第二章幾種典型的快速成型技術(shù)及其數(shù)據(jù)處理

第一節(jié)快速成型技術(shù)的分類

SLA技術(shù)

LOM技術(shù)SLS技術(shù)FDM技術(shù)3DP技術(shù)光造型SLA工藝

StereolithographyApparatus

SLA技術(shù)是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合原理工作的。這種液態(tài)材料在一定波長和強(qiáng)度的紫外光(如λ=325nm)的照射下能迅速發(fā)生光聚合反應(yīng),分子量急劇增大,材料也就從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)。SLA工作原理圖。SLA工藝方法是目前快速成型技術(shù)領(lǐng)域中研究最多的方法，也是技術(shù)上最為成熟的方法。SLA工作原理

液槽中盛滿液態(tài)光固化樹脂，激光束在偏轉(zhuǎn)鏡作用下，能在液態(tài)表面上掃描，掃描的軌跡及光線的有無均由計(jì)算機(jī)控制，光點(diǎn)打到的地方，液體就固化。分層實(shí)體制造LOM工藝原理

LaminatedObjectManufacturing

LOM工藝采用薄片材料，如紙、塑料薄膜等。片材表面事先涂覆上一層熱熔膠。加工時，熱壓輥、熱壓、片材，使之與下面已成形的工件粘接；用CO2激光器在剛粘接的新層上切割出零件截面輪廓和工件外框，并在截面輪廓與外框之間多余的區(qū)域內(nèi)切割出上下對齊的網(wǎng)格；激光切割完成后，工作臺帶動已成形的工件下降，與帶狀片材(料帶)分離。

選擇性燒結(jié)SLS工藝

SelectiveLaserSintering

SLS工藝是利用粉末狀材料成形的。將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面，并刮平；用高強(qiáng)度的CO2激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面；材料粉末在高強(qiáng)度的激光照射下被燒結(jié)在一起，得到零件的截面，并與下面已成形的部分連接；當(dāng)一層截面燒結(jié)完后，鋪上新的一層材料粉末，選擇地?zé)Y(jié)下層截面(如圖)。SLS工作原理圖熔融沉積制造(絲狀材料選擇性融覆)FDM工藝

FusedDepostionModeling

FDM的材料一般是熱塑性材料，如蠟、ABS、尼龍等。以絲狀供料。材料在噴頭內(nèi)被加熱熔化。噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運(yùn)動，同時將熔化的材料擠出；材料迅速凝固，并與周圍的材料凝結(jié)(如圖)。FDM工作原理三維印刷3DP工藝

ThreeDimensionPrinting

3DP工藝與SLS工藝類似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末，金屬粉末。所不同的是材料粉末不是通過燒結(jié)連接起來的，而是通過噴頭用粘接劑（如硅膠）將零件的截面“印刷”在材料粉末上面（如圖）。用粘接劑粘接的零件強(qiáng)度較低，還須后處理。先燒掉粘接劑，然后在高溫下滲入金屬，使零件致密化。提高強(qiáng)度。3DP工作原理

快速成型的制作需要前端的CAD數(shù)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(shù)字模型來直接驅(qū)動的。來源于CAD的數(shù)字模型必須處理成快速成型系統(tǒng)所能接受的數(shù)據(jù)格式而且在原型制作之前或制作過程中還需要進(jìn)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(yī)學(xué)模型等的數(shù)據(jù)都需要轉(zhuǎn)換成CAD模型或直接轉(zhuǎn)換成RP系統(tǒng)可以接收的數(shù)據(jù)。因此，在快速成型技術(shù)實(shí)施之前以及原型制作過程中需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和處理工作，數(shù)據(jù)的充分準(zhǔn)備和有效的處理決定著原型制作的效率、質(zhì)量和精度。因此，在整個快速成型技術(shù)的實(shí)施過程中，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備是必須的，數(shù)據(jù)的處理是十分必要和重要的。第二節(jié)快速成型技術(shù)的數(shù)據(jù)處理STL數(shù)據(jù)文件及處理三維模型的切片處理CAD三維模型的構(gòu)建方法123STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRP4CT圖像數(shù)據(jù)處理軟Mimics5第二節(jié)快速成型技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

目前，基于數(shù)字化的產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)有兩種主要途徑：一種是根據(jù)產(chǎn)品的要求或直接根據(jù)二維圖紙?jiān)贑AD軟件平臺上設(shè)計(jì)產(chǎn)品三維模型，常被稱為概念設(shè)計(jì)；另一種是在仿制產(chǎn)品時用掃描機(jī)對已有的產(chǎn)品實(shí)體進(jìn)行掃描，得到三維模型，常被稱為反求工程。

兩種常用的產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路如圖7-1所示。（一）CAD三維模型的構(gòu)建方法圖7-1基于數(shù)字化產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)基本途徑

1.1概念設(shè)計(jì)

目前產(chǎn)品設(shè)計(jì)已經(jīng)大面積地直接采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件來構(gòu)造產(chǎn)品三維模型，也就是說，產(chǎn)品的現(xiàn)代設(shè)計(jì)已基本甩脫傳統(tǒng)的圖紙描述方式，而直接在三維造型軟件平臺上進(jìn)行。目前，幾乎盡善盡美的商品化CAD/CAM一體化軟件為產(chǎn)品造型提供了強(qiáng)大的空間，使設(shè)計(jì)者的概念設(shè)計(jì)能夠隨心所欲，且特征修改也十分方便。目前，應(yīng)用較多的具有三維造型功能的CAD/CAM軟件主要有Unigraphics、Pro/Engineer、Catia、Cimatro、Delcam、Solidedge、MDT等。隨著計(jì)算機(jī)硬件的迅猛發(fā)展，許多原來基于計(jì)算機(jī)工作站開發(fā)的大型CAD/CAM系統(tǒng)已經(jīng)移植于個人計(jì)算機(jī)上，也反過來促進(jìn)了CAD/CAM軟件的普及。（一）CAD三維模型的構(gòu)建方法（一）CAD三維模型的構(gòu)建方法1.2反求工程

