3D打印企業(yè)實例 課件 任務(wù)三 3D打印無人機葉片

3D打印無人機葉片

3D打印學(xué)習(xí)任務(wù)三

工作情境描述

某玩具公司新開發(fā)了一款新的無人機，該無人載測試的過程中發(fā)現(xiàn)，如果機翼在飛行過程打到障礙物，機翼就會損壞，公司測試人員想利用逆向設(shè)計，打印出多付機翼，以便測試過程中能及時更換。便委托3D打印中心某高級工程師負責(zé)此任務(wù)，高級工程師依據(jù)產(chǎn)品要求制定設(shè)計任務(wù)書。明確產(chǎn)品材料要求、加工工藝要求，高級工師將此任務(wù)交付助理工程師具體實施。

助理工程師仔細閱讀產(chǎn)品任務(wù)書，依據(jù)設(shè)計任務(wù)書和逆向設(shè)計模型確認使用材料為ABS，便根據(jù)制要求定逆向設(shè)計打印流程，填寫設(shè)計任務(wù)書文檔，通知逆向設(shè)計設(shè)備管理部門，安排掃描，建模設(shè)計完成后，排包生產(chǎn)打印、后續(xù)處理檢測，完成后交付無人測試部門使用并獲得反饋。目錄1獲取無人機葉片逆向打印任務(wù)

2制定無人機葉片設(shè)計方案3采集無人機葉片模型數(shù)據(jù)4建立無人機葉片模型453D打印無人機葉片6無人機葉片后處理7無人機葉片任務(wù)評價學(xué)習(xí)活動1目錄1閱讀任務(wù)單，分析無人機組件逆向打印設(shè)計工作任務(wù)

2分析無人機組件的結(jié)構(gòu)特點3明確任務(wù)要求4確定合適掃描儀，并能進行掃描儀的標定

獲取無人機葉片逆向打印任務(wù)組建團隊及任務(wù)分工

學(xué)習(xí)活動1獲取無人機葉片逆向打印任務(wù)發(fā)放《任務(wù)單》

學(xué)習(xí)活動1獲取無人機葉片逆向打印任務(wù)圖

3-1無人機葉片實物任務(wù)分析

學(xué)習(xí)活動1獲取無人機葉片逆向打印任務(wù)

（1）加工產(chǎn)品名稱

，數(shù)量

，完成時間為

天。（2）此產(chǎn)品為無人機葉片是的

（A.機翼B.保護翼）。（3）此產(chǎn)品是

材料。（4）表面顏色是否需要使用顯影劑？為什么？

（5）根據(jù)產(chǎn)品你會選用

采集產(chǎn)品的數(shù)據(jù)（A.結(jié)構(gòu)光三維掃描儀B.關(guān)節(jié)臂掃描儀C.手持式激光掃描儀）（6）本產(chǎn)品的生產(chǎn)要求：

學(xué)習(xí)活動1獲取無人機葉片逆向打印任務(wù)根據(jù)任務(wù)的分析，對于產(chǎn)品的數(shù)據(jù)采集需要選用三維掃描儀，三維掃描儀其系統(tǒng)組成如圖3-2所示，通過光柵發(fā)射器，投射光柵；兩架CCD攝像機，拍攝圖像。對于光學(xué)系統(tǒng)來說，光學(xué)測量寫的制造和裝配必然存在誤差。因此，標定是根據(jù)掃描儀的特性，所有的掃描儀都需要標定。圖3-2系統(tǒng)組成框圖

學(xué)習(xí)活動1獲取無人機葉片逆向打印任務(wù)?避免掃描系統(tǒng)發(fā)生碰撞，造成不必要的硬件系統(tǒng)損壞或影響掃描數(shù)據(jù)質(zhì)量。?禁止碰觸相機鏡頭和光柵投射器鏡頭。?測量頭扶手僅在用于云臺對掃描頭做上下、水平、左右調(diào)整時使用。?嚴禁在搬運測量頭時使用此扶手。圖3-3測量頭

