【正文】 由曲面。擁有廣大的用戶群，如 BMW、 Boeing、GM、 Chrysler、 Ford、 Toyota。 3DP 的成型過程與 SLS 相似，只是將 SLS 中的激光變成噴墨打印機(jī)噴射結(jié)合劑。該工藝適合于產(chǎn)品的概念建模及形狀和功能測(cè)試，中等復(fù)雜程度的中小原型，不適合制造大型零件。復(fù)雜構(gòu)件不易制造，懸臂件需加支撐 。 FDM 的優(yōu)點(diǎn)是材料利用率高，材料成本低，可選材料種類多，工藝簡(jiǎn)潔。 FDM 工藝的關(guān)鍵是保持半流動(dòng)成型材料的溫度剛好在熔點(diǎn)之上 (比熔點(diǎn)高 1℃左右 )。 3) 熔融沉積成型法 (FDM, Fused Deposition Modeling) 這種工藝是通過將絲狀材料如熱塑性塑料、蠟或金屬的熔絲從加熱的噴嘴擠出，按照零件每一層的預(yù)定軌跡，以固定的速率進(jìn)行 熔體沉積。 2) 選擇性激光燒結(jié) 法 (SLS, Selective Laser Sintering) 選擇性激光燒結(jié)法 (SLS)是在工作臺(tái)上均勻鋪上一層很薄 (100μ 200μ )的非金屬 (或金屬 )粉末，激光束在計(jì)算機(jī)控制下按照零件分層截面輪廓逐點(diǎn)地進(jìn)行掃描、燒結(jié)，使粉末固化成截面形狀。 快速成型工藝方法 目前快速成型主要工藝方法及其分類見 圖 1. 3 所示 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) 共 39 頁(yè) 圖 1. 3 快速成型主要工藝方法及其分類 1) 立體光固化成型法（ SL, StereoLithography） 光固化法 (SL)是以液態(tài)光敏樹脂為原材料，在計(jì)算機(jī)控制下的紫外激光按預(yù)定零件各分層截面的輪廓軌跡對(duì)液態(tài)樹脂逐點(diǎn)掃描，使樹脂薄層產(chǎn)生光聚合 (固化 )反應(yīng)，從而形成薄層截面。而采用全新的 “ 增長(zhǎng) ” 加工法，用層層的小毛坯逐步疊加成大工件，將復(fù)雜的三維加工分解成簡(jiǎn)單的二維加工的組合。 按照這些輪廓，成形裝置選擇性地固化 層層的液態(tài)樹脂 (或切割 層層的紙，燒結(jié) 層層的粉末材料，噴涂 層層的熱熔材料或粘結(jié)劑等 )， 形成各個(gè)截面輪廓 (圖 1. 2 (c))并逐步順序疊加成三維工件 (圖 1. 2 (d))。M)起始 90 年代，將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (CAD)、計(jì)算機(jī)輔助制造 (CAM)、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制 (CNC)、激光、精密伺服驅(qū)動(dòng)和新材料等先進(jìn)技術(shù)集成一體。 、早期發(fā)展和特點(diǎn)功能 快速成型原理 快速成型（也稱快速原型）制造技術(shù) (Rapid Prototyping amp。這個(gè)過程還包括對(duì)新建模型進(jìn)行誤差分析，其過程應(yīng)該考慮被測(cè)物對(duì)機(jī)構(gòu)引起的綜合軌跡誤差、逆向工程設(shè)計(jì)所存在測(cè)量誤差、和后續(xù)的加工誤差和設(shè)計(jì)中曲線擬合的誤差等。在本次設(shè)計(jì)中采用小平面特征、重新造型、曲面構(gòu)造等方法。 3 數(shù)據(jù)預(yù)處理 數(shù)據(jù)處理的工作主要包括：數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化、點(diǎn)云的拼合、噪聲過濾、特征提取、數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化以及點(diǎn)云分塊等。在本次設(shè)計(jì)中，這個(gè)因素影響不大，故不作太多討論。 參照已有的產(chǎn)品進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)，可以更好地繼承原有產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，改進(jìn)其陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) 共 39 頁(yè) 缺點(diǎn)，使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品不斷獲得改進(jìn)與提高。而且在已有成熟產(chǎn)品上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)降到最低，設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品也會(huì)更加穩(wěn)定可靠。 逆向工程通常是以專案方式執(zhí)行模型的仿制工作。且向設(shè)計(jì)以已有實(shí)物為參照物，比較直觀。 1 .產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期短 逆向工程系統(tǒng)就專門為制造業(yè)提供了一個(gè)全新、高效的三維制造路線。其中應(yīng)用了 Pro/E 中的小平面特征、重新造型、和造型模塊，解決了復(fù)雜曲面的逆向中部分難點(diǎn)，對(duì)于企業(yè)有著廣泛應(yīng)用。解決了一些復(fù)雜形體的三維建模和難以加工出實(shí)物模型等問題 ,實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的快速?gòu)?fù)制?？焖俪尚透鶕?jù)計(jì)算機(jī)上構(gòu)造的三維模型 , 能在很短時(shí)間內(nèi)直接制造出產(chǎn)品樣品 , 是制造業(yè)企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)服務(wù)的一項(xiàng)重要技術(shù)。逆向工程技術(shù)的應(yīng)用對(duì)我國(guó)企業(yè)縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距具有特別重要的意義。