新產(chǎn)品開發(fā)過程中的另一條重要路線就是樣件的反求。反求工程技術(shù)（ReverseEngineering，RE）又稱逆向工程技術(shù)，是20世紀(jì)80年代末期發(fā)展起來的一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)，是以產(chǎn)品及設(shè)備的實(shí)物、軟件(圖紙、程序及技術(shù)文件等)或影像(圖片、照片等)等作為研究對象，反求出初始的設(shè)計(jì)意圖，包括形狀、材料、工藝、強(qiáng)度等諸多方面。簡單說，反求就是對存在的實(shí)物模型或零件進(jìn)行測量并根據(jù)測量數(shù)據(jù)重構(gòu)出實(shí)物的CAD模型，進(jìn)而對實(shí)物進(jìn)行分析、修改、檢驗(yàn)和制造的過程。反求工程主要用于已有零件的復(fù)制、損壞或磨損零件的還原、模型精度的提高及數(shù)字化模型檢測等。（一）CAD三維模型的構(gòu)建方法

反求工程技術(shù)不是傳統(tǒng)意義上的“仿制”，而是綜合應(yīng)用現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)的理論方法、生產(chǎn)工程學(xué)、材料學(xué)和有關(guān)專業(yè)知識，進(jìn)行系統(tǒng)地分折研究，進(jìn)而快速開發(fā)制造出高附加值、高技術(shù)水平的新產(chǎn)品。反求工程對于難以用CAD設(shè)計(jì)的零件模型以及活性組織和藝術(shù)模型的數(shù)據(jù)攝取是非常有利的工具，對快速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品等的改進(jìn)和完善或參考設(shè)計(jì)具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。尤其是該項(xiàng)技術(shù)與快速成型技術(shù)的結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速三維拷貝，并經(jīng)過CAD重新建模修改或快速成型工藝參數(shù)的調(diào)整，還可以實(shí)現(xiàn)零件或模型的變異復(fù)原，如圖7-2所示。

（一）CAD三維模型的構(gòu)建方法圖7-2

反求工程技術(shù)應(yīng)用開發(fā)流程圖

（一）CAD三維模型的構(gòu)建方法

反求的主要方法有三坐標(biāo)測量法、投影光柵法、激光三角形法、核磁共振和CT法以及自動斷層掃描法等。常用的掃描機(jī)有傳統(tǒng)的坐標(biāo)測量機(jī)（CoordinateMeasurementMachine—CMM）、激光掃描機(jī)（LaserScanner）、零件斷層掃描機(jī)（CrossSectionScanner）以及CT（ComputerTomography）和MRI（MagneticResonanceImaging）等。采用反求工程方法進(jìn)行產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)，需要對樣品進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，具體內(nèi)容如圖所示。反求工程中較大的工作量就是離散數(shù)據(jù)的處理。一般來說，反求系統(tǒng)中應(yīng)攜帶具有一定功能的數(shù)據(jù)擬合軟件，或借用常規(guī)的CAD/CAM軟件UGII、Pro/E等，也有獨(dú)立的曲面擬合與修補(bǔ)軟件如Surfacer等。（一）CAD三維模型的構(gòu)建方法STL數(shù)據(jù)文件及處理三維模型的切片處理CAD三維模型的構(gòu)建方法123STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRP4CT圖像數(shù)據(jù)處理軟Mimics5第七章快速成型技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

快速成型制造設(shè)備目前能夠接受諸如STL，SLC，CLI，RPI，LEAF，SIF等多種數(shù)據(jù)格式。其中由美國3DSystems公司開發(fā)的STL文件格式可以被大多數(shù)快速成型機(jī)所接受，因此被工業(yè)界認(rèn)為是目前快速成型數(shù)據(jù)的準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，幾乎所有類型的快速成型制造系統(tǒng)都采用STL數(shù)據(jù)格式。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理2.1STL文件的格式

STL文件的主要優(yōu)勢在于表達(dá)簡單清晰，文件中只包含相互銜接的三角形片面節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)及其外法矢。STL數(shù)據(jù)格式的實(shí)質(zhì)是用許多細(xì)小的空間三角形面來逼近還原CAD實(shí)體模型，這類似于實(shí)體數(shù)據(jù)模型的表面有限元網(wǎng)格劃分，如圖7-5所示。STL模型的數(shù)據(jù)是通過給出三角形法向量的三個分量及三角形的三個頂點(diǎn)坐標(biāo)來實(shí)現(xiàn)的。STL文件記載了組成STL實(shí)體模型的所有三角形面，它有二進(jìn)制（BINARY）和文本文件（ASCII）兩種形式。

圖7-5

采用STL數(shù)據(jù)格式描述的CAD模型第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理2.2STL文件的精度

STL文件的數(shù)據(jù)格式是采用小三角形來近似逼近三維實(shí)體模型的外表面，小三角形數(shù)量的多少直接影響著近似逼近的精度。顯然，精度要求越高，選取的三角形應(yīng)該越多。但是，就本身面向快速成型制造所要求的CAD模型的STL文件，過高的精度要求也是不必要的。因?yàn)檫^高的精度要求可能會超出快速成型制造系統(tǒng)所能達(dá)到的精度指標(biāo)，而且三角形數(shù)量的增多會引起計(jì)算機(jī)存儲容量的加大，同時帶來切片處理時間的顯著增加，有時截面的輪廓會產(chǎn)生許多小線段，不利于激光頭的掃描運(yùn)動，導(dǎo)致低的生產(chǎn)效率和表面不光潔。所以，從CAD/CAM軟件輸出STL文件時，選取的精度指標(biāo)和控制參數(shù)應(yīng)該根據(jù)CAD模型的復(fù)雜程度以及快速原型精度要求的高低進(jìn)行綜合考慮。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理

不同的CAD/CAM系統(tǒng)輸出STL格式文件的精度控制參數(shù)是不一致的，但最終反映STL文件逼近CAD模型的精度指標(biāo)表面上是小三角形的數(shù)量，實(shí)質(zhì)上是三角形平面逼近曲面時的弦差的大小。弦差指的是，近似三角形的輪廓邊與曲面之間的徑向距離。從本質(zhì)上看，用有限的小三角面的組合來逼近CAD模型表面，是原始模型的一階近似，它不包含鄰接關(guān)系信息，不可能完全表達(dá)原始設(shè)計(jì)的意圖，離真正的表面有一定的距離，而在邊界上有凸凹現(xiàn)象，所以無法避免誤差。下面以具有典型形狀的圓柱體和球體為例，說明選取不同三角形個數(shù)時的近似誤差，如下表所示。從弦差、表面積誤差以及體積誤差的本身對比和兩者之間的對比可以看出：隨著三角形數(shù)目的增多，同一模型采用STL格式逼近的精度會顯著地提高；而不同形狀特征的CAD模型，在相同的精度要求條件下，最終生成的三角形數(shù)目的差異很大。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理2.3STL文件的糾錯處理

