第三章 快速成型的前处理、后处理与精度

第三章 快速成型的前处理、后处理和精度
3.1 快速成型的前处理
3.1.1 三维模型的构建方法 2.运用反求工程构造三维模型的方法（逆向工程）
常见的扫描机有传统的坐标测量机（CMM）、
激光扫描机（LS）、零件断层扫描机（CSS）、 计算机X射线断层照相术（CT）以及磁共振成像 （MRI）。
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适应性切片根据零件的几何特征来决定切片 的层厚，在轮廓变化频繁的地方采用小厚度 切片，在轮廓变化平缓的地方采用大厚度切片 与统一层厚切片方法比较，可以减少Z轴误差、 阶梯效应与数据文件的长度。
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3.1 快速成型的前处理
3.1.3 三维模型的切片处理 2.快速成型中的主要切片方式 ⑷ 直接适应性切片
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3.1 快速成型的前处理
3.1.2 三维模型的STL格式化
STL文件的数据格式是采用小三角形来近似 逼近三维实体模型的外表面，小三角形数量 的多少直接影响着近似逼近的精度。 精度要求越高，选取得三角形应该越多。 但是，就本身面向快速成型制造要求的CAD模型 的STL文件，过高的精度要求也是不必要的。
3.1.1 三维模型的构建方法 2.运用反求工程构造 三维模型的方法 （逆向工程）
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3.1.1 三维模型的构建方法 2.运用反求工程构造三维模型的方法（逆向工程） 逆向工程设备： ① 测量机：获得产品三维数字化数据（点云/特征）； ② 曲面/实体反求软件：对测量数据进行处理， 实现曲面重构，甚至实体重构； ③ CAD/CAE/CAM软件； ④ 数控机床；
CT扫描已广泛应用于医疗诊断、假体设计、 工业检测和三维数字化，目前比较的一种CT 扫描是螺旋式CT扫描。 其原理是：
用该扫描机对实体（如人体）扫描时，实体在一个 门架中连续地向前缓缓移动，装于门架上的X射线管 和检测系统围绕实体连续转动并采集数据。
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3.1.3 三维模型的切片处理 2.快速成型中的主要切片方式 ⑵ 容错切片
容错切片基本上避开STL文件三维层次上的 纠错问题，直接在二维层次上进行修复。
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3.1.3 三维模型的切片处理 2.快速成型中的主要切片方式 ⑶ 适应性切片
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3.1.1 三维模型的构建方法 1.用计算机辅助设计软件构建三维模型（概念设计）
在计算机上，用三维CAD软件，根据产品的 要求，可以设计其三维模型，或将已有的产品的 二维三视图转换成三维模型。
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3.1 快速成型的前处理
光固化成型的后处理包括原型的清理、去除 支撑、后固化以及必要的打磨等工作。以某一 SLA原型为例介绍其后处理过程。
1）原型叠层制作结束后，工作台升出液面，停留 5~10min，以晒干滞留在原型表面的树脂和排除包裹 在原型内部多余的树脂； 2）将原型和工作台网板一起斜方晒干，并将其浸入 丙酮、酒精等清洗液体中，搅动并刷掉残留气泡； 3）原型清洗完毕后，出除支撑结构； 4) 再次清洗后置于紫外烘箱中进行整体后固化。
用平面小三角形中的顶点排序来确定其所 表达的表面是内表面或外表面。 逆时针的顶点排序表示该表面为外表面； 顺时针的顶点排序表示该表面为内表面。
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3.1 快速成型的前处理
3.1.2 三维模型的STL格式化 1.STL格式文件的规则 （3）取值规则
每个小三角形平面的顶点坐标值必须是正数 零或负数是错误的。
3.1.1 三维模型的构建方法 2.运用反求工程构造三维模型的方法（逆向工程）
对存在的的物理模型或实物样件，若要进行 数字化手段包括传统测绘及各种先进测量方法， 这一模式即为反求工程，或称逆向工程（RE)
仿制或再设计，必须对实物进行三维数字化处理，
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3.1 快速成型的前处理
3.1.1 三维模型的构建方法 2.运用反求工程构造三维模型的方法（逆向工程）
在制造领域，反求工程具体表现为对已有物体
的参照设计，通过实物的测量构造物体的几何 模型，进而根据物体的具体功能进行改进设计和 制造。 反求工程广泛应用在汽车、航空、模具等领域。
3.1.1 三维模型的构建方法 2.运用反求工程构造三维模型的方法（逆向工程） （3）CT扫描及数据转化
用CT扫描 采集数据 CT图像 分割 CT轮廓 分割
表面模型 的修改
表面 建模
