1、v快速成型與快速模具制造技術及其應用課程作業 成型121 1208030069 v題目一、快速成型技術的數據準備與 處理，你都了解哪些內容？二、快速成型工藝和設備都有哪些新進展？ 快速成型技術中的數據處理快速成型技術中的數據處理二、二、STL數據文件及處理數據文件及處理三、三維模型的切片處理三、三維模型的切片處理一、一、CAD三維模型的構建方法三維模型的構建方法 四、數據編輯與處理軟件四、數據編輯與處理軟件Magics RP4五、五、CT圖像數據處理軟圖像數據處理軟Mimics 快速成型的制作需要前端的CAD數字模型來支持，也就是說，所有的快速成型制造方法都是由CAD數字模型來直接驅動的。來源

2、于CAD的數字模型必須處理成快速成型系統所能接受的數據格式而且在原型制作之前或制作過程中還需要進行疊層方向的切片處理。此外，樣件反求以及來源于CT等的醫學模型等的數據都需要轉換成CAD模型或直接轉換成RP系統可以接收的數據。因此，在快速成型技術實施之前以及原型制作過程中需要進行大量的數據準備和處理工作，數據的充分準備和有效的處理決定著原型制作的效率、質量和精度。因此，在整個快速成型技術的實施過程中，數據的準備是必須的，數據的處理是十分必要和重要的。 快速成型技術中的數據處理快速成型技術中的數據處理 目前，基于數字化的產品快速設計有兩種主要途徑：一種是根據產品的要求或直接根據二維圖紙在CAD軟件

3、平臺上設計產品三維模型，常被稱為概念設計；另一種是在仿制產品時用掃描機對已有的產品實體進行掃描，得到三維模型，常被稱為反求工程。兩種常用的產品設計思路如圖所示。 一、一、 CAD三維模型的構建方法三維模型的構建方法圖基于數字化產品快速設計基本途圖基于數字化產品快速設計基本途徑徑 二、二、 STL數據文件及處理數據文件及處理v 快速成型制造設備目前能夠接受諸如STL，SLC，CLI，RPI，LEAF，SIF等多種數據格式。其中由美國3D Systems公司開發的STL文件格式可以被大多數快速成型機所接受，因此被工業界認為是目前快速成型數據的準標準，幾乎所有類型的快速成型制造系統都采用STL數據格

4、式。 STL文件的格式STL文件的精度STL文件的糾錯處理 STL文件的輸出STL文件的拼接和分割三、三維模型的切片處理三、三維模型的切片處理v快速成型系統中切片處理極為重要。切片的目的是要將模型以片層方式來描述。通過這種描述，無論零件多么復雜，對每一層來說卻是很簡單的平面。v 切片處理是將計算機中的幾何模型變成輪廓線來表述。這些輪廓線代表了片層的邊界，輪廓線是由一系列的環路來組成的，由許多點來組成一個環路。v 切片軟件的主要任務是接受正確的STL文件，并生成指定方向的截面輪廓線和網格掃描線，如圖所示。四、四、STL數據編輯與處理軟件數據編輯與處理軟件Magics RPvMagics RP 軟

5、件是比利時Materialise 公司推出的面向快速成型技術數據處理的大型STL數據編輯處理平臺。 Magics軟件編輯功能v Magics是一個十分理想和完整的處理STL格式文件的軟件，該軟件處理片面數據簡捷高效，提供了豐富且自動化程度很高的STL文件操作工具。五、五、CT圖像數據處理軟圖像數據處理軟MimicsvMimics軟件簡介 Mimics軟件是比利時Materialise公司面向醫學CT或MRI數據模型處理的運行在Windows 操作系統環境下的高度集成的三維圖像處理軟件，該軟件能在幾分鐘內將CT或MRI數據轉換成三維CAD或快速成型所需的模型文件。其主要功能特點如下：v 1. 圖

6、像輸入 Mimics能夠輸入多種數據格式，諸如Philips、GE、Hitachi、Picrer、Siemens、Toshiba、Elscint、SMS等等，并提供了自定義輸入的工具。Mimics可直接訪問由這些系統產生的光盤數據，Mimics自動對數據格式進行檢測和識別，并轉換成自身的文件格式，將一組圖像存儲在相應的項目組里。v 2. 圖像處理 Mimics提供了多種工具，供用戶去增強由CT或MRI掃描產生的圖像數據的質量。Windows技術可增強圖像對比度，Thresholding（閾值）技術和3D Region Growing（三維區域增長）技術可進行全自動選擇。編輯工具能在掃描圖像的每

7、層進行劃線或擦除操作。同時可在自定義區域中進行局部閾值化操作。編輯工具可以對三維模型進行全面控制。為了便于圖像處理，Mimics能夠顯示三個獨立的窗口，其中一個窗口顯示原始掃描數據，另外兩個窗口顯示兩個正交平面上的重構視圖。每個視圖的切片能實時移動到所希望的任何位置。v 3. 三維重構 在圖像處理過程結束后，Mimics可以用設定的圖像分辨率和過濾器對選定的區域計算三維模型。重構的結果可在任何一個窗口內顯示，可以隨意旋轉這些模型并能夠將其設置為全透明或者深度渲染。v 4. 快速成型接口 因為Mimics可將圖像文件直接轉換成快速成型設備所需要的切片文件格式如CLI、SLI等，從而得到了最佳精度

