快速成形数据处理
快速成型技术个人实验报告
开放性实验快速成型制造技术实验报告班级：学号：姓名：指导教师：一：快速成型介绍快速原理制造技术，又叫快速成型技术，（简称RP技术）；英文：RAPID PROTOTYPING（简称RP技术），或 RAPID PROTOTYPING MANUFACTURING，简称RPM。
RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。
不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。
但是，其基本原理都是一样的，那就是"分层制造，逐层叠加"，类似于数学上的积分过程。
形象地讲，快速成形系统就像是一台"立体打印机"。
RP系统的基本工作原理RP系统可以根据零件的形状，每次制做一个具有一定微小厚度和特定形状的截面，然后再把它们逐层粘结起来，就得到了所需制造的立体的零件。
当然，整个过程是在计算机的控制下，由快速成形系统自动完成的。
不同公司制造的RP系统所用的成形材料不同，系统的工作原理也有所不同，但其基本原理都是一样的，那就是"分层制造、逐层叠加"。
这种工艺可以形象地叫做"增长法"或"加法"。
每个截面数据相当于医学上的一张CT像片；整个制造过程可以比喻为一个"积分"的过程。
RP技术是在现代CAD/CAM 技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。
RP技术的基本原理是：将计算机内的三维数据模型进行分层切片得到各层截面的轮廓数据，计算机据此信息控制激光器（或喷嘴）有选择性地烧结一层接一层的粉末材料（或固化一层又一层的液态光敏树脂，或切割一层又一层的片状材料，或喷射一层又一层的热熔材料或粘合剂）形成一系列具有一个微小厚度的的片状实体，再采用熔结、聚合、粘结等手段使其逐层堆积成一体，便可以制造出所设计的新产品样件、模型或模具。
快速成型与快速模具制造技术及其应用课程作业
1、立体光固化(SLA) 该方法是目前世界上研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的一种快速
二、 STL数据文件及处理
快速成型制造设备目前能够 接受诸如STL，SLC，CLI， RPI，LEAF，SIF等多种数 据格式。其中由美国3D Systems公司开发的STL文 件格式可以被大多数快速成
型机所接受，因此被工业界
认为是目前快速成型数据的
准标准，几乎所有类型的快 速成型制造系统都采用STL 数据格式。
五、CT图像数据处理软Mimics
Mimics软件简介
Mimics软件是比利时Materialise公司面向医 学CT或MRI数据模型处理的运行在Windows 操作 系统环境下的高度集成的三维图像处理软件，该软 件能在几分钟内将CT或MRI数据转换成三维CAD或 快速成型所需的模型文件。其主要功能特点如下：
成型方法。
SLA技术原理是计算机控制激光束对光敏树脂为原料的表面进行逐点扫 描，被扫描区域的树脂薄层(约十分之几毫米）产生光聚合反应而固化，形 成零件的一个薄层。工作台下移一个层厚的距离，以便固化好的树脂表面再 敷上一层新的液态树脂，进行下一层的扫描加工，如此反复，直到整个原型 制造完毕。由于光聚合反应是基于光的作用而不是基于热的作用，故在工作 时只需功率
3、选择性激光烧结(SLS)
研究SLS的有DIM公司、EOS公司、北京隆源公司。该法采用C02激光器作 能源，目前使用的造型材料多为各种粉末材料。在工作台上均匀铺上一层很薄 的粉末，激光束在计算机控制下按照零件分层轮廓有选择性地进行烧结，一层 完成后再进行下一层烧结。全部烧结完后去掉多余的粉末，再进行打磨、烘干 等处理便获得零件。目前，成熟的工艺材料为蜡粉及塑料粉，用金属粉或陶瓷 粉进行粘接烧结的工艺还正在实验研究阶段。该技术具有原材料选择广泛、多 余材料易于清理、应用范围广等优点，适用于原型及功能零件的制造。在成形 过程中，激光工作参数以及粉末的特性和烧结气氛是影响烧结成形质量的重要 参数，原理如图4所示。
快速成型技术-第六章
6.1 快速成型技术前期处理精度
