制作完成。LOM技術(shù)制作沖模，其成本約比傳統(tǒng)方法節(jié)約1/2,生產(chǎn)周期大大縮短。用來(lái)制作復(fù)合模。薄料模、級(jí)進(jìn)模等，經(jīng)濟(jì)效益也甚為顯著，原理如圖3所示。該技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)得到了廣泛的使用。3、選擇性激光燒結(jié)選擇性激光燒結(jié)(SLS) 研究SLS的有DIM公司、EOS公司、北京隆源公司。該法采用C02激光器作能源，目前使用的造型材料多為各種粉末材料。在工作臺(tái)上均勻鋪上一層很薄的粉末，激光束在計(jì)算機(jī)控制下按照零件分層輪廓有選擇性地進(jìn)行燒結(jié)，一層完成后再進(jìn)行下一層燒結(jié)。全部燒結(jié)完后去掉多余的粉末，再進(jìn)行打磨、烘干等處理便獲得零件。目前，成熟的工藝材料為蠟粉及塑料粉，用金屬粉或陶瓷粉進(jìn)行粘接燒結(jié)的工藝還正在實(shí)驗(yàn)研究階段。該技術(shù)具有原材料選擇廣泛、多余材料易于清理、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，適用于原型及功能零件的制造。在成形過(guò)程中，激光工作參數(shù)以及粉末的特性和燒結(jié)氣氛是影響燒結(jié)成形質(zhì)量的重要參數(shù)，原理如圖4所示。 4、熔積成型熔積