通過反求工程的分析可以全面理解原型的設(shè)計(jì)思路，發(fā)現(xiàn)其優(yōu)點(diǎn)和不足，增加反求設(shè)計(jì)產(chǎn)品及工程的可靠性；通過反求工程技術(shù)，可以完成基于數(shù)字化模型的產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)，以達(dá)到進(jìn)一步改進(jìn)原型設(shè)計(jì)的目的；采用反求工程技術(shù)可以避免自主研發(fā)中的不少?gòu)澛?，從而大幅度縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，適應(yīng)市場(chǎng)的要求，為企業(yè)快速占領(lǐng)市場(chǎng) 創(chuàng)造了條件。所以逆向工程的意義不僅僅在于探索并掌握支持產(chǎn)品全生命周期設(shè)計(jì)、 制造的陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 共 39 頁(yè) 關(guān)鍵技術(shù)，更體現(xiàn)在逆向反求的過程中接納先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想和制造理念，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)理論和思想上的創(chuàng)新，這對(duì)于我國(guó)科技進(jìn)步和制造業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。 課題意義 逆向工程在我國(guó)對(duì)逆向工程技術(shù)的研究起步較晚，主要局限于一些大學(xué)和科研院所，其中浙江大學(xué)李永青教授、清華大學(xué)姜元庚，劉佩軍等的研究是領(lǐng)先全國(guó)的，但是也有理論重滯后生產(chǎn)實(shí)際，與國(guó)外如火如荼的研究熱相比明顯的差距。但在我國(guó)復(fù) 雜曲面的逆向工程還處在初級(jí)階段，所以不斷進(jìn)行研究具有重要意義。浙江大學(xué)研制開發(fā)了基于三角曲面初始表達(dá)的復(fù)雜曲面反求工程軟件 RESOFT。華中科技大學(xué)開發(fā)了三維彩色掃描系統(tǒng) 3DLCS95，于 1995 年獲得了國(guó)家專利。 在我國(guó)，復(fù)雜曲面反求技術(shù)是 20 世紀(jì) 90 年代后期才迅速發(fā)展和 推廣的。這些都對(duì)復(fù)雜曲面的反求工程提供合適的環(huán)境。在商用軟件方面，主要有美國(guó)Imageware 公司的 、 Imageware、英國(guó) DelCam 公司的 CopyCAD陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 共 39 頁(yè) 等。 1968 年， Shepard 研 究了非規(guī)則分布數(shù)據(jù)的二維差值函數(shù)，給出了最小二乘法距離加權(quán)插值算法。隨后， Piegl 等人系統(tǒng)地探索了 B 樣條曲線曲面的構(gòu)造及其形狀調(diào)整問題，并敘述了 NURBS 方法。 在曲面重構(gòu)技術(shù)方面，也不斷取得突破性進(jìn)步。在數(shù)字化測(cè)量技術(shù)方面，測(cè)量方法各種各樣，測(cè)量設(shè)備和精度日益提高。陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 共 39 頁(yè) 目 錄 1. 緒 論 ..................................................... 3 . 課題研究的提出與意義 ................................. 3 課題背景 .......................................... 3 課題意義 .......................................... 4 逆向工程特點(diǎn)和過程 ..................................... 6 逆向工程的特點(diǎn) .................................... 6 快速成型的技術(shù)原理、早期發(fā)展和特點(diǎn)功能 ................. 8 快速成型原理 ...................................... 8 快速成型工藝方法 .................................. 9 軟件介紹 .............................................. 11 Imageware 軟件簡(jiǎn)介 ............................... 11 Pro/Engineer 軟件 逆向工程模塊簡(jiǎn)介 ................ 13 .......................................... 15 實(shí)體三維數(shù)據(jù)的獲得 —— 掃描 ............................ 15 點(diǎn)云處理 .............................................. 15 曲面重構(gòu) .............................................. 16 實(shí)體建模 .............................................. 18 本次設(shè)計(jì)逆向方案的確定 ................................ 18 本章小結(jié) ............................................. 19 ...................................... 20 烏龜曲面逆向開發(fā)的流程 ................................ 20 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 共 39 頁(yè) 數(shù)據(jù)獲取和處理 ................................... 20 點(diǎn)云數(shù)據(jù)清理 ..................................... 20 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化導(dǎo)出通用格式 ............................. 