逆向工程于快速成型技术应用

前言

第一篇逆向工程技术应用

项目一逆向工程技术认知

任务一初识逆向工程技术

任务二再识逆向工程技术

一、逆向工程的工作流程

二、逆向工程技术实施的条件

任务三了解逆向工程技术的应用

小结

思考题

课外任务

项目二三维数据扫描

任务一了解三维数据扫描

一、数据采集方法的分类

二、接触式数据扫描

三、非接触式光学扫描

四、非接触式的非光学扫描

五、各种数据扫描方法的比较

任务二使用RANGE7非接触三维扫描仪测量储蓄罐外形

一、RANGE7非接触三维扫描仪简介

二、扫描前处理

三、储蓄罐外形的数据扫描

任务三使用EXA Scan手持式三维扫描仪测量车灯灯罩外形

一、EXA Scan手持式三维扫描仪简介

二、车灯灯罩外形的数据扫描

任务四使用XTOM型三维光学面扫描仪测量风扇外形

一、XTOM型三维光学面扫描仪简介

二、风扇外形的数据扫描

小结

思考题

课外任务

项目三数据处理及数模重构

任务一了解Geomagic Studio软件

一、Geomagic Studio软件的工作流程

二、Geomagic Studio软件的主要功能

三、Geomagic Studio软件的基本操作

四、基本操作实例

任务二储蓄罐的数据处理及数模重构

一、点阶段的数据处理

二、多边形阶段的数据处理

三、精确曲面的自动构建

〖〗逆向工程与快速成型技术应用第2版目录〖〗任务三车灯灯罩的数据处理及数模重构

一、多边形阶段的数据处理

二、参数曲面的构建

任务四自行车挡泥板的数模重构

任务五凸台点云的数据处理及数模重构

一、点阶段的数据处理

二、多边形阶段的数据处理

三、精确曲面的构建

任务拓展风扇的逆向造型

一、CATIA软件逆向造型简介

二、风扇的结构特点

三、风扇的逆向造型过程

小结

思考题

课外任务

第二篇快速成型技术应用

项目四快速成型技术认知

任务一认识快速成型技术

一、物体成型的方式

二、快速成型技术的原理

三、快速成型技术的特点

任务二了解快速成型技术的典型工艺

一、光固化成型

二、分层实体制造

三、选择性激光烧结

四、熔融沉积制造

五、三维打印

六、几种主流快速成型工艺的比较

任务三了解快速成型技术的应用

一、概念模型的可视化、设计评价

二、结构验证与装配干涉校验

三、功能性零件的直接制造

四、破损件的修复

任务四了解快速成型技术的发展趋势

一、国外快速成型技术的发展现状

二、我国快速成型技术的发展现状

三、快速成型技术的发展趋势

小结

思考题

课外任务

项目五原型的制作

任务一快速成型的数据处理

一、快速成型的数据来源

二、STL文件

三、零件的分割与摆放

四、支撑的设置

五、三维模型的分层处理

六、层片扫描路径

任务二基于熔融沉积制造工艺制作储蓄罐

一、 UP!3D打印机简介

二、储蓄罐的快速成型

任务三基于喷墨式三维打印工艺制作车灯灯罩

一、Objet30 Pro 3D打印机简介

二、车灯灯罩的快速成型

任务四基于光固化成型工艺制作风扇

一、Magics 软件简介

二、SL300光固化打印机简介

三、风扇的快速成型

任务五硅橡胶模具产品的快速制造

一、基于快速原型的硅橡胶模具制作

二、硅橡胶模具产品的浇注

小结

思考题

课外任务

参考文献

充分体现了以"必需、够用"为度的原则，注重应用，围绕着产品快速开发流程，以培养学生的实际应用能力为目标，符合现代制造行业发展需求。本教材将逆向工程和快速成型技术融合在一本教材中，结构紧凑、层次分明，与现有的教材相比，学时少，简明扼要。