1、三维建模的形体表达方法 随着计算机辅助设计技术的飞速发展,出现了许多三维建模的形体表达方 法,目前常见的有以下几种: (1) B-Rep法(Boundary Representation,边界表达法), B-Rep法是根据顶 点、边和面所构成的表面来精确地描述三维实体模型的,其优点是能快速 地绘制出立体或线框模型;缺点是由于其数据是以表格的形式出现的,因 此空间的占用量较大,描述不一定是唯一的,所得到的实体有时不很精确, 有可能会出现错误的孔洞和颠倒现象。 (2) CSG法(Constructive Solid Geometry,构造实体几何法),CSG法又称 为 BBG (Building-Block Geometry,积木块几何法),这种方法采用的是布 尔运算法则,将一些较简单的如立方体、圆柱体等体元进行组合,得到复 杂形状的三维实体模型。其最大优点是数据结构简单,无冗余的几何信息, 实体模型也较真实有效,且可以随时修改;缺点是该实体算法很有限,构成 图形的计算量较大而且费时。
(Solid Modeling)和表面造型(Surface Modeling)功能,后者对构造复杂的自由曲面有 着重要的作用。常用三维建模软件种类及特点已在第五章详细论述,目前用得最多 的是Pro/E软件,由于此软件具有强大的实体造型和表面造型功能,可以构造任意复 杂的模·型,因此被广泛使用。
(1) Pro/E软件。Pro/E是美国参数技术公司(Parametric Technology Corporation, PTC)研发的一个非常成功的建模软件。Pro/E软件彻底改变了机械CAD, CAM等传 统观念,采用参数化、数字化特征进行产品的三维建模,目前它已成为当今世界机械 领域的新标准。利用Pro/E软件进行产品的建模设计,能将设计至生产全过程进行有 机地集成,让所有用户都同时参与进行同一产品的设计与制造工作。
lom成型原理
lom成型原理
LOM（Laminated Object Manufacturing）是一种快速成型技术，它使用一种特殊的成型材料和一台激光切割机来创建三维实物模型。
以下是LOM成型的基本原理：
1. 准备模型数据：首先，需要使用计算机辅助设计（CAD）
软件或其他三维建模工具，将所需物体的几何数据转换成电脑可读的格式。
2. 切割材料：LOM的关键是使用激光切割机将薄片材料切割
成所需形状。
切割材料通常是纸张或塑料片，厚度约为0.1-
0.5毫米。
3. 涂敷胶水：切割好的薄片会被粘贴在一张基板上。
这时，切割机会在每个薄片上涂敷一层胶水，以将其固定在基板上。
4. 堆叠薄片：切割好并涂敷胶水的薄片会被依次叠放在一起，直到构成整个模型。
每个薄片的位置和叠放顺序会根据模型设计进行确定。
5. 粘合薄片：切割机通过涂敷胶水的方式，将每个薄片与上一层薄片粘合在一起。
这样，逐层堆叠构建模型的树脂间会被胶水粘接。
6. 移除废材：当模型的所有层次被叠加完成后，需要去除多余的废材。
这些废材通常是模型的轮廓和内部空洞部分。
7. 表面处理：一旦剩余的废材被移除，就可以进行表面处理，例如去除残留的胶水或修整边缘，使模型更加光滑和精确。
LOM成型原理的关键点在于使用激光切割机将薄片材料进行切割，并通过涂敷胶水和粘合薄片的方式逐层堆叠，最终形成完整的三维模型。
这种成型技术具有较高的精度和成品质量，适用于快速制造原型和小批量生产。
4.第四章_快速成型技术中的数据处理
快速原型制造设备目前能够接受诸如STL，SLC，CLI，RPI， LEAF，SIF等多种数据格式。其中由美国3D Systems公司开发的
STL(StereoLithography interface specification)文件格式可以被大
多数快速成型机所接受，因此被工业界认为是目前快速成型数据 的准标准，几乎所有类型的快速成型系统都采用STL数据格式。
因此，在快速成型技术实施之前以及原型制作
过程中需要进行大量的数据准备和处理工作，数据的
充分准备和有效的处理决定着原型制作的效率、质量
和精度。 在整个快速成型技术的实施过程中，数据的准 备是必须的，数据的处理是十分必要和重要的。
ξ4 快速成型技术中的数据处理
第一节 CAD三维模型的构建方法
目前，基于数字化的产品快速设计有两种主要途径：一种是根据
件的还原、模型精度的提高及数字化模型检测等。
ξ4 快速成型技术中的数据处理
反求工程技术不是传统意义上的“仿制”，而是综合应用现代
工业设计的理论方法、生产工程学、材料学和有关专业知识，进行
系统地分折研究，进而快速开发制造出高附加值、高技术水平的新 产品。
反求工程对于难以用CAD设计的零件模型以及活性组织和艺术
（4）合法实体规则
STL文件不得违反合法实体规则，即在三维模型的所有表面上，必须布
可能有一个点会落在其旁边三角形的边上，下图便示意了存在问题的点。
因为每一个合理的实体面至少应有1.5条边，因此下面的三个约束条件在 正确的STL文件中应该得到满足： 面必须是偶数的； 边必须是3的倍数； 2×边＝3×面。
