《3D打印入门》教学课件-4.2-认识常用的三维建模软件

3D打印3D打印入门工坊3DPRINTINGINTRODUCTION04认识3D打印建模技术目录2认识常用的三维建模软件4.2.1三维模型的形体标识方法4.2认识常用的三维建模软件三维软件技术以其直观化、可视化等优点在许多行业的概念设计、产品设计、产品制造、产品装配等方面都应用广泛，应用三维软件可以使产品的质量、成本、性能、可靠性、安全性等得到改善。目前市场上三维软件可谓是种类繁多，如UG、Pro/E、CATIA、Solidworks等，每个三维软件在建模方面都有自己的特色，本书挑选应用较为普遍的UG和Pro/E软件进行介绍。随着计算机软件和硬件技术的发展，CAD技术的发展也突飞猛进，CAD软件中三维模型的构建和表达方法有很多种，其中最为常见的有以下四种：①构造实体几何法②③④构造实体几何法（CSG）是三维计算机图形学与CAD中经常使用的一种程序化建模技术。在构造实体几何时，可以用逻辑运算符将不同物体组合成复杂的曲面。通常CSG用来表示较为复杂的模型或曲面，但是这些复杂的模型或曲面通常都是由很简单的模型组合而成的。有时，构造实体几何法只在多边形网格上进行处理，这时模型并不是程序化或参数化的。最简单的实体表示叫作体元，通常是形状简单的模型，如立方体、圆柱体、棱柱、棱锥、球体、圆锥等。根据每个三维软件自身程序特点的不同，这些体元也有所不同。有的三维软件可以使用弯曲的模型进行CSG处理，但也有一些三维软件不支持这些功能。构造实体模型就是将体元根据集合理论中的布尔运算组合在一起，这些运算包括：并集、交集以及减除。构造实体几何法在三维造型中应用普遍，在需要简单几何物体的场合或者数学精度很关键的场合都有应用，这种建模方法操作也很简单。4.2认识常用的三维建模软件三维软件技术以其直观化、可视化等优点在许多行业的概念设计、产品设计、产品制造、产品装配等方面都应用广泛，应用三维软件可以使产品的质量、成本、性能、可靠性、安全性等得到改善。目前市场上三维软件可谓是种类繁多，如UG、Pro/E、CATIA、Solidworks等，每个三维软件在建模方面都有自己的特色，本书挑选应用较为普遍的UG和Pro/E软件进行介绍。②边界表达法①③④边界表示法（B-REP）是通过描述其边界用来表示三维模型的方法。物体的边界是指物体内部点与外部点的分界面，因此定义了物体的边界，物体就被唯一确定。在边界表示法中，描述物体的信息包含几何信息和拓扑信息。几何信息主要是描述模型的大小、位置、形状等。拓扑信息是模型上所有顶点、棱边、表面之间的连接关系。在边界表示法中，翼边结构是一种典型的数据结构，在点、边、面中以边为中心来组织数据。由于翼边结构在边的构造与使用方面较为复杂，因此人们对其进行了改进，提出了半边数据结构。半边数据结构与翼边数据结构的主要区别是半边数据结构将一条边分成两条边表示，每条边只与一个邻界面相关。在边界表示法中构造、欧拉运算、局部运算和集合运算等。

边界表示法（B-REP）是通过描述其边界用来表示三维模型的方法。物体的边界是指物体内部点与外部点的分界面，因此定义了物体的边界，物体就被唯一确定。在边界表示法中，描述物体的信息包含几何信息和拓扑信息。几何信息主要是描述模型的大小、位置、形状等。拓扑信息是模型上所有顶点、棱边、表面之间的连接关系。在边界表示法中，翼边结构是一种典型的数据结构，在点、边、面中以边为中心来组织数据。由于翼边结构在边的构造与使用方面较为复杂，因此人们对其进行了改进，提出了半边数据结构。半边数据结构与翼边数据结构的主要区别是半边数据结构将一条边分成两条边表示，每条边只与一个邻界面相关。