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3.1 快速成型的前处理 快速成型制造设备目前可以接受诸如STL、 SLC、CLI、RPI、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，被工业 界认为是目前快速成型数据的标准，几乎所有 类型的快速成型制造系统都采用STL数据格式。
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3.1.2 三维模型的STL格式化 STL文件的主要优势在于表达简单清晰，文件中只 包含相互衔接的三角形片面节点坐标及其外法向量。 STL数据格式的实质是用许多细小的空三角形面来 逼近还原CAD实体模型，这类似于实体数据模型的表面 有限元网格划分。
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3.1.3 三维模型的切片处理 1.成型方向的选择 ⑵ 成型方向对材料成本的影响
不同的成型方向导致不同的材料消耗量。 对于需要外支撑结构的快速成型，如SLA和 FDM，材料的消耗量应包括支撑结构材料。 总材料消耗量还取决于原材料的回收和再 使用。
直接适应性切片利用适应性切片思想从CAD 模型中直接切片。可以同时减小Z轴和X-Y平面 方向上的误差。
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3.1.3 三维模型的切片处理 2.快速成型中的主要切片方式 ⑸ 直接切片
不需要转化为STL格式文件，直接在原始CAD 模型进行直接切片，具有如下优点： ① 能减少快速成型的前处理时间； ② 可避免STL格式文件的检查和纠错过程； ③ 可降低模型文件的规模； ④ 能直接采用PR数控系统的曲线插补功能， 从而提高工件的表面质量； ⑤ 能提高制件的精度。
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3.1.2 三维模型的STL格式化 1.STL格式文件的规则 （1）共顶点规则
每个平面小三角形必须与每个相邻的平面小 三角形共用两个顶点。
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3.1.2 三维模型的STL格式化 1.STL格式文件的规则 （2）取向规则
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3.1 快速成型的前处理
3.1.1 三维模型的构建方法 2.运用反求工程构造三维模型的方法（逆向工程） （1）三坐标测量机
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3.1 快速成型的前处理
3.1.1 三维模型的构建方法 2.运用反求工程构造三维模型的方法（逆向工程ห้องสมุดไป่ตู้ （1）三坐标测量机
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3.2 快速成型的后处理 从快速成型上取下的制品往往需要进行剥离， 以便去除废料和支撑结构；有得还需要进行后 固化、修补、打磨、抛光和表面强化处理等， 这些工序统称为后处理。
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3.2 快速成型的后处理
（1）SLA光固化成型的后处理
（4）合法实体规则
STL格式不得违反合法实体规则，又称充满 法则。即在三维模型的所有表面上，必须布满 小三角形平面。
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3.1.2 三维模型的STL格式化 2.STL格式文件的错误和纠错软件
由于CAD软件和STL文件格式本身存在的问题， 以及转换过程中造成的错误，使产生的STL格式 文件难免有少量缺陷，其中常见的有以下几种： ⑴ 出现违反共顶点规则的三角形； ⑵ 出现违反取向规则的三角形； ⑶ 出现错误的裂缝或孔洞； ⑷ 三角形过多或过少； ⑸ 微小特征遗漏或出错。
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3.2 快速成型的后处理
（2）SLS粉末材料烧结成型后处理
SLS成型件的金属半成品需置于加热炉中 烧除粘结剂、烧结金属粉和渗铜 TDP和SLS的陶瓷成型件也需置于加热炉中 烧结粘结剂、烧结陶瓷粉。
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3.1 快速成型的前处理
3.1.1 三维模型的构建方法 ⑴ 应用计算机三维设计软件，根据产品的要求设计 三维模型； ⑵ 应用计算机三维设计软件，将已有产品的二维图纸 转化为三维模型； ⑶ 仿制产品时，应用反求设备和反求软件，得到产品 的三维模型； ⑷ 利用Internet网络，将用户设计好的三维模型直接 传输到快速成型工作站。
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3.1.3 三维模型的切片处理 2.快速成型中的主要切片方式 ⑴ STL切片
工件的成型时间由前处理时间、分层叠加成 型时间和后处理时间等三部分构成。 成型时间等于层成型时间及层与层之间处理 时间之和。它随成型方向而变化。
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内容简介：
快速成型的前处理