1.STL文件的基本規(guī)則

（1）取向規(guī)則STL文件中的每個小三角形面都是由三條邊組成的，而且具有方向性。三條邊按逆時針順序由右手定則確定面的法矢指向所描述的實(shí)體表面的外側(cè)。相鄰的三角形的取向不應(yīng)出現(xiàn)矛盾，如圖7-6所示。

a)正確

b)錯誤圖7-6切面的方向性示意圖第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理

（2）點(diǎn)點(diǎn)規(guī)則每個三角形必須也只能跟與它相鄰的三角形共享兩個點(diǎn)，也就是說，不可能有一個點(diǎn)會落在其旁邊三角形的邊上，圖7-7便示意了存在問題的點(diǎn)。

圖7-7錯誤點(diǎn)示意圖

因?yàn)槊恳粋€合理的實(shí)體面至少應(yīng)有1.5條邊，因此下面的三個約束條件在正確的STL文件中應(yīng)該得到滿足：1)面必須是偶數(shù)的；2)邊必須是3的倍數(shù)；3)2×邊＝3×面。

第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理

（3）取值規(guī)則STL文件中所有的頂點(diǎn)坐標(biāo)必須是正的，零和負(fù)數(shù)是錯的。然而，目前幾乎所有的CAD/CAM軟件都允許在任意的空間位置生成STL文件，唯有AutoCAD軟件還要求必須遵守這個規(guī)則。STL文件不包含任何刻度信息，坐標(biāo)的單位是隨意的。很多快速成型前處理軟件是以實(shí)體反映出來的絕對尺寸值來確定尺寸的單位。STL文件中的小三角形通常是以Z增大的方向排列的，以便于切片軟件的快速解算。

（4）合法實(shí)體規(guī)則STL文件不得違反合法實(shí)體規(guī)則，即在三維模型的所有表面上，必須布滿小三角形平面，不得有任何遺漏（即不能有裂縫或孔洞），不能有厚度為零的區(qū)域，外表面不能從其本身穿過等。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理

2.常見的STL文件錯誤

像其它的CAD/CAM常用的交換數(shù)據(jù)一樣，STL也經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤和格式錯誤，其中最常見的錯誤如下：

（1）遺漏盡管在STL數(shù)據(jù)文件標(biāo)準(zhǔn)中沒有特別指明所有的STL數(shù)據(jù)文件所包含的面必須構(gòu)成一個或多個合理的法定實(shí)體，但是正確的STL文件所含有的點(diǎn)、邊、面和構(gòu)成的實(shí)體數(shù)量必須滿足如下的歐拉公式：F-E+V=2-2H其中，F(xiàn)（Face）、E(Edge)、V(Vertix)、H(Hole)分別指面數(shù)、邊數(shù)、點(diǎn)數(shù)和實(shí)體中穿透的孔洞數(shù)。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理

出現(xiàn)遺漏的原因一般有如下2個方面：一是2個小三角形片面在空間的交差（如圖7-8a所示），這種情況主要是由于低質(zhì)量的實(shí)體布爾運(yùn)算生成STL文件過程中產(chǎn)生的；二是在2個連接表面三角形化時不匹配造成的，如圖7-8b所示。a)

b)圖7-8遺漏錯誤產(chǎn)生原因示意圖第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理

（2）退化面

退化的面是STL文件中另一個常見的錯誤。它不像上面所說的錯誤一樣，它不會造成快速成型加工過程的失敗。這種錯誤主要包括以下2種類型：①點(diǎn)共線（如圖7-9a）。或者是，不共線的面在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中形成了三點(diǎn)共線的面。②點(diǎn)重合（如圖7-9b）。或者是，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換運(yùn)算時造成這種結(jié)果。123132a)

b)圖7-9退化面形成示意圖第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理

盡管，退化面并不是很嚴(yán)重的問題，但這并不是說，它就可以忽略。一方面，該面的數(shù)據(jù)要占空間；另一方面，也是更重要的，這些數(shù)據(jù)有可能使快速成型前處理的分析算法失敗，并且使后續(xù)的工作量加大和造成困難。圖7-10便是由劃分三角形面而產(chǎn)生的無窮多的退化面的一個例子。圖7-10由劃分三角形面而產(chǎn)生無窮多的退化面第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理

（3）模型錯誤這種錯誤不是在STL文件轉(zhuǎn)換過程中形成的，而是由于CAD/CAM系統(tǒng)中原始模型的錯誤引起的，這種錯誤將在快速成型制造過程中表現(xiàn)出來。（4）錯誤法矢面進(jìn)行STL格式轉(zhuǎn)換時，會因未按正確的順序排列構(gòu)成三角形的頂點(diǎn)而導(dǎo)致計(jì)算所得法矢的方向相反。為了判斷是否錯誤，可將懷疑有錯的三角形的法矢方向與相鄰的一些三角形的法矢加以比較。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理3.STL文件瀏覽和編輯

由于STL文件在生成過程中以及原有的CAD模型等原因經(jīng)常會出現(xiàn)一些錯誤，因此，為保證有效地進(jìn)行快速原型的制作，對STL文件進(jìn)行瀏覽和編輯處理是十分必要的。目前，已有多種用于觀察和編輯（修改）STL格式文件及與RP數(shù)據(jù)處理直接相關(guān)的專用軟件，如表7-5所示。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理2.4STL文件的輸出

當(dāng)CAD模型在一個CAD/CAM系統(tǒng)中完成之后，在進(jìn)行快速原型制作之前，需要進(jìn)行STL文件的輸出。目前，幾乎所有的商業(yè)化CAD/CAM系統(tǒng)都有STL文件的輸出數(shù)據(jù)接口，而且操作和控制也十分方便。在STL文件輸出過程中，根據(jù)模型的復(fù)雜程度和所要求的精度指標(biāo)，可以選擇STL文件的輸出精度。下面以Pro/E、UG以及AutoCAD軟件為例示意STL文件的輸出過程及精度指標(biāo)的控制。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理1.Pro/E2000i中STL文件的輸出(1)首先選擇菜單欄中的File菜單，然后選擇Export中的Model選項(xiàng)。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理