ξ4 快速成型技术中的数据处理
（3）取值规则
STL文件中所有的顶点坐标必须是正的，零和负数是错的。然而，目前
逆向工程及快速成型技术
逆向工程及快速成型技术引言逆向工程和快速成型技术是当今数字化时代强有力的工具，对各个行业都有着深远的影响。
逆向工程是通过分析和推导一个产品的设计、构造和功能，来理解并重新构建该产品的过程。
快速成型技术则是通过一系列自动化的加工过程，将数字化设计数据通过三维打印等方式快速转化为实体产品。
本文将介绍逆向工程和快速成型技术的基本概念、应用领域以及未来发展方向。
逆向工程基本概念逆向工程（Reverse Engineering）是指通过分析和推导产品的设计、构造和功能，来理解并重新构建该产品的过程。
它包括对产品的结构、性能、工艺和使用特性等方面的解析，以及对产品的复制和改进。
逆向工程通常通过采集、处理和分析产品的物理数据、CAD模型和软件程序等信息来实现。
应用领域逆向工程可以应用于各个行业和领域。
其中，制造业是逆向工程的主要应用领域之一。
在制造业中，逆向工程技术可以帮助企业快速获取竞争对手的产品信息，对其进行分析和研究，从而提升自己的技术优势。
逆向工程还可以用于产品的维修和改进，通过分析产品的结构和工艺，找出产品存在的问题并进行改进。
此外，逆向工程还可以应用于艺术、文化遗产保护等领域。
发展趋势随着信息技术的不断发展，逆向工程的方法和工具也在不断更新和改进。
目前，逆向工程主要应用于物理产品的分析和复制，但随着虚拟现实和增强现实等技术的发展，逆向工程将更多地应用于数字产品和软件的研究和分析。
此外，随着机器学习和人工智能技术的进一步发展，逆向工程将可以更加自动化和智能化，提高工作效率和准确性。
快速成型技术基本概念快速成型技术（Rapid Prototyping）是一种通过自动化的加工方法，将数字化设计数据快速转化为实体产品的技术。
它通过将设计数据转化为三维模型，并通过三维打印等方式进行快速制造。
快速成型技术可以减少产品开发周期和成本，提高生产效率。
应用领域快速成型技术被广泛应用于工业设计、医疗器械、汽车制造、航空航天等领域。
常用快速成型基本方法简介
1前言快速成型(Rapid Prototyping)是上世纪80年代末及90 年代初发展起来的高新制造技术，是由三维CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维实体的总称。
它集成了CA D技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果，是先进制造技术的重要组成部分。
由于它把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加，因而可以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复杂的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性。
与传统制造方法不同，快速成型从零件的CAD几何模型出发，通过软件分层离散和数控成型系统，用激光束或其他方法将材料堆积而形成实体零件。
通过与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段相结合，已成为现代模型、模具和零件制造的强有力手段，在航空航天、汽车摩托车、家电等领域得到了广泛应用。
2 快速成型的基本原理快速成型技术采用离散/堆积成型原理，根据三维CAD模型，对于不同的工艺要求，按一定厚度进行分层，将三维数字模型变成厚度很薄的二维平面模型。
再将数据进行一定的处理，加入加工参数，产生数控代码，在数控系统控制下以平面加工方式连续加工出每个薄层，并使之粘结而成形。
实际上就是基于“生长”或“添加”材料原理一层一层地离散叠加，从底至顶完成零件的制作过程。
快速成型有很多种工艺方法，但所有的快速成型工艺方法都是一层一层地制造零件，所不同的是每种方法所用的材料不同，制造每一层添加材料的方法不同。
快速成型的基本原理图快速成型的工艺过程原理如下:(1)三维模型的构造:在三维CAD设计软件中获得描述该零件的CAD文件。
一般快速成型支持的文件输出格式为STL模型，即对实体曲面做近似的所谓面型化(Tessellation)处理，是用平面三角形面片近似模型表面。
以简化CAD模型的数据格式。
便于后续的分层处理。
由于它在数据处理上较简单，而且与CAD系统无关，所以很快发展为快速成型制造领域中CAD系统与快速成型机之间数据交换的标准，每个三角面片用四个数据项表示。
