逆向工程于快速成型技術(shù)應(yīng)用

前言

第一篇逆向工程技術(shù)應(yīng)用

項目一逆向工程技術(shù)認(rèn)知

任務(wù)一初識逆向工程技術(shù)

任務(wù)二再識逆向工程技術(shù)

一、逆向工程的工作流程

二、逆向工程技術(shù)實施的條件

任務(wù)三了解逆向工程技術(shù)的應(yīng)用

小結(jié)

思考題

課外任務(wù)

項目二三維數(shù)據(jù)掃描

任務(wù)一了解三維數(shù)據(jù)掃描

一、數(shù)據(jù)采集方法的分類

二、接觸式數(shù)據(jù)掃描

三、非接觸式光學(xué)掃描

四、非接觸式的非光學(xué)掃描

五、各種數(shù)據(jù)掃描方法的比較

任務(wù)二使用RANGE7非接觸三維掃描儀測量儲蓄罐外形

一、RANGE7非接觸三維掃描儀簡介

二、掃描前處理

三、儲蓄罐外形的數(shù)據(jù)掃描

任務(wù)三使用EXA Scan手持式三維掃描儀測量車燈燈罩外形

一、EXA Scan手持式三維掃描儀簡介

二、車燈燈罩外形的數(shù)據(jù)掃描

任務(wù)四使用XTOM型三維光學(xué)面掃描儀測量風(fēng)扇外形

一、XTOM型三維光學(xué)面掃描儀簡介

二、風(fēng)扇外形的數(shù)據(jù)掃描

小結(jié)

思考題

課外任務(wù)

項目三數(shù)據(jù)處理及數(shù)模重構(gòu)

任務(wù)一了解Geomagic Studio軟件

一、Geomagic Studio軟件的工作流程

二、Geomagic Studio軟件的主要功能

三、Geomagic Studio軟件的基本操作

四、基本操作實例

任務(wù)二儲蓄罐的數(shù)據(jù)處理及數(shù)模重構(gòu)

一、點階段的數(shù)據(jù)處理

二、多邊形階段的數(shù)據(jù)處理

三、精確曲面的自動構(gòu)建

〖〗逆向工程與快速成型技術(shù)應(yīng)用第2版目錄〖〗任務(wù)三車燈燈罩的數(shù)據(jù)處理及數(shù)模重構(gòu)

一、多邊形階段的數(shù)據(jù)處理

二、參數(shù)曲面的構(gòu)建

任務(wù)四自行車擋泥板的數(shù)模重構(gòu)

任務(wù)五凸臺點云的數(shù)據(jù)處理及數(shù)模重構(gòu)

一、點階段的數(shù)據(jù)處理

二、多邊形階段的數(shù)據(jù)處理

三、精確曲面的構(gòu)建

任務(wù)拓展風(fēng)扇的逆向造型

一、CATIA軟件逆向造型簡介

二、風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)特點

三、風(fēng)扇的逆向造型過程

小結(jié)

思考題

課外任務(wù)

第二篇快速成型技術(shù)應(yīng)用

項目四快速成型技術(shù)認(rèn)知

任務(wù)一認(rèn)識快速成型技術(shù)

一、物體成型的方式

二、快速成型技術(shù)的原理

三、快速成型技術(shù)的特點

任務(wù)二了解快速成型技術(shù)的典型工藝

一、光固化成型

二、分層實體制造

三、選擇性激光燒結(jié)

四、熔融沉積制造

五、三維打印

六、幾種主流快速成型工藝的比較

任務(wù)三了解快速成型技術(shù)的應(yīng)用

一、概念模型的可視化、設(shè)計評價

二、結(jié)構(gòu)驗證與裝配干涉校驗

三、功能性零件的直接制造

四、破損件的修復(fù)

任務(wù)四了解快速成型技術(shù)的發(fā)展趨勢

一、國外快速成型技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

二、我國快速成型技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

三、快速成型技術(shù)的發(fā)展趨勢

小結(jié)

思考題

課外任務(wù)

