面向3D打印的三维模型处理技术研究综述

作为一种变革性的技术,3D打印将推动三维智能数字化制造,而面向3D打印的三维模型数据处理则是实现这一过程的基础和前提。针对面向3D打印的三维模型处理技术,首先给出了3D模型数据处理的技术体系;然后分析总结了3D模型数据处理各个关键技术环节的研究现状;最后对面向3D打印的3D数据处理技术存在的问题及未来发展方向进行了展望。3D模型数据处理技术为3D打印贯穿产品全生命周期提供技术支持,可有效推动3D打印技术的发展和完善。     

任意拓扑三角网格模型的Loop细分曲面重建系统

提出一种从任意拓扑密集的三角网格模型拟合Loop细分曲面系统，包含对原网格模型进行特征识别，把保持了原有特征的简化网格和拓扑优化所获得的网格作为拟合初始控制网格。系统通过对控制网格顶点的循环修正和局部自适应细分来求解最终拟合细分曲面控制网格，避免了求解线性方程组，提高了拟合曲面的质量，实现了在给定精度下用较少的控制网格反映物体细节特征的分片光滑（片内除奇异点C^1外其余C^2连续）的Loop细分曲面重建。实例表明，Loop细分曲面重建系统对于任意拓扑海量三角网格测量数据的细分曲面重建是高效可行的。     

面向3D打印的复杂产品设计综述

3D打印能够在不牺牲产品性能的情况下打印出复杂的产品。相对于传统的制造技术,3D打印为设计者提供了宽阔的设计空间。设计者可以设计具有复杂形状、复杂功能和复杂材料的产品。复杂产品设计目标在于根据3D打印的特点,通过综合产品形状、大小、层次结构以及材质组成实现产品性能的最优化。从设计复杂度角度,将面向3D打印的复杂产品设计分为三类:材料复杂型设计、形状复杂型设计和功能复杂型设计,并对其进行综述和总结。最后对目前的热点问题进行了探讨,并预测了未来的一些发展趋势。     

面向协作机器人的3D打印系统设计

针对机器人在3D打印应用时稳定性欠佳、打印效果差的问题,设计面向协作机器人的3D打印控制系统。在目前比较典型、成熟的FDM熔融沉积成型技术的3D打印工艺基础上,选择JAKA Zu 7协作机器人作为执行结构,SIMATIC S7-1200控制器控制扩展设备,通过对机器人接口二次开发、设计G代码处理模块、通信模块对各种数据进行结构化处理。测试结果表明,该系统能有效提取和加工打印关键数据,完成PLC、机器人和G代码处理模块之间的通讯和数据交互,机器人位姿误差控制在在±0.15 mm,同时回抽挤出头在停顿点的挤出长度,解决在该点凸起呈斑点状的问题,冷却模块能根据喷头温度和打印情况进行实时冷却,减少打印件边缘卷曲的情况,保证了打印质量。     

基于三角形细分的三角网格模型表面体素化算法

针对现有三角网格模型表面体素化算法效率低的问题,提出一种基于三角形细分的三角网格模型表面体素化算法。该算法采用三角形细分方式获取大量顶点信息,采用面积阈值控制顶点的生成数量,并采用点的向量平移方式减少求解顶点坐标的计算量。通过建立顶点信息与三角形相交体素单元的一一对应关系实现三角网格模型的表面体素化。通过与现有2种算法在不同分辨率下的多种模型实验对比,表明该算法所需的采样点数量少于现有算法,在模型表面体素化效率方面优于现有算法。此外,所提算法也适用于亏格不为0和存在封闭内腔的三角网格模型。     

3D打印的切片细分算法与扫描路径研究

为提高3D打印的精度和质量,在分析其影响因素的基础上,对常用的STL格式的三角形面片单元进行切片细分算法进行研究。总结出细分误差的近似计算公式及其关联因素、细分次数与扫描换向次数的关系。     

鼠标模型重构及3D打印

以鼠标模型作为研究对象,首先利用扫描设备对鼠标模型进行数据信息采集,然后通过Geomagic系列软件对鼠标模型的外轮廓点云数据进行相应的数据处理以及模型的重构,并对所构曲面模型与扫描采集的点云数据进行对比检测.结果表明,逆向设计可以提高复杂曲面的建模效率,降低研发成本.     