（2）從菜單中選STL，可以看到菜單中有兩種控制格式ChordHeight、AngleControl，根據(jù)需要選擇適當(dāng)?shù)念愋汀Ｏ到y(tǒng)默認(rèn)的是STLBinary，但是，如果需要ASCII格式可選擇STLASCII命令。確定之后，選Output執(zhí)行。ChordeHeight指標(biāo)為真實(shí)面和拼接面之間的最大差額。AngleControl為0到1之間的一個小數(shù)。系統(tǒng)將用ChordHeight來拼接模型而忽略實(shí)體的具體特征。如果輸入1，則系統(tǒng)將用ChordHeight乘以目標(biāo)半徑和實(shí)體最大尺寸值的十分之一之間的一個值。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理

(3)Pro/E此時會要求選擇一個坐標(biāo)系。選Default系統(tǒng)默認(rèn)的坐標(biāo)系，或者，自建一個。如果零件不是位于第一象限，系統(tǒng)將會出現(xiàn)錯誤提示信息問是否繼續(xù)，輸入YES，繼續(xù)。因?yàn)椋F(xiàn)在很多軟件能自動把它轉(zhuǎn)換到適當(dāng)?shù)奈恢谩５诙?jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理2.UG中STL文件的輸出(1)選擇File菜單中的Export命令下拉菜單中的Rapid-Prototyping操作。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理

(2)出現(xiàn)下面的對話框后，可以選擇輸出格式（Binary，ASCII）及角度公差，拼接公差。也可以選擇系統(tǒng)默認(rèn)值，點(diǎn)擊OK完成。這時系統(tǒng)會提示輸入STL頭文件信息，頭文件信息可以不添加，直接點(diǎn)擊OK完成。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理

(3)然后，用鼠標(biāo)左鍵選擇要輸出的實(shí)體，這時被選擇的實(shí)體會改變顏色以示選中，點(diǎn)擊OK完成。圖7-11為某CAD模型采用UG進(jìn)行STL輸出最終形成的三角形化的結(jié)果。圖7-11某CAD模型的STL輸出時的三角形化結(jié)果第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理3.AUTOCAD中STL文件的輸出

在AUTOCAD中物體的光滑程度和誤差大小是可以設(shè)定的。系統(tǒng)默認(rèn)的是0.5，用戶可以自定義0.01到10之間的任何值。值越大，物體的表面質(zhì)量越好。當(dāng)然，文件大小也隨著增大。

(1)在示例中輸入10，按ENTER鍵確定。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理（2）當(dāng)命令行出現(xiàn)stlout時再按一下ENTER，這時系統(tǒng)會提示選擇輸出的實(shí)體。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理

(3)實(shí)體選擇之后，系統(tǒng)會提示選擇要輸出的格式，選擇完畢后按ENTER確定。系統(tǒng)一般默認(rèn)的是Binary格式。(4)這時會出現(xiàn)“創(chuàng)建STL文件”對話框。在此對話框中可以選擇自己文件名和存放路徑。選擇完后，點(diǎn)擊“Save”按鈕確定。在一般情況下，當(dāng)實(shí)體有一部分或者是整體不在第一象限時，AUTOCAD拒絕生成STL文件。這時，需要用移動命令來挪動它，使它處在第一象限，然后重復(fù)上面的操作。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理

(5)OUT和AMSTLOUT的比較介紹STLOUT和AMSTLOUT是在AUTOCAD中生成STL文件的兩個主要命令。AMSTLOUT轉(zhuǎn)換時物體可以是裝配零件，但是，STLOUT只能是沒有相互關(guān)系的實(shí)體。下表給出了兩者的比較。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理2.5分割與拼接處理

STL文件分割與拼接的意義：在實(shí)際快速原型制作過程中，如果所要制作的原型尺寸相對于快速成型系統(tǒng)臺面尺寸過大或過小，就必須對STL模型進(jìn)行剖切處理或者有必要進(jìn)行拼接處理。拼接可以將多個尺寸相對偏小的STL模型合并成一個STL模型，并在同一工作臺上同時成型。目的是節(jié)省快速成型機(jī)的機(jī)時，降低成型費(fèi)用，提高成型效率。如果一個STL模型的尺寸超過了成型機(jī)工作臺尺寸而無法一次成型，可采用分割STL模型的方法將一個STL模型分成多個STL模型，而后在成型機(jī)上依次加工，再將加工好的各個部分粘合還原成整體原型，這樣解決了快速成型機(jī)加工尺寸范圍有限的問題。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理1.STL文件的分割原理和算法

（1）分割基本原理

STL文件分割的基本原理是將一個STL文件分成兩個新STL文件，即用多個面將一個STL模型分成若干個部分，每部分重新構(gòu)成一個STL模型，每個新STL文件對應(yīng)一個新生成的STL模型。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理

具體地說，分割就是用1個平面將一個空間物體分成兩部分，實(shí)際上是平面與空間物體的求交問題。分割后的每部分必須要有構(gòu)成完整的三維實(shí)體模型幾何信息。由于快速成型系統(tǒng)中的處理三維實(shí)體模型是由許多個空間三角形逼近的表面模型，因此分割實(shí)質(zhì)上就是如何將若干個空間三角形以1個平面為界，分成若干個空間三角形集合。位于平面不同側(cè)面的三角形集合構(gòu)成不同的小實(shí)體。但是，每個小實(shí)體均缺少一個封閉面，存在一個“空間”，就像一個桶缺少一個蓋子一樣，因此，必須要生成一個封閉面，將每一個實(shí)體完全封閉。

三維實(shí)體表面與切割平面相交的交線是截面輪廓線，顯然，截面輪廓線不可能直接構(gòu)成一個面，必須將截面輪廓的內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間的區(qū)域、單個外環(huán)內(nèi)的區(qū)域用三角形網(wǎng)格填充封閉，形成輪廓截面，這個輪廓截面就是實(shí)體的封閉面。加入該封閉面，每個實(shí)體就可以形成一個完整獨(dú)立的三維CAD實(shí)體模型。至此，一個實(shí)體被分割成兩個實(shí)體。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理