學(xué)習(xí)活動1獲取無人機葉片逆向打印任務(wù)?如圖3-4中①所指為控制云臺的螺桿，可以調(diào)節(jié)云臺

旋轉(zhuǎn)；?如圖3-4中②所指為控制云臺的螺桿，可以調(diào)節(jié)云臺

旋轉(zhuǎn)；?如圖3-4中③所指為控制云臺的螺桿，可以調(diào)整云臺

旋轉(zhuǎn)；

?如圖3-4中④所指為固定

的兩個螺絲，用來把

固定到云臺上圖3-4測頭云臺學(xué)習(xí)活動1獲取無人機葉片逆向打印任務(wù)表3-3掃描儀標定步驟步驟步驟圖解(1)擺放標定板-如圖的擺放，是否正確，為什么？（2）調(diào)整測頭的位置-側(cè)頭要擺正，左右偏差不要太大-對中十字線-盡可能多的看到標定板的小點學(xué)習(xí)活動1獲取無人機葉片逆向打印任務(wù)表3-3掃描儀標定步驟（3）根據(jù)標定提示，調(diào)整標定板的角度、測頭的角度、測頭的高度完成21位置的測量標定。（4）結(jié)果保存如果定標精度在合格范圍內(nèi)，點擊確定按鈕，系統(tǒng)會對攝像機進行定標。定標結(jié)果文件為“.\CalibData”目錄下的camera.bin文件。學(xué)習(xí)活動2制定無人機葉片設(shè)計方案目錄1敘述正向設(shè)計的流程

2掌握逆向設(shè)計的步驟3完成無人機組件的逆向設(shè)計方案的制定學(xué)習(xí)活動2

正向工程技術(shù)簡介

正向開發(fā)就是從市場調(diào)研開始，是從無到有的過程，是從未知到已知，從概念到實物的過程。圖3-5正向工程開發(fā)路徑制定無人機葉片設(shè)計方案學(xué)習(xí)活動2制定無人機葉片設(shè)計方案

逆向工程技術(shù)簡介

逆向工程(ＲeverseEngineering，ＲE)也稱作反求工程、反向工程、抄數(shù)等，是一種產(chǎn)品外形設(shè)計的再現(xiàn)過程，是許多產(chǎn)品原創(chuàng)產(chǎn)品技術(shù)中的必要環(huán)節(jié)。逆向“從有都無”的過程，即根據(jù)已有的產(chǎn)品模型，利用三維幾何數(shù)字化測量設(shè)備，準確、快速的測量出實物表面的三維坐標點。最后反向推出產(chǎn)品的設(shè)計數(shù)據(jù)，包括設(shè)計圖紙，數(shù)字模型。如圖3-6所示。逆向工程過程其中，實物逆向研究的主要內(nèi)容包括幾何形狀反求、結(jié)構(gòu)反求和材料工藝反求等。圖

3-6逆向工程過程請同學(xué)們根據(jù)圖3-6的理解連線圖3-7

3D打印實物原型數(shù)據(jù)獲取建立三維模型原始設(shè)計參數(shù)優(yōu)化

圖3-7逆向設(shè)計路徑圖學(xué)習(xí)活動2制定無人機葉片設(shè)計方案

學(xué)習(xí)活動2制定無人機葉片設(shè)計方案

產(chǎn)品名稱無人機葉片產(chǎn)品編號20170401數(shù)量（件）4創(chuàng)建時間

創(chuàng)建人

模型建立

選擇：

A.正向工程B.逆向工程C.SLSD.

Polyjet打印技術(shù)選擇：

A.SLAB.FDMC.SLSD.

Polyjet打印設(shè)備

選擇：

A.TPMB.

Objet500Connex3TMC.上海聯(lián)泰RS6000D.Einstart3D打印材料選擇：

A.

Vero系列B.

FullCureC.ABSD.PLA前端處理軟件

選擇：

A.

Slic3rB.

SolidView/ProRPC.