3DXpert金属3D打印斯特林发动机模型

宾夕法尼亚州立大学是世界领先的从事增材制造研究和教育的高等院校之一,拥有很有特色的增材制造与设计工程硕士(MEng AMD)项目。该项目的特色之一是它不仅招收全日制学生,还招收在职工程师,这些工程师可以用宾夕法尼亚州立大学世界校区(网络虚拟校区)在线完成学习。为帮助学生成为技术专家,将其所学的增材制造知识用于实践,该项目将多学科理论知识与亲身实践相结合,学生们可在宾夕法尼亚州立大学增材制造车间获得实践经验。     

面向3D打印云服务平台的体系架构研究

在分析互联网时代制造业向大规模定制方向发展必然规律的基础上,对面向3D打印云服务平台的体系架构进行了深入研究。对3D打印云服务平台进行了介绍,分析了3D打印云服务平台的基本功能,在此基础上提出了3D打印云服务平台的体系架构;论述了3D打印云服务平台研究中涉及的关键技术。设计建设了面向高端家电家居产品个性化定制的3D打印云服务平台—天马行空网,并对其功能与架构、技术实现方法和商业模式进行了简要论述。     

面向3D打印的排爆机械臂栅格优化

文中以排爆机器人机械臂为研究对象,设计了一种面向3D打印的排爆机械臂。通过SolidWorks建立机械臂三维模型,采用ANSYS Workbench对原始大臂进行静力学分析,再根据分析结果对机械臂大臂进行拓扑优化。在满足大臂工作要求的前提下,采用Altair Inspire为拓扑优化大臂分别填充3种不同直径的栅格结构。通过Inspire对优化后的大臂进行静力学分析,与原始大臂相比,优化后的机械臂不仅满足工作要求,且自身质量减小,提升了机械臂的承载能力与末端执行器精度,增强了排爆工作的安全性。采用3D打印技术制造的机械臂,解决了优化大臂模型复杂、加工困难的问题,提高了设计制造的效率。     

面向3D打印平台的蒙皮加厚产品报价方法

针对Shapeways 3D打印平台的机械空间算法在材料费用方面计算精度的不足,提出一种产品蒙皮加厚方法。该方法结合符号距离场与偏置法对产品进行蒙皮加厚,建立了一种更精确的材料费用计算模型。在考虑材料成本和制造成本的基础上,建立了一套面向3D打印平台的产品报价流程及方案。通过实例验证了所提方法的有效性和可行性。     

面向敏捷自动化金属3D打印的生产型解决方案

EOS共享模块解决方案是与EOS M 400系列产品集成,以实现高效的增材制造生产的生产型解决方案。该解决方案中的各种模块、运输系统和控制中心软件可以帮助用户在设备加工的同时执行准备、取件、运输和筛粉操作。手动和自动EOS共享模块成套设备均可实现上述目的。     

面向3D打印的码垛机械手小臂轻量化设计

针对码垛机器人的轻量化问题,设计了一种面向3D打印的码垛机械手小臂。通过SolidWorks建立机械手小臂原模型,利用ANSYS Workbench对原模型进行静力分析,并在此基础上进行机械手小臂模型的拓扑优化。在以满足机械手小臂力学性能的前提下,结合拓扑优化云图,利用Rhino Grasshopper模块进行机械手小臂中部设计区域的二次重构,设计了3种不同随机点数的镂空Voronoi结构,导入SolidWorks完成机械手小臂的模型重组。通过ANSYS Workbench对优化后的机械手小臂进行静力仿真分析,对比原模型在静力方面不仅满足使用性能要求,且降低了机械手小臂的总体质量。通过3D打印和数字化设计相结合,为机械手小臂新产品提供了一种可行的设计方案,并解决了拓扑优化后的复杂结构难加工的问题,缩短了研发周期,提高了制造效率。     