项目1了解逆向工程技术1

1.1逆向工程技术简介1

1.2逆向工程技术的工作流程2

1.3逆向工程技术常用软件3

1.3.1基于正向的CAD/CAE/CAM系统软件3

1.3.2专用的逆向造型软件5

1.4逆向工程技术的关键技术8

1.4.1数据采集技术8

1.4.2曲面重构技术11

1.5逆向工程技术的应用领域14

项目2基于常规测量方式的零件三维建模19

2.1常规测量工具及其使用方法19

2.1.1游标卡尺19

2.1.2高度游标卡尺20

2.1.3千分尺(螺旋测微器)21

2.1.4万能角度尺23

2.1.590°宽座角尺25

2.1.6半径规(R规)25

2.1.7平板26

2.1.8量块27

2.1.9塞尺27

2.2计算机机箱塑料支架的测量28

2.2.1计算机机箱塑料支架结构分析28

2.2.2测量步骤与方法29

2.2.3产品各尺寸测量结果33

2.3计算机机箱塑料支架实体造型设计34

2.3.1新建支架模型文件34

2.3.2外形轮廓特征构建35

2.3.3台阶特征构建36

2.3.4侧面板特征构建38

2.3.5安装孔特征构建40

2.3.6两端吊耳特征构建41

2.4拓展训练43

项目3基于三坐标测量技术的数据采集44

3.1三坐标测量机简介44

3.1.1三坐标测量机的历史与发展44

3.1.2三坐标测量机的测量原理45

3.1.3三坐标测量机的组成和结构46

3.1.4三坐标测量机在逆向工程中的作用47

3.2三坐标测量机基础测量技能实训48

3.2.1测量机操作盒48

3.2.2测头管理49

3.2.3测量坐标系50

3.2.4元素的测量和构造52

3.2.5元素的相关关系54

3.2.6形位公差的设置54

3.2.7测量数据的导入和导出54

3.3肥皂盒三坐标测量55

3.3.1实物分析及测量方案制订55

3.3.2测量系统构成56

3.3.3新建测量程序58

3.3.4定义测头文件58

3.3.5构造测量基准并建立工件坐标系60

3.3.6分区域测量62

3.3.7测量数据导出63

〖〗逆向工程技术应用教程目录〖〗3.4肥皂盒逆向造型设计63

3.4.1新建肥皂盒模型文件63

3.4.2主体曲面特征构建64

3.4.3漏水孔特征构建68

3.4.4圆柱体特征构建71

3.4.5加强筋特征构建72

3.4.6肥皂盒创新设计73

3.5拓展训练73

项目4基于3DSS光栅扫描技术的数据采集75

4.13DSS测量系统简介75

4.1.13DSS测量系统的特点和测量原理75

4.1.23DSS光栅扫描仪的组成和结构76

4.1.33DSS光栅扫描仪在逆向工程中的作用76

4.23DSS光栅扫描仪基本操作78

4.2.1扫描策略78

4.2.2扫描测量过程相关操作79

4.2.3分区域测量88

4.2.4测量数据导出91

4.3灯罩3DSS光栅扫描仪测量93

4.3.1实物分析及测量方案制订93

4.3.2扫描测量过程93

4.3.3测量数据导出98

4.4拓展训练98

项目5基于Geomagic的数据拼接处理99

5.1数据拼接技术简介99

5.1.1多视点云数据对齐的定义99

5.1.2常用的多视点云数据对齐方法100

5.2Geomagic软件基础101

5.2.1Geomagic软件简介101

5.2.2Geomagic软件优点102

5.2.3Geomagic软件逆向设计常用命令103

5.3灯罩光栅扫描仪测量数据拼接处理104

5.3.1测量数据导入Geomagic软件104

5.3.2灯罩多视点云数据拼接处理105

5.3.3灯罩点云数据预处理108

5.3.4测量数据导出109