ObjetStudioTMD.CustomProprietary制定無人機葉片3D打印方案表3-4無人機葉片3D打印方案學(xué)習(xí)活動3采集無人機葉片模型數(shù)據(jù)目錄1能使用顯影劑正確的處理產(chǎn)品表面

2能正確使用標志點對產(chǎn)品進行標定3掌握掃描儀對產(chǎn)品進行數(shù)據(jù)采集使用4掌握GeomagicStudio優(yōu)化電云數(shù)據(jù)5導(dǎo)出點云數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)活動3采集無人機葉片模型數(shù)據(jù)

無人機葉片掃描前的準備

圖3-8顯影劑的噴涂

噴粉：觀察發(fā)現(xiàn)無人機葉片表面為白色鏡面漆材質(zhì)，在不噴粉的狀態(tài)下也可進行掃描，但如果噴涂一層顯像劑掃描，掃描出的點云效果較好，所以我們選擇噴薄薄一層顯像劑。請觀察圖列出噴粉的注意事項：（1）如圖3-8所示噴粉時兩者之間的距離

（30cm40cm50cm）學(xué)習(xí)活動3采集無人機葉片模型數(shù)據(jù)

無人機葉片掃描前的準備

圖3-9顯影劑的噴涂效果

（2）如圖3-9所示噴涂表面要

（A厚且均勻B薄且均勻C無謂）學(xué)習(xí)活動3采集無人機葉片模型數(shù)據(jù)

粘貼標志點：因要求為掃描整體點云，所以需要粘貼標志點，以進行拼接掃描。請根據(jù)圖3-10列出標志點粘貼注意事項，觀察下圖回答問題（1）標志點盡量粘貼在平面區(qū)域（平面區(qū)域陡峭區(qū)域）或者曲率較?。ㄇ瘦^小曲率較大）的曲面，且距離工件邊界較遠(遠近)一些；（2）標志點粘貼要成為

（三角形四邊形直線），且不要粘貼對稱；（3）公共標志點至少為

3（3、4）個，但因掃描角度等原因，一般建議5-7個為宜；標志點應(yīng)使相機在盡可能多的角度可以同時看到；（4）粘貼標志點要保證掃描策略的順利實施，并使標志點在長、寬、高均等。圖3-10粘貼標志點無人機葉片掃描前的準備

學(xué)習(xí)活動3采集無人機葉片模型數(shù)據(jù)

無人機葉片掃描

根據(jù)任務(wù)要求，本次掃描采用標志點拼接掃描。標志點拼接掃描是利用兩次拍攝之間的公共標志點信息來實現(xiàn)對兩次拍攝數(shù)據(jù)的拼接。使用標志點前，要對待測物體進行分析，在需要、合適的位置上貼上標志點，通過多次的掃描及拼接得到需要的數(shù)據(jù)。表3-5無人機葉片掃描步驟步驟步驟圖解(1)打開左右拍攝場景及光柵視窗

（2）新建工程：點擊“新建工程”后，在彈出的對話框中選擇需要的模式、建立工程目錄、輸入工程名稱

（3）點掃描控制：擺放掃描產(chǎn)品到掃描區(qū)域。投射十字光標在物體上，觀察左右鏡頭視窗，使光標都在中心位置以確定合適的物距。如圖所示紅色的為相機本身顯示的十字線，黑色的為光柵機投射出的十字線，當2個十字線重合時，則此時光柵機到被測物的距離最合適。

學(xué)習(xí)活動3采集無人機葉片模型數(shù)據(jù)

無人機葉片掃描（4）調(diào)整相機曝光時間和增益強度曝光時間調(diào)節(jié)：通過軟件來調(diào)整相機的曝光時間，曝光時間調(diào)節(jié)是調(diào)整整幅圖像的亮度。但曝光時間不可隨意調(diào)節(jié)，需按照技術(shù)人員的指導(dǎo)設(shè)定數(shù)值。增益強度調(diào)節(jié)：增益調(diào)節(jié)用來調(diào)整圖像的亮度、對比度。對不同物體顏色、不同外界光照條件下，通過調(diào)整增益能得到令人滿意的圖像效果

（5）掃描測量選選擇菜單“測量及拼接”/“標志點拼接掃描”或點擊圖標，掃描時，系統(tǒng)將在物體上投射一系列光柵，在攝像機視場中會有實時顯示；根據(jù)需要變換物體的位置或改變掃描儀的位置，點擊“掃描”，完成后點擊“拼接”，如此反復(fù)，直到將整個物體掃描完成。

