1.3 3D打印數(shù)據(jù)處理《增材制造技術(shù)》教學(xué)課件

3D打印認(rèn)知與實(shí)踐1.33D打印數(shù)據(jù)處理CAD建模逆向建模12目錄CONTENTS01CAD建模CAD建模1.3D打印產(chǎn)品流程

根據(jù)產(chǎn)品要求或直接根據(jù)二維圖樣用CAD軟件設(shè)計(jì)出產(chǎn)品的3D模型。2.CAD建模的基本過程（1）概念設(shè)計(jì)CAD建模（2）反求工程

對已有的產(chǎn)品樣件進(jìn)行掃描測量，將所得測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后得到產(chǎn)品的3D模型。概念2D圖樣3DCAD軟件3DCAD模型樣品掃描機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件3.CAD/CAM軟件CAD建模（1）CAD/CAM軟件功能強(qiáng)大的三維設(shè)計(jì)功能強(qiáng)大的CAD系統(tǒng)強(qiáng)大的CAM系統(tǒng)能有效進(jìn)行概念定義、控制及評估。具有實(shí)用復(fù)雜模具和零件加工模板。實(shí)體建模、特征建模、自由曲面建模、用戶自定義特征、裝配、標(biāo)準(zhǔn)件庫等。自動生成NC代碼、動態(tài)仿真、刀庫等。4.CAD/CAM軟件CAD建模（2）常用的CAD/CAM軟件Pro/EngineerAutoCADUniGraphicsIII-DEASCATIASolidWorksCimatronCAD建模同學(xué)們的作品：夜燈支架

GabrielGonzálezMorra想給孩子的房間安裝一個(gè)有趣的夜燈，作為一個(gè)3D打印愛好者，親手為孩子制作當(dāng)然是上上之選。Gabriel從網(wǎng)站下載了支架文件后，用閃鑄冒險(xiǎn)家3打印出了幾個(gè)身體形狀的夜燈支架配件，然后花費(fèi)了一個(gè)半小時(shí)將配件組裝在一起，并加上了環(huán)保的LED燈泡。僅需幾個(gè)小時(shí)，一個(gè)可愛的小人形夜燈便制作完成了。3D打印日常應(yīng)用作品案例分享，讓你的生活充滿樂趣△閃鑄科技冒險(xiǎn)家3打印，打印時(shí)長約為5小時(shí)，打印耗材為PLACAD建模02逆向建模逆向建模1.反求/逆向工程（ReverseEngineering）RE是根據(jù)已有的產(chǎn)品和結(jié)果，通過分析來推導(dǎo)出其具體的實(shí)現(xiàn)方法。狹義的講，“反求”是三維物理實(shí)體的幾何信息數(shù)字化的一系列技術(shù)手段的總稱。在機(jī)械制造領(lǐng)域，指對已有的產(chǎn)品進(jìn)行測量，獲取該產(chǎn)品的數(shù)據(jù)信息，再通過相關(guān)技術(shù)重構(gòu)該產(chǎn)品的3D模型，進(jìn)而進(jìn)行產(chǎn)品制造的一系列工藝過程。樣品輪廓測量數(shù)據(jù)處理曲面構(gòu)造輪廓修飾批量生產(chǎn)模具成型RP制造模具加工STL切層CAM逆向建模三維掃描——分析產(chǎn)品大小與外形，確定掃描方法點(diǎn)去生成——由三維掃描儀掃描、標(biāo)志點(diǎn)全自動拼接和采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)云處理——用逆向工程軟件(Imageware、Geomagic等)對點(diǎn)云分析及處理線和特征提取——包括特征采樣提取、Pro/e的造型線提取和UG點(diǎn)造型三維圖——用UG、pro/e或Catia造型的三維圖分析評估——用逆向軟件（Imageware、Geomagic等）的分析功能，分析產(chǎn)

品3D圖的誤差逆向建模發(fā)動機(jī)缸蓋三維數(shù)據(jù)測量點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)云處理線和特征提取三維實(shí)體模型分析評估逆向建模2.數(shù)據(jù)測量01接觸式測量電子感應(yīng)式探針測量手臂式接觸測量高精度多軸臂式測量三坐標(biāo)測量02非接觸式激光測量點(diǎn)式激光測量線式激光測量光柵式激光測量逆向建模3.測量數(shù)據(jù)預(yù)處理（1）點(diǎn)數(shù)據(jù)的拼合

測量數(shù)據(jù)的預(yù)處理包括：測量數(shù)據(jù)的拼合、噪聲點(diǎn)清除、坐標(biāo)校正、截面數(shù)據(jù)點(diǎn)獲取、數(shù)據(jù)點(diǎn)重新取樣、截面數(shù)據(jù)點(diǎn)重新排序等步驟。

一種方法是選取欲拼合的點(diǎn)群數(shù)據(jù)中數(shù)據(jù)重疊的部分。

另一種是利用基本像素實(shí)現(xiàn)定位。完整嵌合的點(diǎn)資料模型逆向建模（2）噪聲點(diǎn)清除

如夾具的點(diǎn)數(shù)據(jù)，或其他如工件表面粗糙度影響。刪除周圍雜點(diǎn)資料逆向建模（3）點(diǎn)云坐標(biāo)校正

測量過程中，為了掃描的方便，或避免干擾激光掃描和CCD接收數(shù)據(jù)，通常點(diǎn)云不會與標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系對齊。為方便后續(xù)工作，需要進(jìn)行點(diǎn)云坐標(biāo)校正。經(jīng)調(diào)整的點(diǎn)云位置如圖所示。校正后的點(diǎn)云逆向建模（4）截面數(shù)據(jù)點(diǎn)獲取