（2）分割基本算法

分割過程有以下四個基本模塊：

1)分割過程前置處理

對于任意一個空間三角形來說，它與切割平面的位置關(guān)系不外乎三種情況：位于平面之上、位于平面之下、與平面相交，如圖7-12a、b、c所示。位于平面之上的三角形構(gòu)成一個集合，位于平面之下的三角形構(gòu)成另一個三角形的集合。若三角形與平面相交，其交點(diǎn)可能是一條線段也可能為一個點(diǎn)。若三角形中的任意頂點(diǎn)與平面相交，在以后的處理過程中會遇到很多麻煩，為此需采用切片高度攝動法，即將三角形沿平面法向方向向上或向下移動一個極小的位移量，以保證三角形中的任意頂點(diǎn)不落在平面上，確保三角形與該平面相交為一條線段或根本不相交，這是在切片過程中必須要解決的問題。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理圖7-12三角形與切割平面的位置關(guān)系

所有與平面相交的三角形構(gòu)成一個三角形集合，其中的每一個三角形必須變成三個三角形。因?yàn)榕c平面相交的空間三角形被平面分成兩部分：一部分為三角形，另一部分為平面四邊形。在STL文件中不能出現(xiàn)四邊形，必須將四邊形變成兩個三角形，如圖7-12d所示。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理2)輪廓截面的形成

切片以STL文件格式為基礎(chǔ)，首先讀入STL文件，將STL模型與平面求交，得出平面內(nèi)的交線再經(jīng)過數(shù)據(jù)處理生成截面輪廓線。由于STL模型是由大量的小三角形平面片組成，切片問題實(shí)質(zhì)上是平面與平面求交問題。在對其進(jìn)行切片處理后，其每一個切片界面都是由一組封閉的輪廓線組成。如果切片界面上的某條封閉輪廓線變成一條線段，則切片平面切到一條邊上；如果界面上的某條封閉輪廓變成一點(diǎn)，則切片平面切到一個頂點(diǎn)上。這些情況將影響后續(xù)工作的進(jìn)行，需采用切片高度攝動法（即將三角形沿平面發(fā)向方向向上或向下移動一個極小的位移量），以避免這種影響。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理3)輪廓三角形網(wǎng)格化切片后的輪廓封閉線由若干個封閉的有向內(nèi)外環(huán)構(gòu)成。為保證輪廓界面是新STL模型的一部分，必須將其進(jìn)行三角形面化處理，使內(nèi)外環(huán)之間區(qū)域或單獨(dú)外環(huán)里的區(qū)域用三角形網(wǎng)格填充，這樣才能使分割成的兩部分都是完整的立體圖形。平面網(wǎng)格化的形成算法有很多，采用平面上的有界區(qū)域的任意多邊形Delaunary三角劃分法可以實(shí)現(xiàn)輪廓截面的三角形網(wǎng)格化。這種方法能對凸域內(nèi)的三角形進(jìn)行劃分，具有三角剖分結(jié)果唯一、程序簡單、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)，能有效的對給定的有界區(qū)域進(jìn)行三角形劃分，形成三角形網(wǎng)格。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理設(shè)內(nèi)外環(huán)總邊數(shù)為N，外環(huán)按逆時針方向，內(nèi)環(huán)按順時針方向，第M條邊的起點(diǎn)序號Lm1，終點(diǎn)序號為Lm2。①若N=3，則該多邊形為一個三角形，劃分結(jié)束，退出；否則令M=1，轉(zhuǎn)入②；②令M=M+1，若Lm2在有向線段L11、L12之左，轉(zhuǎn)入③，否則轉(zhuǎn)入②；③判斷當(dāng)前多邊形的其余各邊是否與線段L11Lm2或L12Lm2相交。若是轉(zhuǎn)入②，否則轉(zhuǎn)入④；④保存節(jié)點(diǎn)Lm2到候選節(jié)點(diǎn)鏈表中，若M=N，轉(zhuǎn)入⑤，否則轉(zhuǎn)入②；⑤從候選節(jié)點(diǎn)鏈表中找到節(jié)點(diǎn)L0與節(jié)點(diǎn)L11、L12組成L11L0L12角度最大，則節(jié)點(diǎn)L0、L11、L12可以構(gòu)成一個Delaunay三角形，同時對多邊形修正如下：a)若線段L11L0與L12L0都不是當(dāng)前多邊形的邊界線段，則令N=N+1，L0=L12，Ln1=L12，轉(zhuǎn)入①；b)若線段L11L0（或L12L0）是當(dāng)前三角形的第K條邊，而線段L12L0（或L11L0）不是當(dāng)前多邊形的邊，則令N=N-1，L11=L0（或L12=L0），Lk1=Ln1，Lk2=Ln2，轉(zhuǎn)入①；c)若線段L11L0與L12L0分別是當(dāng)前多邊形的第K條邊和第J條邊，則將線段L11L12、第K條邊和第J條邊從當(dāng)前多邊形中去掉，N=N-3，轉(zhuǎn)入①。任意多邊形Delaunary三角劃算法第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理4）一個三角形轉(zhuǎn)化為多個三角形

切片時，STL模型與切片平面相交，許多三角形被切片平面分成兩部分：一部分為三角形，另一部分可能為三角形也可能為四邊形。圖7-13a為四邊形位于切片平面之下；圖7-13b為平面四邊形位于切片平面之上；圖圖7-13c為原三角形恰好被分成兩個三角形。將上述平面四邊形的對角線相連可形成兩個新的三角形。這些生成的三角形構(gòu)成了新STL模型不可缺少的一部分。

圖7-13一個三角形被切片平面分成多個三角形第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理2.STL文件的拼接原理和算法

（1）拼接基本原理

拼接的基本原理是，在兩個原STL模型不發(fā)生干涉的情況下，按一定的要求對某一個STL模型進(jìn)行平移或旋轉(zhuǎn)變換，然后把兩個STL模型數(shù)據(jù)都保存在一個STL文件中，從而兩個STL模型變成了一個新STL模型，兩個STL文件合并成為一個新的STL文件。從文件格式分析可知，STL文件包含許多空間小三角形的數(shù)據(jù)。其中每個三角形平面都用一個法向向量、三個頂點(diǎn)的坐標(biāo)來描述。許許多多小三角形平面構(gòu)成了三維STL模型的所有表面。因此，拼接的基本任務(wù)就是將某一個原STL模型包含的空間三角形進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn)的幾何位置變換，獲得具有最佳相對位置的新STL文件。