項目五原型的制作

任務(wù)一快速成型的數(shù)據(jù)處理

一、快速成型的數(shù)據(jù)來源

二、STL文件

三、零件的分割與擺放

四、支撐的設(shè)置

五、三維模型的分層處理

六、層片掃描路徑

任務(wù)二基于熔融沉積制造工藝制作儲蓄罐

一、 UP!3D打印機簡介

二、儲蓄罐的快速成型

任務(wù)三基于噴墨式三維打印工藝制作車燈燈罩

一、Objet30 Pro 3D打印機簡介

二、車燈燈罩的快速成型

任務(wù)四基于光固化成型工藝制作風(fēng)扇

一、Magics 軟件簡介

二、SL300光固化打印機簡介

三、風(fēng)扇的快速成型

任務(wù)五硅橡膠模具產(chǎn)品的快速制造

一、基于快速原型的硅橡膠模具制作

二、硅橡膠模具產(chǎn)品的澆注

小結(jié)

思考題

課外任務(wù)

參考文獻(xiàn)

充分體現(xiàn)了以"必需、夠用"為度的原則，注重應(yīng)用，圍繞著產(chǎn)品快速開發(fā)流程，以培養(yǎng)學(xué)生的實際應(yīng)用能力為目標(biāo)，符合現(xiàn)代制造行業(yè)發(fā)展需求。本教材將逆向工程和快速成型技術(shù)融合在一本教材中，結(jié)構(gòu)緊湊、層次分明，與現(xiàn)有的教材相比，學(xué)時少，簡明扼要。