（6）結(jié)果保存掃描完成后，在點云顯示窗口右擊，選擇“導(dǎo)出所有點云”，彈出以下對話框?qū)W習(xí)活動3采集無人機葉片模型數(shù)據(jù)

掃描數(shù)據(jù)優(yōu)化

GeomagicWrap所提供的業(yè)界功能最為強大的工具箱能夠?qū)?/p>

3D掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為3D模型用于下游處理。GeomagicWrap擁有強大的點云處理能力，能夠快速完成點云到三角面片的過程；軟件簡單易學(xué)，應(yīng)用于藝術(shù)、雕塑、考古、醫(yī)學(xué)、玩具等自由曲面的領(lǐng)域。當啟動GeomagicWrap軟件后，將會出現(xiàn)如圖3-11所示的應(yīng)用界面。請在空白出該界面的幾個部分。圖3-11GeomagicWrap操作界面學(xué)習(xí)活動3采集無人機葉片模型數(shù)據(jù)

掃描數(shù)據(jù)優(yōu)化

表3-6掃描數(shù)據(jù)優(yōu)化步驟步驟步驟圖解(1)點云優(yōu)化處理

去掉掃描過程中產(chǎn)生的雜點、噪音點；

將點云文件三角面片化（封裝），保存為STL文件格式。

（2）多邊形優(yōu)化處理

將封裝后的三角面片數(shù)據(jù)處理光順、完整；

保持數(shù)據(jù)的原始特征。

（3）數(shù)據(jù).STL導(dǎo)出學(xué)習(xí)活動4建立無人機葉片模型目錄1能導(dǎo)入STL格式文件

2能運用GeomagicDesignX軟件的坐標系建立功能3能運用GeomagicDesignX軟件的領(lǐng)域組功能4掌握GeomagicDesignX軟件的片面擬合功能5掌握GeomagicDesignX軟件的面片草圖功能6掌握GeomagicDesignX軟件的曲面修剪功能學(xué)習(xí)活動4建立無人機葉片模型

知識多知點GeomagicDesignX軟件擁有強大的點云處理能力和逆向建模能力，可以與其他三維軟件無縫銜接，適合工業(yè)零部件的逆向建模工作。軟件特點：l專業(yè)的參數(shù)化逆向建模軟件；l基于歷史樹的CAD建模；l基于特征的CAD數(shù)模與通用CAD軟件兼GeomagicDesignX的用戶界面如圖3-12所示，比較直觀、便于使用，而且是靈活、動態(tài)設(shè)計界面。用戶界面窗口和工具欄可以修改，可以使它們常顯示或在工具條區(qū)域點擊鼠標右鍵動態(tài)顯示。圖3-12GeomagicDesignX用戶界面學(xué)習(xí)活動4建立無人機葉片模型

根據(jù)任務(wù)要求完成無人機葉片的三維建模

表3-7無人機葉片的三維建模步驟步驟圖解(1)倒入STL格式數(shù)據(jù)在GeomagicDesignX菜單欄【插入】>【導(dǎo)入】，選擇【僅導(dǎo)入】（2）領(lǐng)域組的劃分在菜單欄點擊調(diào)整自動分割參數(shù)，完成領(lǐng)域劃分。完成分割后需要根據(jù)領(lǐng)域組的分割結(jié)果，按產(chǎn)品的同一平面原則使用【合并】【分離】等功能對領(lǐng)域組進行調(diào)整。

（3）建立坐標系-參照實物的裝配位置，利用點線面建立坐標系PS：檢查坐標系成功建立，此時可以把之前創(chuàng)建的參照點以及參照線刪除。使模型樹更便于操作。