第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理

（2）拼接算法

拼接包括以下二個步驟：讀入多個STL文件，在計(jì)算機(jī)中顯示出多個要拼接的原STL模型；建立一個數(shù)據(jù)文件File，用于保存原STL模型被拼接后形成的新STL模型的數(shù)據(jù)；平移變換。若對一個原STL模型平移，在三個坐標(biāo)方向的平移量為X、Y、Z，相應(yīng)的平移變換矩陣為：

第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理旋轉(zhuǎn)變換。繞X軸轉(zhuǎn)α角，變換矩陣為：

繞Y軸轉(zhuǎn)β，變換矩陣為：

繞Z軸轉(zhuǎn)，變換矩陣為：

通過以上矩陣對模型進(jìn)行變換處理后，將變換后模型的數(shù)據(jù)存入File中。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理同理，按（3）、（4）步驟可對其它的STL模型進(jìn)行變換。最后把沒有實(shí)施幾何變換的模型的數(shù)據(jù)也存入File中，將文件File轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的STL文件。在實(shí)際拼過程中，可以按需要對單個模型進(jìn)行平移或旋轉(zhuǎn)變換，也可以對多個模型進(jìn)行平移和旋轉(zhuǎn)變換。如果要將某個模型放大或縮小，只需將該模型乘以一個比例因子k即可。拼接后的新STL模型包含了拼接前所有的原STL模型的幾何信息，快速成型機(jī)加工一個新STL模型，實(shí)質(zhì)上同時加工多個原STL模型。這樣，大大地提高了快速成型機(jī)的生產(chǎn)效率，同時也節(jié)省了時間和材料。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理STL數(shù)據(jù)文件及處理三維模型的切片處理CAD三維模型的構(gòu)建方法123STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRP4CT圖像數(shù)據(jù)處理軟Mimics5第七章快速成型技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

快速成型系統(tǒng)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(fù)雜，對每一層來說卻是很簡單的平面。切片處理是將計(jì)算機(jī)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(huán)路來組成的，由許多點(diǎn)來組成一個環(huán)路。切片軟件的主要任務(wù)是接受正確的STL文件，并生成指定方向的截面輪廓線和網(wǎng)格掃描線，如圖7-15所示。第三節(jié)三維模型的切片處理圖7-15切片軟件的主要作用及任務(wù)

3.1切片方法

快速成型工藝中的主要切片方式一般有STL切片和直接切片兩種方式。1.STL切片

（1）直接STL切片

1987年，鑒于當(dāng)時計(jì)算機(jī)技術(shù)軟硬件技術(shù)相對落后，3DSystems公司的Albert顧問小組參考FEM（FiniteElementsMethod）單元劃分和CAD模型著色的三角化方法對任意曲面CAD模型作小三角形平面近似，開發(fā)了STL文件格式，并由此建立了從近似模型中進(jìn)行切片獲取截面輪廓信息的統(tǒng)一方法，延用至今。多年以來，STL文件格式受到越來越多的CAD系統(tǒng)和RP設(shè)備的支持，成為快速成型行業(yè)事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，極大地推動了快速成型技術(shù)的發(fā)展。它實(shí)際上就是三維模型的一種單元表示法，它以小三角形面為基本描述單元來近似模型表面。第三節(jié)三維模型的切片處理

（2）容錯切片

容錯切片（TolerateErrorsSlicing）基本上避開STL文件三維層次上的糾錯問題，直接對STL文件切片，并在二維層次上進(jìn)行修復(fù)。由于二維輪廓信息十分簡單，并具有閉合性、不相交等簡單的約束條件，特別是對于一般機(jī)械零件實(shí)體模型而言，其切片輪廓多為簡單的直線、圓弧、低次曲線組合而成，因而能容易地在輪廓信息層次上發(fā)現(xiàn)錯誤，依照以上多種條件與信息，進(jìn)行多余輪廓去除、輪廓斷點(diǎn)插補(bǔ)等操作，可以切出正確的輪廓。對于不封閉輪廓，采用評價(jià)函數(shù)和裂紋跟蹤處理，在一般三維實(shí)體模型隨機(jī)丟失10%三角形的情況下，都可以切出有效的邊界輪廓。第三節(jié)三維模型的切片處理

（3）定層厚切片

快速成型制造技術(shù)實(shí)質(zhì)上是分層制造、層層疊加的過程，分層切片是指對已知的三維CAD實(shí)體數(shù)據(jù)模型求某方向的連續(xù)截面的過程。切片模塊在系統(tǒng)中起著承上啟下的作用，其結(jié)果直接影響加工零件的規(guī)模、精度和復(fù)雜程度，它的效率也關(guān)系到整個系統(tǒng)的效率。切片處理的數(shù)據(jù)對象只是大量的小三角形平面片，因此切片的問題實(shí)質(zhì)上是平面與平面的求交問題。由于STL三角形面化模型代表的是一個有序的、正確的、且唯一的CAD實(shí)體數(shù)據(jù)模型，因此對其進(jìn)行切片處理后，其每一個切片截面應(yīng)該由一組封閉的輪廓線組成。第三節(jié)三維模型的切片處理

（4）適應(yīng)性切片適應(yīng)性切片(AdaptiveSlicing)根據(jù)零件的幾何特征來決定切片的層厚，在輪廓變化頻繁的地方采用小厚度切片，在輪廓變化平緩的地方采用大厚度切片。與統(tǒng)一層厚切片方法比較，可以減小Z軸誤差、階梯效應(yīng)與數(shù)據(jù)文件的長度。適應(yīng)性切片和統(tǒng)一厚度切片的示意如圖7-16所示。a)等層厚切片

b)適應(yīng)性切片圖7-16適應(yīng)性切片與等層厚切片比較

第三節(jié)三維模型的切片處理2.直接切片

在工業(yè)應(yīng)用中，保持從概念設(shè)計(jì)到最終產(chǎn)品的模型一致性是非常重要的。在很多例子中，原始CAD模型本來已經(jīng)精確表示了設(shè)計(jì)意圖，STL文件反而降低了模型的精度。而且，使用STL格式表示方形物體精度較高，表示圓柱形、球形物體精度較差。對于特定的用戶，生產(chǎn)大量高次曲面物體，使用STL格式會導(dǎo)致文件巨大，切片費(fèi)時，迫切需要拋開STL文件，直接從CAD模型中獲取截面描述信息。在加工高次曲面時，直接切片(DirectSlicing)明顯優(yōu)于STL方法。

