逆向设计与3D打印实用技术
作者： 辛志杰 编著
出版时间：2017年版
内容简介
　　本书阐述了3D打印技术的原理和3D打印技术，介绍了3D打印的常用材料及其特性，还以金属构件、机电器件以及陶瓷等其他构件的3D打印成形为例，进行了3D打印技术的应用说明，用大量的数据、图片生动地展示了3D打印技术在诸多行业的应用。另外，本书还详细介绍了逆向设计与3D打印技术的相关概念、逆向设计的应用范围和发展趋势。针对Imageware、Geomagic Studio、Geomagic Design Direct、Pro/Engineer和UG NX等当今流行的设计软件，结合逆向设计软件的设计实例进行了实际操作演示，具有较强的实际应用价值。通过对本书的学习，将逆向设计与3D打印技术相结合，能快速缩短产品设计和制造周期，提高产品质量并使产品尽快上市。本书可供从事机电产品逆向设计、机械制造及其自动化、材料科学与工程等专业的科技人员和在校师生参考。也可供广大机械制造、材料成形、医疗、汽车制造、飞机零部件、商业机器、模型、玩具、服装等领域专业人士和众多3D打印DIY人士参考。
目录
第1章逆向设计与3D打印概述 1
1.1逆向设计的概念1
1.1.1逆向设计的基本步骤2
1.1.2逆向设计CAD建模的要点3
1.2逆向设计的应用范围3
1.3逆向设计过程中的注意事项6
1.4逆向设计的数据采集技术6
1.4.1接触式数据采集方法7
1.4.2非接触式数据采集方法7
1.5测量数据的处理技术8
1.5.1扫描数据预处理8
1.5.2数据点群的平滑处理9
1.5.3数据点群的精简与压缩处理9
1.5.4数据分割10
1.6产品模型的重构技术11
1.7逆向设计的发展趋势11
1.7.1逆向设计技术的研究热点11
1.7.2逆向设计技术的瓶颈13
1.8逆向设计与3D打印技术14
第2章逆向设计数据采集 16
2.1现代精密测量技术17
2.1.1数字化测量技术17
2.1.2激光测量技术和仪器17
2.1.3绝对式光栅尺17
2.1.4大尺寸、复杂几何型面轮廓测量技术17
2.2数据采集方法与测量设备的选择18
2.2.1三坐标测量机CMM18
2.2.2数字摄影三坐标测量系统18
2.2.3经纬仪测量系统18
2.2.4全站仪测量系统18
2.2.5激光跟踪测量系统19
2.2.6激光扫描测量系统19
2.2.7关节式坐标测量机19
2.2.8室内GPS20
2.3三坐标测量机及其操作20
2.3.1三坐标测量机的应用21
2.3.2三坐标测量机的组成及工作原理22
2.3.3桥式三坐标测量机23
2.3.4三坐标测量机的操作流程35
2.3.5箱体类零件的测量实例38
2.4关节式坐标测量机及其操作39
2.4.1FARO CAM2 Measure 10软件41
2.4.2采用FARO Edge测量臂测量实例41
2.4.3采用FARO Laser ScanArm 测量臂测量实例47
2.5数字摄影三维坐标测量系统48
2.5.1数字摄影三维坐标测量系统VSTARS48
2.5.23DSS幻影四目型三维光学扫描仪50
2.6手持式激光扫描仪测量系统52
第3章逆向设计建模技术 55
3.1数据预处理55
3.1.1异常点处理55
3.1.2孔洞修补57
3.1.3数据平滑58
3.1.4数据精简60
3.2多视数据对齐63
3.2.1基于三基准点的对齐方法64
3.2.2多视数据统一66
3.2.3多视数据对齐的误差分析67
3.3数据分割69
3.3.1数据分割方法69
3.3.2散乱数据的自动分割70
3.4模型重建技术73
3.4.1特征识别与数据分割73
3.4.2二次曲线曲面的拟合74
3.4.3对称平面的识别79
3.4.4自由曲线拟合81
3.4.5自由曲面拟合82
3.5点云的三角网格及三角曲面构造86
3.5.1点云的三角网格构造86
3.5.2Bezier 三角曲面拟合86
3.6基于断层图像数据的模型重建方法89
3.6.1图像边界轮廓的提取89
3.6.2轮廓分割和边界识别91
3.6.3切片间切片配准93
3.6.4表面识别97
3.6.5STL模型的重建97
3.6.6实体模型的重建98