項目1了解逆向工程技術(shù)1

1.1逆向工程技術(shù)簡介1

1.2逆向工程技術(shù)的工作流程2

1.3逆向工程技術(shù)常用軟件3

1.3.1基于正向的CAD/CAE/CAM系統(tǒng)軟件3

1.3.2專用的逆向造型軟件5

1.4逆向工程技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)8

1.4.1數(shù)據(jù)采集技術(shù)8

1.4.2曲面重構(gòu)技術(shù)11

1.5逆向工程技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域14

項目2基于常規(guī)測量方式的零件三維建模19

2.1常規(guī)測量工具及其使用方法19

2.1.1游標(biāo)卡尺19

2.1.2高度游標(biāo)卡尺20

2.1.3千分尺(螺旋測微器)21

2.1.4萬能角度尺23

2.1.590°寬座角尺25

2.1.6半徑規(guī)(R規(guī))25

2.1.7平板26

2.1.8量塊27

2.1.9塞尺27

2.2計算機機箱塑料支架的測量28

2.2.1計算機機箱塑料支架結(jié)構(gòu)分析28

2.2.2測量步驟與方法29

2.2.3產(chǎn)品各尺寸測量結(jié)果33

2.3計算機機箱塑料支架實體造型設(shè)計34

2.3.1新建支架模型文件34

2.3.2外形輪廓特征構(gòu)建35

2.3.3臺階特征構(gòu)建36

2.3.4側(cè)面板特征構(gòu)建38

2.3.5安裝孔特征構(gòu)建40

2.3.6兩端吊耳特征構(gòu)建41

2.4拓展訓(xùn)練43

項目3基于三坐標(biāo)測量技術(shù)的數(shù)據(jù)采集44

3.1三坐標(biāo)測量機簡介44

3.1.1三坐標(biāo)測量機的歷史與發(fā)展44

3.1.2三坐標(biāo)測量機的測量原理45

3.1.3三坐標(biāo)測量機的組成和結(jié)構(gòu)46

3.1.4三坐標(biāo)測量機在逆向工程中的作用47

3.2三坐標(biāo)測量機基礎(chǔ)測量技能實訓(xùn)48

3.2.1測量機操作盒48

3.2.2測頭管理49

3.2.3測量坐標(biāo)系50

3.2.4元素的測量和構(gòu)造52

3.2.5元素的相關(guān)關(guān)系54

3.2.6形位公差的設(shè)置54

3.2.7測量數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和導(dǎo)出54

3.3肥皂盒三坐標(biāo)測量55

3.3.1實物分析及測量方案制訂55

3.3.2測量系統(tǒng)構(gòu)成56

3.3.3新建測量程序58

3.3.4定義測頭文件58

3.3.5構(gòu)造測量基準(zhǔn)并建立工件坐標(biāo)系60

3.3.6分區(qū)域測量62

3.3.7測量數(shù)據(jù)導(dǎo)出63

〖〗逆向工程技術(shù)應(yīng)用教程目錄〖〗3.4肥皂盒逆向造型設(shè)計63

3.4.1新建肥皂盒模型文件63

3.4.2主體曲面特征構(gòu)建64

3.4.3漏水孔特征構(gòu)建68

3.4.4圓柱體特征構(gòu)建71

3.4.5加強筋特征構(gòu)建72

3.4.6肥皂盒創(chuàng)新設(shè)計73

3.5拓展訓(xùn)練73

項目4基于3DSS光柵掃描技術(shù)的數(shù)據(jù)采集75

4.13DSS測量系統(tǒng)簡介75

4.1.13DSS測量系統(tǒng)的特點和測量原理75

4.1.23DSS光柵掃描儀的組成和結(jié)構(gòu)76

4.1.33DSS光柵掃描儀在逆向工程中的作用76

4.23DSS光柵掃描儀基本操作78

4.2.1掃描策略78

4.2.2掃描測量過程相關(guān)操作79

4.2.3分區(qū)域測量88

4.2.4測量數(shù)據(jù)導(dǎo)出91

4.3燈罩3DSS光柵掃描儀測量93

4.3.1實物分析及測量方案制訂93

4.3.2掃描測量過程93

4.3.3測量數(shù)據(jù)導(dǎo)出98

4.4拓展訓(xùn)練98

項目5基于Geomagic的數(shù)據(jù)拼接處理99

5.1數(shù)據(jù)拼接技術(shù)簡介99

5.1.1多視點云數(shù)據(jù)對齊的定義99

5.1.2常用的多視點云數(shù)據(jù)對齊方法100

5.2Geomagic軟件基礎(chǔ)101

5.2.1Geomagic軟件簡介101

5.2.2Geomagic軟件優(yōu)點102

5.2.3Geomagic軟件逆向設(shè)計常用命令103

5.3燈罩光柵掃描儀測量數(shù)據(jù)拼接處理104

5.3.1測量數(shù)據(jù)導(dǎo)入Geomagic軟件104

5.3.2燈罩多視點云數(shù)據(jù)拼接處理105

5.3.3燈罩點云數(shù)據(jù)預(yù)處理108

5.3.4測量數(shù)據(jù)導(dǎo)出109

5.4基于Geomagic數(shù)據(jù)拼接的產(chǎn)品質(zhì)量檢測110

5.4.1汽車減震器托盤數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)拼接處理110