相比較而言，采用原始CAD模型進(jìn)行直接切片具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）減少快速成型的前處理時間；（2）避免STL格式文件的檢查和糾錯過程；（3）降低模型文件的規(guī)模；（4）直接采用RP數(shù)控系統(tǒng)的曲線插補(bǔ)功能，從而可提高工件的表面質(zhì)量；（5）提高原型件的精度。第三節(jié)三維模型的切片處理

直接切片的方法有多種，如基于ACIS的直接切片法和基于ARXSDK的直接切片法等。基于ACIS直接切片法的流程圖如圖7-17所示。ACIS是一種現(xiàn)代幾何造型系統(tǒng)，它以開放面向目標(biāo)的結(jié)構(gòu)（OpenObject－orientedArchitecture），提供曲線、表面和實(shí)體造型功能。從圖7-17可見，ACIS用作幾何信息轉(zhuǎn)換的媒介。基于ARXSDK（AutoCADRuntimeeXtensionSoftwareDevelopmentKit）的直接切片法可以針對AutoCAD模型直接進(jìn)行切片。這兩種切片方法的共同點(diǎn)是，經(jīng)過一個未作近似處理的中間文件—ACIS或ARXSDK，對CAD模型進(jìn)行直接切片。圖7-17基于ACIS的直接切片

第三節(jié)三維模型的切片處理

3.2切片算法

切片算法必須能夠滿足切片的速度要求，這是加工工藝所要求的，因?yàn)橄乱磺衅瑢拥母叨仁窃谇耙粚颖患庸ね戤吅蟛艡z測計(jì)算出來的，而且，由于整個系統(tǒng)在工作時要求是全自動的，因此，每個加工環(huán)節(jié)都必須具有高的可靠性，同時也必須要有一個速度快、可靠性高的切片軟件。圖7-18所示為一種切片程序框圖。首先讀入STL格式文件，并將所有三角形面的頂點(diǎn)坐標(biāo)乘以一個較大的數(shù)（如5000），使其變?yōu)檎麛?shù)，以利于提高運(yùn)算速度。然后，將所有平行于X-Y平面的三角形面選作表層（如工件的底面或頂面），剩下的三角形面都用來計(jì)算是否與Z0+n△Z相交。其中，Z0為模型的最底層的Z面，△Z為切片層厚度，n為層數(shù)。如果相交，則交線為輪廓線，使交線彼此順序頭、尾相接，組成環(huán)。最后，確定義X、Y方向的網(wǎng)格線。第三節(jié)三維模型的切片處理第三節(jié)三維模型的切片處理圖7-18切片程序框圖

第三節(jié)三維模型的切片處理STL數(shù)據(jù)文件及處理三維模型的切片處理CAD三維模型的構(gòu)建方法123STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRP4CT圖像數(shù)據(jù)處理軟Mimics5第七章快速成型技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

MagicsRP軟件是比利時Materialise公司推出的面向快速成型技術(shù)數(shù)據(jù)處理的大型STL數(shù)據(jù)編輯處理平臺。4.1Magics軟件編輯功能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(shù)據(jù)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。第四節(jié)STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRP

1.常規(guī)處理工具

在常規(guī)處理工具中，Magics軟件可以對STL文件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、變換、復(fù)制、鏡像、調(diào)整尺寸和裝配等；可以對平面、圓柱體、軸及球體等特征進(jìn)行2D和3D的距離、半徑、角度等的測量，如圖7-19所示；其剖切功能能夠使操作者更好地理解STL文件；用戶自定義坐標(biāo)系統(tǒng)能夠使操作者定義并在多坐標(biāo)系統(tǒng)下工作；同時Magics軟件還具有對STL文件進(jìn)行壓縮和解壓操作功能。圖7-19Magics軟件的可視化和測量功能

第四節(jié)STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRP2.高級處理工具在高級處理工具中，Magics軟件提供了功能強(qiáng)大的STL文件的設(shè)計(jì)修改功能。其標(biāo)定工具可以將字符雕刻或者浮凸在模型的任意復(fù)雜的曲面上，可以定義字體和字號，圖7-20示意了在某STL文件模型表面上標(biāo)定了所使用軟件的版本號；Magics軟件提供了STL文件的剖切和沖孔功能，方便地實(shí)現(xiàn)了大尺寸模型的原型制作問題；在分解STL文件時，可生成便于對接的結(jié)構(gòu)，如圖7-21所示；Magics軟件可以對STL文件進(jìn)行并、交、差等布爾運(yùn)算，如圖7-22所示；此外，Magics軟還具有對復(fù)雜零件的精確抽殼功能以及光順去除噪音點(diǎn)的功能，如圖7-23所示。

第四節(jié)STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRP圖7-21Magics軟件的剖切功能

圖7-22復(fù)雜形體的布爾減運(yùn)算

圖7-23Magics軟件的光順功能

圖7-20Magics軟件的標(biāo)定功能圖

第四節(jié)STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRP4.2Magics軟件修復(fù)功能

許多STL文件常存在壞的邊、孔洞或其它一些缺陷，在進(jìn)行快速成型制作之前需要進(jìn)行相應(yīng)的修復(fù)。1.清晰的可視化和信息提供功能

Magics軟件具有非常突出的可視化工具，可以強(qiáng)化STL文件中的問題，如錯誤的法矢、壞的邊、裂縫等都可以非常清晰地指示出來。采用閃動的辦法顯示STL文件具有錯誤的部位并且能夠精確地定位缺陷的位置，如圖7-24所示。Magics的STL分析功能可以對STL文件進(jìn)行性能測試，可以給出模型的尺寸信息、三角形數(shù)量、壞邊的數(shù)量、體積、表面數(shù)量等等。

圖7-24Magics的可視化功能

第四節(jié)STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRP2.自動修復(fù)功能

Magics使用智能算法可以對有缺陷的STL文件進(jìn)行自動修復(fù)，這樣可以大大加快修復(fù)的速度。Magics可以判斷出零件的內(nèi)外表面并且隨后檢測每一個小三角形的方位是否適合正確的描述，如果存在問題，具有錯誤法矢點(diǎn)的單一三角形或整個面，將被自動地反轉(zhuǎn)過來，如圖7-25所示。圖7-25Magics的法矢錯誤修復(fù)功能