3.7模型光顺性检查方法100
3.7.1基于曲率的方法101
3.7.2基于光照模型的方法101
3.7.3等高线法102
第4章逆向设计常用软件及应用 103
4.1逆向设计常用软件103
4.1.1逆向设计软件的分类103
4.1.2逆向设计常用软件103
4.2基于Imageware的逆向设计实例104
4.2.1Imageware概述104
4.2.2Imageware工作流程107
4.2.3Imageware逆向设计实例 108
4.3基于Geomagic Studio的逆向设计实例118
4.3.1Geomagic Studio概述118
4.3.2Geomagic Studio工作流程119
4.3.3Geomagic Studio逆向设计实例131
4.4基于Geomagic Design Direct的逆向设计实例137
4.4.1Geomagic Design Direct软件介绍137
4.4.2Geomagic Design Direct建模流程138
4.4.3Geomagic Design Direct模块功能138
4.4.4Geomagic Design Direct逆向设计实例141
4.5基于Pro/Engineer的逆向设计实例146
4.5.1Pro/Engineer软件介绍146
4.5.2Pro/Engineer软件主要模块147
4.5.3Pro/Engineer软件逆向设计功能147
4.5.4Pro/Engineer软件逆向设计实例149
4.6基于UG NX的逆向设计实例163
4.6.1UG NX软件介绍163
4.6.2UG NX软件逆向设计功能164
4.6.3UG NX逆向设计的基本技巧164
4.6.4UG NX逆向设计实例166
第5章3D打印技术177
5.13D打印技术原理178
5.23D打印技术分类178
5.33D打印材料179
5.3.1工程塑料180
5.3.2光敏树脂180
5.3.3橡胶类材料181
5.3.4金属材料181
5.3.5陶瓷材料181
5.3.6其他3D打印材料182
5.43D打印技术国内发展现状182
5.4.1高校与研究机构方面182
5.4.2企业方面183
5.5光固化快速成形184
5.5.1光固化快速成形工作原理184
5.5.2光固化快速成形技术特点185
5.5.3光固化快速成形机典型设备186
5.6叠层实体制造189
5.6.1叠层实体制造工作原理189
5.6.2叠层实体制造技术特点190
5.6.3叠层实体制造典型设备191
5.7选区激光烧结/熔化成形191
5.7.1选区激光烧结/熔化成形工作原理191
5.7.2选区激光烧结/熔化成形技术特点192
5.7.3选区激光烧结/熔化成形典型设备193
5.8黏结剂喷射197
5.8.1黏结剂喷射工作原理197
5.8.2黏结剂喷射技术特点198
5.8.3黏结剂喷射式打印机喷头198
5.8.4黏结剂喷射式打印机成形材料199
5.8.5黏结剂喷射式打印机典型设备201
5.9熔融沉积211
5.9.1技术概述211
5.9.2熔融沉积工作原理211
5.9.3熔融沉积技术特点212
5.9.4熔融沉积式打印机成形材料213
5.9.5熔融沉积式打印机典型设备214
第6章3D打印技术的应用222
6.1金属构件3D打印成形222
6.1.1金属构件激光烧结式直接成形222
6.1.2金属构件激光熔化式成形223
6.1.3金属构件激光熔覆式成形224
6.1.4金属构件电子束熔覆式成形225
6.1.5金属构件的其他3D打印自由成形226
6.2机电器件3D打印成形227
6.2.13D打印无人机227
6.2.23D打印汽车228
6.2.3复杂器件的3D打印成形229
6.33D打印的其他广泛应用231
6.3.1陶瓷构件231
6.3.2建筑构件234
6.3.3食品236
6.3.4文物237
6.3.5生物医学240
6.3.6生活用品243
6.4我国3D打印面临的问题245
参考文献 247
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