8、。軟件中采用的一個復雜的插補算法程序使掃描數據到三維模型的轉化得到很高的曲面復制效果，能提供標準的三維文件格式如STL或VRML，強大的自適應濾波功能能夠大大減小文件的尺寸。v5. 醫療模型 作為CT或MRI掃描儀數據的最終三維表達，這些模型被用作復雜外科手術的準備和預演，同時也可幫助定制植入物的設計和制造。借助于其基本工具，Mimics可對模型進行標記，這些標簽將被印在模型里或通過使用特殊的樹脂使它們著色，特殊的區域如腫瘤或者神經區域等也都能用不同的顏色顯示出來。2.快速成型工藝和設備都有哪些新進展？ 快速成型技術的基本成型原理快速成型技術的基本成型原理 快速成型技術快速成型技術(RP技術技

9、術)是計算機輔助設計及制造技術、是計算機輔助設計及制造技術、逆向工程技術、分層制造技術逆向工程技術、分層制造技術(SFD材料去除成形材料去除成形(MPR)或或材料增加成形材料增加成形(MAP)技術以及它們的集成。通俗地說，快速技術以及它們的集成。通俗地說，快速成形技術就是利用三維成形技術就是利用三維CAD的數據，通過快速成型機，將一的數據，通過快速成型機，將一層層的材料堆積成實體原型。快速成型的技術體系如圖層層的材料堆積成實體原型。快速成型的技術體系如圖1所示所示。2.快速成型工藝和設備都有哪些新進展？ 快快速成型技術是集CAD/CAM技術、激光加工技術、數控技術和新材料等技術領域的最新成果于

10、一體的零件原型制造技術。由于該技術可以把零件原型的制造時間減少為幾天、幾小時，大大縮短了產品開發周期，降低開發成本，加之計算機技術的快速發展和三維CAD軟件應用的不斷推廣，使得快速成型技術的廣泛應用成為可能。 速成型技術的成型方法多達十余種，目前應用較多的有立體光固化(SLA)、選擇性激光燒結(SLS)、分層實體制造(LOM)、熔積成型(FDM)等。這些工藝方法都是在材料累加成型的原理基礎上，結合材料的物理化學特性和先進的工藝方法而形成的，它與其他學科的發展密切相關。1、立體光固化立體光固化(SLA) 該方法是目前世界上研究最深入、技術最成熟、應用最廣泛的一種快速成型方法。 SLA技術原理是計

11、算機控制激光束對光敏樹脂為原料的表面進行逐點掃描，被掃描區域的樹脂薄層(約十分之幾毫米）產生光聚合反應而固化，形成零件的一個薄層。工作臺下移一個層厚的距離，以便固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態樹脂，進行下一層的掃描加工，如此反復，直到整個原型制造完畢。由于光聚合反應是基于光的作用而不是基于熱的作用，故在工作時只需功率較低的激光源。此外，因為沒有熱擴散，加上鏈式反應能夠很好地控制，能保證聚合反應不發生在激光點之外，因而加工精度高，表面質量好，原材料的利用率接近100%，能制造形狀復雜、精細的零件，效率高。對于尺寸較大的零件，則可采用先分塊成形然后粘接的方法進行制作，如圖2所示。2、分層實體制造

12、、分層實體制造(LOM) 目前研究LOM工藝的有Helisys公司、華中科技大學、清華大學、Kira公司等。 LOM工藝將單面涂有熱溶膠的紙片通過加熱輥加熱粘接在一起，位于上方的激光器按照CAD分層模型所獲數據，用激光束將紙切割成所制零件的內外輪廓，然后新的一層紙再疊加在上面，通過熱壓裝置和下面已切割層粘合在一起，激光束再次切割，這樣反復逐層切割粘合切割，直至整個零件模型制作完成。LOM技術制作沖模，其成本約比傳統方法節約1/2,生產周期大大縮短。用來制作復合模。薄料模、級進模等，經濟效益也甚為顯著，原理如圖3所示。該技術在國外已經得到了廣泛的使用。3、選擇性激光燒結選擇性激光燒結(SLS) 研究SLS的有DIM公司、EOS公司、北京隆源公司。該法采用C02激光器作能源，目前使用的造型材料多為各種粉末材料。在工作臺上均勻鋪上一層很薄的粉末，激光束在計算機控制下按照零件分層輪廓有選擇性地進行燒結，一層完成后再進行下一層燒結。全部燒結完后去掉多余的粉末，再進行打磨、烘干等處理便獲得零件。目前，成熟的工藝材料為蠟粉及塑料粉，用金屬粉或陶瓷粉進行粘接燒結的工藝還正在實驗研究階段。該技術具有原材料選擇廣泛、多余材料易于清理、應用范圍廣等優點，適用于原型及功能零件的制造。在成形過程中，激光工作參數以及粉末的特性和燒結氣氛是影響燒結成形質量的重要參數，原理如圖4所示。 4、熔積成型熔積