建構(gòu)曲面的曲線可以用截面方式指定平面法向量與間隔，將所需的截面點(diǎn)數(shù)據(jù)提取出來，截面可以用平行、圓形、放射狀、沿輪廓線等方式選取。本例沿Z軸方向共平行切割30個(gè)截面。點(diǎn)云截面逆向建模（5）點(diǎn)數(shù)據(jù)修補(bǔ)

鼠標(biāo)樣件由于表面某些區(qū)域缺陷（凹陷）或表面分模線溝槽，使得激光掃描結(jié)果出現(xiàn)局部破損，需要進(jìn)行插值修補(bǔ)，圖為軟件插值修補(bǔ)前后對比。點(diǎn)云修補(bǔ)前后（局部放大）逆向建模（6）截面數(shù)據(jù)點(diǎn)重新排序截面數(shù)據(jù)點(diǎn)重新排序

通過設(shè)定控制點(diǎn)數(shù)目和曲線平滑值，軟件自動進(jìn)行曲線擬合。逆向建模4.曲線擬合曲線擬合

以前面生成的曲線為基礎(chǔ)即可構(gòu)建出如圖所示的舉升曲面。逆向建模5.曲面構(gòu)建構(gòu)建舉升曲面

舉升方式生成的曲面，通常在頭尾兩端會因截面資料不足，致使曲面描述不完整，這時(shí)可以根據(jù)原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)，另建邊界曲線，再一次構(gòu)建舉升曲面并與原始曲面拼合形成單一曲面。若曲線間誤差太大，曲面可能會形成皺褶等不平滑情形，可以通過調(diào)整曲面的控制點(diǎn)或直接調(diào)整曲面的網(wǎng)格加以編輯。逆向建模6.曲面編輯(a)調(diào)整曲面的控制點(diǎn)(b)調(diào)整曲面的網(wǎng)格調(diào)整曲面完整的曲面

利用曲率可分析了解曲面光順狀況，評估曲面品質(zhì)好壞。此例采用高斯曲率分析，綠色表示平滑，部分區(qū)域出現(xiàn)紅色或黃色說明該區(qū)域曲率變化大。若曲面某區(qū)域不光順，則回上一步進(jìn)行局部調(diào)整。逆向建模7.曲面檢測利用高斯曲率檢測曲面平滑度

將建好的曲面存為IGES格式，轉(zhuǎn)入CAD/CAM一體化軟件進(jìn)一步編輯曲面模型。圖1所示為IDEAS軟件讀入IGES格式的曲面模型。圖2所示為根據(jù)曲面模型建立的三維實(shí)體模型。逆向建模8.三維實(shí)體模型建立圖1

IDEAS軟件讀入IGES格式的曲面模型圖2三維實(shí)體模型

將模型存為STL格式即可輸入快速原型機(jī)加工，得到實(shí)體模型，如圖所示。當(dāng)然，模型也可以用于進(jìn)一步分析（CAE），或?qū)⒛Ｐ痛_定后直接用于開發(fā)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數(shù)字化技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，能夠幫助醫(yī)生進(jìn)行更加精準(zhǔn)的手術(shù)以及更加高效的為患者進(jìn)行后期康復(fù)治療。

故事的主人公叫LolaRosita（羅拉-羅西塔），2017年時(shí)她被診斷出右臉頰上有腫瘤，手術(shù)治療時(shí)切除了右眼及部分面部組織。由于醫(yī)療資源的限制，Lola沒有進(jìn)行后續(xù)的治療以及整形修復(fù)。后來，在帕拉納克市地方政府的支持下，Lola被送到了菲律賓綜合醫(yī)院，醫(yī)生強(qiáng)烈建議Lola用面部假體來保護(hù)創(chuàng)口。10.案例分析科技有多暖？高精度3D數(shù)字化面部修復(fù)助力菲律賓奶奶重塑笑容

首先，工作人員使用EinScanPro2XPlus多功能手持3D掃描儀對于Lola的面部進(jìn)行了三維掃描，快速、無接觸、無痛地獲取了完整的面部三維數(shù)據(jù)。逆向建模（1）3D數(shù)字化解決方案

定制方案：菲律賓假肢生產(chǎn)企業(yè)SakuraProsthetics（櫻花假肢），使用高質(zhì)量的醫(yī)用硅膠幫助患者制作假體。工作人員在詳細(xì)檢查了Lola的情況之后，給出了數(shù)字化的面部修復(fù)方案。

有了這些數(shù)據(jù)，可以輕松得到Lola需要的面部假體的具體形狀以及尺寸；接著，工作人員將Lola面部的3D掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入Meshmixer軟件，進(jìn)行假體的數(shù)字化設(shè)計(jì)。逆向建模

設(shè)計(jì)完成后，3D打印所需的相關(guān)模型，并制作與Lola膚色相近的硅膠假體，完成后安裝在Lola的面部即可。逆向建模

總體而言，使用三維掃描技術(shù)最大的改變在于，能夠快速、準(zhǔn)確且無疼痛地取模，與傳統(tǒng)的取模方式相比，其取模的效果更好，同時(shí)也能夠輕松應(yīng)對傳統(tǒng)手段下無法正常取模的情