5.4.2導(dǎo)入測試對象和參考對象111

5.4.3色譜誤差分析111

5.4.4創(chuàng)建注釋和形位公差標(biāo)注112

5.4.52D截面誤差分析113

5.4.6創(chuàng)建報告113

5.5基于Geomagic的復(fù)雜曲面快速曲面重構(gòu)115

5.5.1玩具豬數(shù)據(jù)采集115

5.5.2玩具豬數(shù)據(jù)處理115

5.5.3玩具豬數(shù)據(jù)三角化117

5.5.4創(chuàng)建NURBS曲面120

5.6拓展訓(xùn)練123

項目6基于Imageware的數(shù)據(jù)預(yù)處理125

6.1數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)簡介125

6.1.1點云數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)的意義125

6.1.2測量數(shù)據(jù)的剔除和修補126

6.1.3點云數(shù)據(jù)的濾波和精簡127

6.1.4點云數(shù)據(jù)分塊128

6.2Imageware軟件基礎(chǔ)129

6.2.1Imageware軟件簡介129

6.2.2Imageware軟件優(yōu)點130

6.2.3Imageware軟件逆向設(shè)計常用命令131

6.3燈罩光柵掃描儀測量數(shù)據(jù)預(yù)處理133

6.3.1測量數(shù)據(jù)導(dǎo)入Imageware軟件133

6.3.2燈罩點云數(shù)據(jù)預(yù)處理134

6.3.3工件坐標(biāo)系的建立135

6.3.4關(guān)鍵特征提取及截面線剖切142

6.3.5后處理數(shù)據(jù)導(dǎo)出145

6.4拓展訓(xùn)練146

項目7基于UG的產(chǎn)品逆向設(shè)計147

7.1UG軟件基礎(chǔ)147

7.1.1UG軟件簡介147

7.1.2UG逆向造型的一般方法和技巧149

7.2燈罩產(chǎn)品UG逆向造型設(shè)計152

7.2.1測量數(shù)據(jù)導(dǎo)入UG軟件152

7.2.2燈罩大面構(gòu)建154

7.2.3燈罩邊界修剪和實體生成163

7.2.4細(xì)節(jié)安裝特征構(gòu)建168

7.3拓展訓(xùn)練172

附錄A2009年全國職業(yè)院校技能大賽"產(chǎn)品造型設(shè)計及快速成型"項目試題173

附錄B2010年全國職業(yè)院校技能大賽"零部件3D測量與制造"項目試題185

附錄C2011年全國3D大賽"天遠(yuǎn)杯"逆向設(shè)計競賽樣題196

附錄D2012年全國職業(yè)院校技能大賽"工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計與快速成型"項目樣題199

參考文獻(xiàn)205

RPM技術(shù)即可用于產(chǎn)品的概念設(shè)計、功能測試等方面，又可直接用于工件設(shè)計、模具設(shè)計和制造等領(lǐng)域，RPM技術(shù)在汽車、電子、家電、醫(yī)療、航空航天、工藝品制作以及玩具等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。

1、 產(chǎn)品設(shè)計評估與功能測驗為提高設(shè)計質(zhì)量，縮短試制周期，RPM系統(tǒng)可在幾小時或幾天內(nèi)將圖紙或CAD 模型轉(zhuǎn)變成看得見、摸得著的實體模型。根據(jù)設(shè)計原型進(jìn)行設(shè)計評估和功能驗證，迅速地取得用戶對設(shè)計的反饋信息。同時也有利于產(chǎn)品制造者加深對產(chǎn)品的理解，合理地確定生產(chǎn)方式、工藝流程和費用。與傳統(tǒng)模型制造相比，快速成型方法不僅速度快、精度高，而且能夠隨時通過CAD進(jìn)行修改與再驗證，使設(shè)計更完善。

2、快速模具制造

以RPM生成的實體模型作為模芯或模套，結(jié)合精鑄、粉末燒結(jié)或電極研磨等技術(shù)可以快速制造出產(chǎn)品所需要的功能模具，其制造周期一般為傳統(tǒng)的數(shù)控切削方法的1/5~1/10。模具的幾何復(fù)雜程度越高，這種效益愈顯著。

3、醫(yī)學(xué)上的仿生制造

醫(yī)學(xué)上的CT技術(shù)與RPM技術(shù)結(jié)合可復(fù)制人體骨骼結(jié)構(gòu)或器官形狀，整容、重大手術(shù)方案預(yù)演，以及進(jìn)行假肢設(shè)計和制造。

4、藝術(shù)品的制造

藝術(shù)品和建筑裝飾品是根據(jù)設(shè)計者的靈感，構(gòu)思設(shè)計出來的，采用RPM可使藝術(shù)家的創(chuàng)作、制造一體化，為藝術(shù)家提供最佳的設(shè)計環(huán)境和成型條件。快速成型制造開創(chuàng)了一個嶄新的設(shè)計、制造概念。它以相對低的成本，可修改性強的特點，獨到的工藝過程，為提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量，降低成本，縮短設(shè)計、制造周期，使產(chǎn)品盡快地推向市場提供了方法，對于復(fù)雜形狀的零件則更為有利。快速成型制造技術(shù)作為一種先進(jìn)制造技術(shù)將在21世紀(jì)的制造業(yè)中占據(jù)重要的地位。