第四節(jié)STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRP

由2個小三角形之間縫隙產(chǎn)生的壞的邊可以在Magics軟件中自動縫合，僅需要給出預(yù)期的誤差和迭代的次數(shù)即可，其縫隙縫合功能示意如圖7-26所示。Magics軟件的自動三角形化功能可以迅速地實(shí)現(xiàn)孔洞和縫隙的三角形化填充，即便具有復(fù)雜幾何形狀或者輪廓的孔洞也可以使用高級的自由孔洞填充功能迅速地自動完成修復(fù)，幾秒鐘之內(nèi)，復(fù)雜的孔洞就被實(shí)現(xiàn)相當(dāng)光順地填充，如圖7-27所示。當(dāng)Magics軟件在STL文件輸入后，也可以發(fā)現(xiàn)重復(fù)的表面并及時去除掉。

圖7-27自動三角形化功能

圖7-26縫隙縫合功能

第四節(jié)STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRP3．高級操作功能

任何時候在Magics軟件中都可以手工進(jìn)行有缺陷的或缺少的三角形的修復(fù)。通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊，即可實(shí)現(xiàn)三角形的刪除、法矢的反轉(zhuǎn)以及新三角形的生成，如圖7-28所示。Magics軟件可以在不同的面之間進(jìn)行布爾運(yùn)算和修復(fù)工作，分離的部分可以迅速地合并成一個整體。圖7-28Magics軟件的手工修復(fù)功能

第四節(jié)STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRP4.3Magics軟件施加支撐及切片

比利時Materialise公司開發(fā)的Magics軟件是面向快速成型制造工藝開發(fā)的處理STL格式數(shù)據(jù)文件并具有較強(qiáng)的自動施加支撐及分層切片功能。對于需要設(shè)計(jì)支撐的SLA及FDM快速成型工藝，該軟件提供了自動施加支撐的功能。該軟件可以根據(jù)分層處理的需要，進(jìn)行模型本體和支撐結(jié)構(gòu)的切片分層處理。第四節(jié)STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRP1．STL文件載入

Magics軟件文件載入的格式可以有多種，STL、MGX和MEH等原始文件均可以通過Load命令載入，已經(jīng)經(jīng)過切片處理的文件也可以通過OpenPlatform命令打開。圖7-29給出的是Magics軟件載入的小扳手模型的STL文件的界面。

圖7-29Magics軟件的模型載入

第四節(jié)STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRP

2.STL文件糾錯

當(dāng)欲處理的CAD模型載入到Magics軟件后，首先需要對該模型的STL文件進(jìn)行診斷糾錯。如果發(fā)現(xiàn)STL文件出現(xiàn)三角形遺漏、錯誤法矢、壞的輪廓和邊等，需要進(jìn)行分析診斷和糾錯。只有被檢測出來的壞的邊和輪廓全部修復(fù)之后，才可以進(jìn)行如下的操作。3.模型擺放

根據(jù)模型結(jié)構(gòu)尺寸及精度的要求，考慮模型制作的效率以及支撐施加，需要確定相對比較合理的擺放方位。對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模型制作，擺放方位的確定是十分重要的，有時需要反復(fù)嘗試后給出合理的擺放方位。有時為了減少支撐，還常常將模型傾斜一定的角度進(jìn)行擺放。Pro/E此時會要求選擇一個坐標(biāo)系。選Default系統(tǒng)默認(rèn)的坐標(biāo)系，或者，自建一個。如果零件不是位于第一象限，系統(tǒng)將會出現(xiàn)錯誤提示信息問是否繼續(xù)，輸入YES，繼續(xù)。因?yàn)椋F(xiàn)在很多軟件能自動把它轉(zhuǎn)換到適當(dāng)?shù)奈恢谩５谒墓?jié)STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRP4.自動施加支撐

當(dāng)模型擺放方位確定后，還應(yīng)盡可能將模型的位置置于工作臺板的中心，而且模型底面要高出工作臺板6mm左右，便于施加基礎(chǔ)支撐。當(dāng)模型的位置和方位確定后，便可以進(jìn)行支撐的自動施加。圖7-30是小扳手零件直立擺放后底面自動施加的支撐。圖7-30Magics軟件施加支撐

第四節(jié)STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRP5.人工修改支撐

當(dāng)模型結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜時，需要施加的支撐面會有幾十個甚至數(shù)百個以上。如此龐雜的支撐中，會存在部分冗余的支撐或許多不是很合理的地方需要人工去除和改正。因此，當(dāng)軟件自動施加支撐后，需要逐批進(jìn)行檢驗(yàn)，人工確定保留、去除或者修改。這部分工作需要一定的經(jīng)驗(yàn)和耐心。當(dāng)發(fā)現(xiàn)需要編輯修改的支撐后，進(jìn)入到如圖7-31所示的支撐編輯界面。在編輯界面中，可以手工進(jìn)行裁減多余的支撐和增補(bǔ)遺漏的支撐等。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有些表面需要補(bǔ)充施加支撐時，可以首先利用軟件中的面選擇功能選定需要施加支撐的面，然后定義此面為新的需要施加支撐面，最后在該面上選擇需要施加的支撐類型即可。第四節(jié)STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRP圖7-31Magics軟件支撐修改界面

第四節(jié)STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRP6.切片處理

當(dāng)支撐施加并處理完畢后，返回到主界面，進(jìn)行切片處理，如圖7-32所示。在切片處理對話框中，主要是根據(jù)快速成型制造系統(tǒng)每層建造的厚度，確定切片的層厚。切片處理后生成的文件格式一般為SLC格式，而且零件和支撐分別生成兩個獨(dú)立的層片數(shù)據(jù)文件。圖7-32Magics軟件的切片處理

第四節(jié)STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRPSTL數(shù)據(jù)文件及處理三維模型的切片處理CAD三維模型的構(gòu)建方法123STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRP4CT圖像數(shù)據(jù)處理軟Mimics5第七章快速成型技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理5.1Mimics軟件簡介

Mimics軟件是比利時Materialise公司面向醫(yī)學(xué)CT或MRI數(shù)據(jù)