21 小平面特征 ............................................ 21 造型前準(zhǔn)備 ....................................... 22 輸入點(diǎn)云數(shù)據(jù) ..................................... 22 點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理 ..................................... 24 包絡(luò)處理 ......................................... 26 小平面處理 ....................................... 26 重新造型 .............................................. 32 修改數(shù)學(xué)屬性 ..................................... 33 修改曲面 ......................................... 34 曲面重新構(gòu)造 ..................................... 35 實(shí)體化過程 ............................................ 35 快速成型制造 .......................................... 37 質(zhì)量評(píng)估檢測(cè) .......................................... 38 本章小結(jié) .............................................. 40 ...................................................... 41 致 謝 ...................................................... 42 參 考文獻(xiàn) .................................................... 43 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 共 39 頁(yè) 論 課題背景 逆向工程技術(shù)是 20 世紀(jì) 80 年代初分別由 3M 公司、日本名古屋工業(yè)研究所以及美國(guó) UVP 公司提出并研制開發(fā)成功的。 在國(guó)外，逆向工程越來(lái)越受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的重視，目前逆向工程已經(jīng)發(fā)展成 CAD/CAM 系統(tǒng)中的一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的研究分支。由英國(guó) Ferranti公司于 20 世紀(jì) 50 年代開始研制的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（ coordinate measuring machine,CMM） ,以及德國(guó) Zeiss 公司于 1973 年推出的 UMM500 測(cè)量機(jī)已成為傳統(tǒng)機(jī)械接觸式測(cè)量方法的代表。在 20 世紀(jì) 70 年代，Riesenfeld 等人研究了非均勻 B 樣條、 Versprille 完成了有理 B 樣條曲線曲面的具體應(yīng)用。 20 世紀(jì)初期開始對(duì)散亂數(shù)據(jù)插值進(jìn)行研究，并在根據(jù)給定散亂數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)造光滑曲面的理論和方法上取得了顯著成就。 1986 年， Frain 則提出了構(gòu)造 C 連續(xù)三角 BernsteinBezier 曲面的方法。而且在 Pro/E、 UG 中也都發(fā)展出逆向模塊。在本課題中使用了 Imageware 軟件，和 Pro/E 中的逆向模塊。目前，已有一些高等學(xué)校和企業(yè)正致力于這方面的研究。在浙江大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、西安交通大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)等也先后開展了復(fù)雜曲面反求工程 CAD 問題的研究。此外，復(fù)雜曲面反求技術(shù)在我國(guó)企業(yè)也有一定的應(yīng)用，如珠海模具中心、東風(fēng)汽車公司、天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)研究所、浙江大學(xué)和湖南大學(xué)等運(yùn)用反求技術(shù)進(jìn)行新產(chǎn)品的開發(fā)與研制。本課題就逆向工程的過程及其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。傳統(tǒng)的產(chǎn)品外形開發(fā)多是重新建模，使得設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，而采用逆向工程進(jìn)行外形的再設(shè)計(jì)可以縮短設(shè)計(jì)和改進(jìn)的周期。 “引進(jìn)、消化、吸收、創(chuàng)新”是被證明了的新產(chǎn)品快速開發(fā)的有效途徑。充分利用別國(guó)的科技成就加以消化吸收與創(chuàng)新，進(jìn)而發(fā)展自己的技術(shù)，已成為世界各國(guó)普遍運(yùn)用的方法和手段。 逆向 工程包含對(duì)產(chǎn)品的研究與發(fā)展 ,生產(chǎn)制造過程 ,管理和市場(chǎng)組成的完整系統(tǒng)的分析和研究 .主要包括以下幾個(gè)方面 :探索原產(chǎn)品設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想 、 研究產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 、 確定產(chǎn)品的造型 、 確定產(chǎn)品的維護(hù)與管理 ，而 快速成型技術(shù) ( 簡(jiǎn)稱 R