快速成型技术与试题-答案
试卷一、填空题1.快速成型技术是由计算机辅助设计及制造技术、逆向工程技术、分层制造技术(SFF)、材料去除成形(MPR)、材料增加成形(MAP)技术等若干先进技术集成的；2.3.快速成型技术的主要优点包括成本低，制造速度快，环保节能，适用于新产品开发和单间零件生产等4.光固化树脂成型（SLA）的成型效率主要与扫描速度，扫描间隙，激光功率等因素有关5.快速成型技术的英文名称为：Rapid Prototyping Manufacturing（RPM），其目前也被称为：3D打印，增材制造；6.选择性激光烧结成型工艺（SLS）可成型的材料包括塑料，陶瓷，金属等；7.选择性激光烧结成型工艺（SLS）工艺参数主要包括分层厚度，扫描速度，体积成型率，聚焦光斑直径等；8.快速成型过程总体上分为三个步骤，包括：数据前处理，分层叠加成型（自由成型），后处理；9.快速成型技术的特点主要包括原型的复制性、互换性高，加工周期短，成本低，高度技术集成等；10.快速成型技术的未来发展趋势包括：开发性能好的快速成型材料，改善快速成形系统的可靠性，提高其生产率和制作大件能力，优化设备结构，开发新的成形能源，快速成形方法和工艺的改进和创新，提高网络化服务的研究力度，实现远程控制等；11.光固化快速成型工艺中，其中前处理施加支撑工艺需要添加支撑结构，支撑结构的主要作用是防止翘曲变形，作为支撑保证形状；二、术语解释1.STL数据模型是由3D SYSTEMS 公司于1988 年制定的一个接口协议，是一种为快速原型制造技术服务的三维图形文件格式。
STL 文件由多个三角形面片的定义组成，每个三角形面片的定义包括三角形各个定点的三维坐标及三角形面片的法矢量。
stl 文件是在计算机图形应用系统中，用于表示三角形网格的一种文件格式。
它的文件格式非常简单，应用很广泛。
STL是最多快速原型系统所应用的标准文件类型。
STL是用三角网格来表现3D CAD模型。
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mm
速度 mm/DDA
加工方向
加工起点
mm
mm
时间
DDA
加工轮廓图
相应的加工速度图
5 网格划分自适应
难剥离的地方网格自动划分密集，容 易剥离的地方网格自动划分粗大。既保 证了废料容易除去，又提高了生产率。
6 新的STL文件的压缩存储格式
提出一种新的快速成形数据文件存 储格式—“压缩STL格式”，将实体文件 压缩到原来的1/3至1/2， 有利于网络制 造过程中的数据传输，并使读入和预处 理的时间缩短为原来的1/5～1/2。
反求加工过程
激光三维扫描原理
激光线扫描
传统式单点测量
本中心拥有的3D SCANNER 激光扫描仪
反求的运用
通过激光扫描仪扫描物体，得到物体 表面的点云数据，由Surfacer软件对扫描 得到的原始数据进行处理，即得到拟合好 的曲面模型，并可对该模型进行各种修改， 得到再设计的三维CAD模型。该模型可 直接输出成STL文件以用于快速成形系统， 也可被其它的CAD软件如Pro/E、UG等 接受。
快速成形材料
2 STL文件容错切片
快速成形通常采用三角形平面逼近曲 面的STL文件，STL文件常会出现错误 ， 通常需人工干预，花费很多时间，我们 提出了容错切片的思路、理论和算法， 能在不需人工干预的情况下有效切片。
立体图形的三角化
容错切片实例
一般切片方法 错误需人工干预
容错切片 错误自动修复
STL文件出错实例
3 多种曲线拟合算法
对分层切片后的离散数据（点）进行过 滤，保留特征点，然后进行光顺拟合处 理，构成连续光滑的曲线（直线、圆弧、 抛物线以及样条曲线等）。 采用通过曲线拟合算法，提高了数 据处理的速度和稳定性，使加工轨迹光 滑，激光切割速度提高。
4 基于全局速度规划的轨迹插补
根据系统的机械动态特性及加工轮 廓曲线的变化，采用向前看（look forward）技术，确定最佳速度，使加工 速度随轮廓曲线的变化而变化，在保证 制件精度的前提下，实现了快速平稳加 工
快速成形数据处理
1 维计算机模型数据： 即
测量
数据处理
改进模型
模型重建
反求工程的实质
反求工程并不是仅仅从原件获得其数学 模型，而且要根据其设计意图进一步改进其设 计方案。 反求工程是以现代设计方法学为指导， 以现代设计理论、方法、技术为基础，运用各 种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维， 对已有新产品进行解剖、深化和再创造，是在 已有设计基础上的再设计，再创造是反求的灵 魂。