學(xué)習(xí)活動4建立無人機葉片模型

根據(jù)任務(wù)要求完成無人機葉片的三維建模

表3-7無人機葉片的三維建模（4）葉片的構(gòu)建-使用【片面擬合】功能構(gòu)建葉片的上下兩個面；請思考構(gòu)建兩個葉面時需要注意什么？-使用【面片草圖】功能構(gòu)建葉片的四周輪廓曲線；-使用【曲面拉伸】功能構(gòu)建葉片四周的曲面；-使用【修剪】功能完成曲面的修剪；-使用【縫合】功能完成曲面的縫合，生成實體與下一步的

（5）連接圓柱的構(gòu)建-使用【面片草圖】功能完成上下兩個圓柱體的構(gòu)建-使用【圓形陣列】功能完成左右兩個葉片的構(gòu)建；思考：使用此功能時候需要做什么準備工作。-使用【布爾運算】功能完成圓柱體和葉片的結(jié)合。-使用【圓角】功能完成圓柱體和葉片的結(jié)合無人機部件。構(gòu)建卡槽-使用【面片草圖】、【拉伸實體】【布爾運算】功能完成圓柱體上卡槽的構(gòu)建。

學(xué)習(xí)活動4建立無人機葉片模型

根據(jù)任務(wù)要求完成無人機葉片的三維建模

表3-7無人機葉片的三維建模（6）建模精度檢查-根據(jù)任務(wù)書的精度要求使用【TM】功能完成對部件的分析。（7）組件的導(dǎo)出-使用【輸出】功能完成組件的輸出（如右圖所示）。請思考：組件的輸出數(shù)據(jù)格式選用原則是什么

學(xué)習(xí)活動4建立無人機葉片模型

無人機葉片的建?；卮鸨?-8的專業(yè)術(shù)語表3-8GeomagicDesignX中的術(shù)語模式

介紹

在面片模式中，可以修補并編輯面片境界與單元面/頂點?？梢灾匦律擅嫫?，以便用于FEM（有限元）分析、加工、RP等。也可以利用多種紋理編輯工具編輯面片的顏色和紋理。

在領(lǐng)域組模式中，可以自動將特征分割為彩色領(lǐng)域，也可以手動編輯領(lǐng)域組。

在面片草圖模式中，可以根據(jù)面片創(chuàng)建2D草圖，如直線、圓弧、圓等。創(chuàng)建的草圖將用于創(chuàng)建實體或曲面。

在草圖模式中，可以在沒有面片的情況下創(chuàng)建2D草圖，如直線、圓弧、圓等。該草圖模式與其他三維CAD建模軟件類似。

在3D面片草圖模式中，可以在面片上創(chuàng)建3D草圖。曲線可自動投影到面片上。

在3D草圖模式中，可以在3D空間中創(chuàng)建3D曲線。這些曲線可以用于創(chuàng)建曲面或?qū)嶓w。學(xué)習(xí)活動53D打印無人機葉片目錄2敘述FDM常用工藝材料，了SFDM設(shè)備3制定工作方案，正確排包4應(yīng)用SolidView/ProRP2015.0x64軟件，處理數(shù)據(jù)5操作SLS快速成型設(shè)備1敘述FDM打印技術(shù)工作原理，區(qū)別FDM工藝優(yōu)缺點準備知識學(xué)習(xí)活動53D打印無人機葉片

FMD是一種不依靠激光作為成型能源、而將各種絲材（如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC等）加熱熔化進而堆積成型方法。--成形材料：

--制件性能：

--主要用途：

圖3-13FMD打印件學(xué)習(xí)活動53D打印無人機葉片

工作原理FDM工作原理圖FDM熔融擠壓成型是將材料在加熱噴頭融化后，通過動輪擠壓出來進行堆積，瞬間固化，堆積出實物的來。

成型設(shè)備Einstart3D打印機攜帶方便、操作簡單。只需要按幾個按鍵，就可以很容易地制造出自己喜歡的模型。該打印機的原理是首先將打印材料高溫熔化擠出并迅速凝固，因而打印出的模型結(jié)實耐用。。