5.4基于Geomagic数据拼接的产品质量检测110

5.4.1汽车减震器托盘数据采集和数据拼接处理110

5.4.2导入测试对象和参考对象111

5.4.3色谱误差分析111

5.4.4创建注释和形位公差标注112

5.4.52D截面误差分析113

5.4.6创建报告113

5.5基于Geomagic的复杂曲面快速曲面重构115

5.5.1玩具猪数据采集115

5.5.2玩具猪数据处理115

5.5.3玩具猪数据三角化117

5.5.4创建NURBS曲面120

5.6拓展训练123

项目6基于Imageware的数据预处理125

6.1数据预处理技术简介125

6.1.1点云数据预处理技术的意义125

6.1.2测量数据的剔除和修补126

6.1.3点云数据的滤波和精简127

6.1.4点云数据分块128

6.2Imageware软件基础129

6.2.1Imageware软件简介129

6.2.2Imageware软件优点130

6.2.3Imageware软件逆向设计常用命令131

6.3灯罩光栅扫描仪测量数据预处理133

6.3.1测量数据导入Imageware软件133

6.3.2灯罩点云数据预处理134

6.3.3工件坐标系的建立135

6.3.4关键特征提取及截面线剖切142

6.3.5后处理数据导出145

6.4拓展训练146

项目7基于UG的产品逆向设计147

7.1UG软件基础147

7.1.1UG软件简介147

7.1.2UG逆向造型的一般方法和技巧149

7.2灯罩产品UG逆向造型设计152

7.2.1测量数据导入UG软件152

7.2.2灯罩大面构建154

7.2.3灯罩边界修剪和实体生成163

7.2.4细节安装特征构建168

7.3拓展训练172

附录A2009年全国职业院校技能大赛"产品造型设计及快速成型"项目试题173

附录B2010年全国职业院校技能大赛"零部件3D测量与制造"项目试题185

附录C2011年全国3D大赛"天远杯"逆向设计竞赛样题196

附录D2012年全国职业院校技能大赛"工业产品造型设计与快速成型"项目样题199

参考文献205

RPM技术即可用于产品的概念设计、功能测试等方面，又可直接用于工件设计、模具设计和制造等领域，RPM技术在汽车、电子、家电、医疗、航空航天、工艺品制作以及玩具等行业有着广泛的应用。

1、 产品设计评估与功能测验为提高设计质量，缩短试制周期，RPM系统可在几小时或几天内将图纸或CAD 模型转变成看得见、摸得着的实体模型。根据设计原型进行设计评估和功能验证，迅速地取得用户对设计的反馈信息。同时也有利于产品制造者加深对产品的理解，合理地确定生产方式、工艺流程和费用。与传统模型制造相比，快速成型方法不仅速度快、精度高，而且能够随时通过CAD进行修改与再验证，使设计更完善。

2、快速模具制造

以RPM生成的实体模型作为模芯或模套，结合精铸、粉末烧结或电极研磨等技术可以快速制造出产品所需要的功能模具，其制造周期一般为传统的数控切削方法的1/5~1/10。模具的几何复杂程度越高，这种效益愈显著。

3、医学上的仿生制造

医学上的CT技术与RPM技术结合可复制人体骨骼结构或器官形状，整容、重大手术方案预演，以及进行假肢设计和制造。

4、艺术品的制造

艺术品和建筑装饰品是根据设计者的灵感，构思设计出来的，采用RPM可使艺术家的创作、制造一体化，为艺术家提供最佳的设计环境和成型条件。快速成型制造开创了一个崭新的设计、制造概念。它以相对低的成本，可修改性强的特点，独到的工艺过程，为提高产品的设计质量，降低成本，缩短设计、制造周期，使产品尽快地推向市场提供了方法，对于复杂形状的零件则更为有利。快速成型制造技术作为一种先进制造技术将在21世纪的制造业中占据重要的地位。