保持特征的高质量三角网格简化方法

为解决三维几何模型的庞大数据量给存储、传输等带来的困难,提出一种保持特征的高质量三角网格简化方法。通过顶点投影确定模型中各三角形的折叠点,根据折叠点计算各三角形折叠时产生的误差,按照误差值的大小对模型进行三角形折叠简化。实验结果表明,该网格简化方法在生成高质量简化模型的同时降低了简化模型的误差,并有效地保持了原始模型的几何特征。     

3D打印中的模型分割与打包

为了提高3D打印技术中三维模型的打印效率,减少打印材料耗费,缩短打印时间,提出了一种全局最优的模型分割与打包算法。首先,将给定模型分割为若干金字塔形状的分块。然后利用一种改进的禁忌搜索算法寻找最优打包方案,尽可能地减少支撑材料的体积,根据分块体积给出利于全局优化的初始解,并通过控制邻域生成规则以及候选解集,使得搜索更加高效并大幅提高寻优速度。最后,将打印成型的各部件拼合成整体。实验结果表明:生成的打包方案节省了14%~38%的打印时间,节省了21%-46%的打印材料。该方法模型分割产生的分块个数少、打包高效合理,不仅有效地提高打印效率,还减少了打印时间和支撑材料消耗。     

3D打印未来

“打”饭“打”房“打”自己,“打”车“打”肝“打”基地,万能的3D打印最近频繁曝光新进展。这项神奇的技术究竟有何用处？又将走向何方？     

3D打印技术

最近一段时间,3D打印这个词在媒体上出现的频率极高,一会能打印房子,一会能打印自行车,甚至还可以打印出一把可以射出真子弹的步枪……3D打印的概念早在几十年前就已提出。20世纪70年代,随着3D辅助设计的兴起,设计师能在电脑软件中看     

面向教育的3D打印及其网络化交流平台的研究

为了将3D打印与教育结合起来,提升学生的创造能力和专业创新水平,论证了将3D打印应用于教育的可行性和必要性,提出了3D打印与教育结合过程中的难题和发展方向.基于3D打印在高校中应用的现状和3D打印网络化服务的发展趋势,提出了一种符合学生和高校特征的网络化交流平台集成框架,构建了平台系统的体系结构,阐述了它的工作流程和功能设计.在学生、老师、高校3D打印中心和校外合作3D打印中心之间建立了一个交流与加工制造的平台,以实现高校3D打印的资源整合、知识共享和技术创新.开发了该平台,验证了平台运行的可行性.     

基于3D打印的减速机传动系统实验模型

为降低减速机产品研发的技术难度与实验成本,以某型二级减速机系统为依据,设计开发了基于SolidWorks平台的数字化样机,并利用正弦函数构建电机驱动表达式,通过Simulation/Motion模块对其传动系统进行运动学仿真分析。在此基础上,利用C语言编程和STC12C5A60S2单片机开发,设计建立了二级齿轮传动系统控制模块,并借助3D打印构建了齿轮三维制件,最终搭建形成了一套针对减速机传动系统控制的机电一体化模型。可方便快捷地实现不同工况转速下的齿轮传动特性测试与实验验证,为减速机产品的设计开发提供了有效的实验思路与支持平台。     

浅谈3D打印与4D打印技术

3D打印技术与4D打印技术已经成为新兴技术的代表,引领着先进制造业不断发展。分别对3D打印的定义和加工流程、技术类型、应用以及4D打印的定义、材料、应用进行较全面的介绍。事实表明,3D打印与4D打印技术具有其它加工技术无法比拟的优点,本文对其发展前景指明了方向。