打印材料FDM打印機使用的耗材——絲狀熱塑性材料，最常用的是ABS、PLA塑料。SLS工藝特點優(yōu)點：1、構(gòu)造原理和操作簡單，維護成本低，系統(tǒng)運行安全。2、材料性能是主要優(yōu)點，ABS原型強度可以達到注塑零件的1/3。3、可以成型任意復(fù)雜程度的零件。4、原材料利用率高，且材料壽命長，以材料卷的形式提供，易于搬運和快速更換。5、支撐去除簡單，無需化學(xué)清洗，分離容易。6、多用于概念設(shè)計的三維打印機對原型精度和物理化學(xué)特性要求不高，便宜的價格是其能否推廣開來的決定性因素。缺點：1、成型精度較低，成型件的表面有較明顯的條紋；2、需要設(shè)計與制作支撐結(jié)構(gòu)；3、成型速度相對較慢表3-9FDM工作原理學(xué)習(xí)活動53D打印無人機葉片

打印步驟步驟步驟圖解（1）安裝平臺放置平臺，平臺采用磁力吸附，只需將3個突出點對應(yīng)下方的凹槽放下即可，確保平臺放平。思考：為了便于分離打印件，我們可以在平臺上加什么呢？

（2）安裝打印絲根據(jù)產(chǎn)品要求，選擇打印材料的顏色，保證材料的頭部整齊后，順著打印機的送線管插入到打印噴頭接線口。思考：如果打印噴頭已經(jīng)有打印線在里面怎么取出？表3-10無人機葉片打印步驟學(xué)習(xí)活動53D打印無人機葉片

打印步驟步驟步驟圖解（3）打印機初始化-開機：打開電源開關(guān)，長按“”鍵3秒后，出現(xiàn)開機界面。-菜單：開機后，直接按“”按鈕進入“快捷操作”，如圖所示。-進絲：在“快捷操作”按“”鍵開始進絲。到達設(shè)定溫度后，進絲會自動開始，如下圖所示。-停止進絲：當溫度到達后，會一直進絲。您可以按“”停止，如圖

所示。

（4）導(dǎo)入無人機葉片模型-打開軟件，點擊

導(dǎo)入打印機模型。-“”按鈕：將模型移動到平臺中心表3-10無人機葉片打印步驟學(xué)習(xí)活動53D打印無人機葉片

打印步驟步驟步驟圖解（5）設(shè)置打印參數(shù)，生成打印路徑點擊

路徑生成按鈕，按鈕對路徑生成設(shè)置的參數(shù)進行配置。程序?qū)⒏鶕?jù)您上一次的設(shè)置來生成路徑。默認設(shè)置下，程序?qū)⑹褂谩皹藴省迸渲蒙陕窂健?/p>

（6）打印點擊向?qū)^(qū)的“”按鈕，開始打印。開始打印后，界面將會更新，向?qū)^(qū)將會增加“”按鈕，狀態(tài)與設(shè)置區(qū)將會增加“”按鈕。表3-10無人機葉片打印步驟學(xué)習(xí)活動6無人機葉片后處理目錄1無人機組件后處理；

2使用打磨機；無人機葉片后處理學(xué)習(xí)活動6無人機葉片后處理

無人機葉片屬于薄壁結(jié)構(gòu)，螺旋角度的葉面都是懸空，采用逐層堆疊方式成型的3D打印技術(shù)也必需遵循平衡原理，因此有些模型的打印為了保持平衡是需要支撐結(jié)構(gòu)的。

一般情況下，支撐結(jié)構(gòu)使用的材料與模型的材料是不同的，它采用的是容易去除的特殊材料，目前市面上3D打印機比較容易去除的支撐材料有：可以溶于水的凝膠狀支撐材料、可溶于堿性溶液的支撐材料、可溶于酒精的支撐材料等。采用這些特殊材料作為支撐結(jié)構(gòu)的3D打印模型，只要把它放入到水、堿性溶液或者酒精等特定溶液中就可以自行脫掉支撐了，除去支撐結(jié)構(gòu)需要小心細致，借助小刀、鉗子等工具人工去除了，處理的時候要特別小心以免損壞模型，那些毛邊可以通過打磨拋光進一步處理。為了打印組件的平衡，需對打印件進行打磨處理。無人機葉片后處理學(xué)習(xí)活動6無人機葉片后處理