在边界表示法中构造三维模型的操作常用到的运算方法有：扫除运算（Sweep运算）、欧拉运算、局部运算和集合运算等。4.2.1三维模型的形体标识方法随着计算机软件和硬件技术的发展，CAD技术的发展也突飞猛进，CAD软件中三维模型的构建和表达方法有很多种，其中最为常见的有以下四种：4.2认识常用的三维建模软件三维软件技术以其直观化、可视化等优点在许多行业的概念设计、产品设计、产品制造、产品装配等方面都应用广泛，应用三维软件可以使产品的质量、成本、性能、可靠性、安全性等得到改善。目前市场上三维软件可谓是种类繁多，如UG、Pro/E、CATIA、Solidworks等，每个三维软件在建模方面都有自己的特色，本书挑选应用较为普遍的UG和Pro/E软件进行介绍。③参数表达法②①④在三维造型中，对于传统的几何基元很难描述的自由曲面，可用参数表达法（简称PR）描述。参数表达法借助参数化样条、贝塞尔b曲线和b样条来描述自由曲面，它的每一个X、Y、Z坐标都呈参数化形式。各种参数表达形式的差别仅在于对曲线的控制水平，即局部修改曲线而不影响邻近部分的能力，以及建立几何体模型的能力。其中较好的一种是非一致有理b样条法，它能表达复杂的自由曲面，同时可修改局部曲率和正确地描述几何基元。4.2.1三维模型的形体标识方法随着计算机软件和硬件技术的发展，CAD技术的发展也突飞猛进，CAD软件中三维模型的构建和表达方法有很多种，其中最为常见的有以下四种：4.2认识常用的三维建模软件三维软件技术以其直观化、可视化等优点在许多行业的概念设计、产品设计、产品制造、产品装配等方面都应用广泛，应用三维软件可以使产品的质量、成本、性能、可靠性、安全性等得到改善。目前市场上三维软件可谓是种类繁多，如UG、Pro/E、CATIA、Solidworks等，每个三维软件在建模方面都有自己的特色，本书挑选应用较为普遍的UG和Pro/E软件进行介绍。④单元表达法②①③单元表达法（简称CR）起源于分析（如有限元分析）软件，在这些软件中，要求将表面离散成有限个单元。典型的单元有三角形、正方形、多边形等，在3D打印技术中采用的近似三角形（将三维模型转换成STL格式文件）就是一种单元表达法。4.2.1三维模型的形体标识方法随着计算机软件和硬件技术的发展，CAD技术的发展也突飞猛进，CAD软件中三维模型的构建和表达方法有很多种，其中最为常见的有以下四种：4.2.2UG简介含义：

UG是美国Siemens公司推出的一套集CAD/CAM/CAE于一体的软件系统，是当今最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件之一，功能覆盖了从概念设计到产品生产的整个过程，广泛地运用于汽车、航天、模具设计及加工和医疗器械等行业。功能：

提供了强大的实体建模技术和高效的曲面建构能力，能够完成最复杂的造型设计，与装配功能、2D出图功能、模具加工功能及产品数据管理（简称PDM）之间的紧密结合，使UG在工业界成为一套无可匹敌的高级CAD/CAM/CAE系统。

CAD功能实现了制造行业中常规的工程分析、设计和绘图功能的自动化。非参数化功能强大，建模过程方便自由，不受参数的约束与限制。能够方便地绘制复杂的实体以及造型特征。1.UG软件特点4.2.2UG简介2.UG各功能模块（1）CAD模块4.2.2UG简介2.UG各功能模块（2）CAM模块14.2.2UG简介2.UG各功能模块（2）CAM模块24.2.2UG简介2.UG各功能模块（3）CAE模块3.UG中STL文件的输出（1）选择STL菜单3.UG中STL文件的输出（2）参数设置在弹出的“快速成形”对话框中，STL文件默认输出类型是二进制文件，将【三角公差】、【相邻公差】的偏差控制数值修改成“0”，单击【确定】按钮。这时系统会提示输入STL文件名，在文件对话框中输入文件名之后，点击【确定】按钮（或【OK】按钮），然后再点击【输入文件头信息】对话框的【确定】按钮，此时会弹出【类选择】对话框，用鼠标选取要输出的模型，点击【确定】按钮；在弹出的对话框中再点击【确定】按钮，最后再一次点击【确定】按钮，完成文件导出。3.UG中STL文件的输出（3）输出结果某CAD模型用UG进行STL输出最终形成的三角形化的结果，如下图所示：4.2.3Pro/E简介含义：Pro/ENGINEER（简称Pro/E）是美国PTC公司的CAD/CAM/CAE一体化软件。Pro/E软件应用以其参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在三维造型软件市场中占有重要地位，Pro/E作为机械CAD/CAE/CAM领域的标准得到广泛认可和推广，是主流CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在产品设计领域占据重要位置。Pro/E软件是第一个提出和采用参数化设计概念的三维软件，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外，Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。Pro/E的基于特征方式，能够将从设计到生产全过程集于一体，实现并行工程设计。Pro/E主要适合于中小企业或中小产品快速建立较为简单的数模。1.Pro/ENGINEER特点地位：4.2.3Pro/E简介2.Pro/ENGINEER各功能模块①工业设计（CAID）模块二维平面图以前实体模型现在工业设计模块的子模块有：Pro/3DPAINT（3D建模）Pro/ANIMATE（动画模拟）Pro/DESIGNER（概念设计）Pro/NETWORKANIMATOR（网络动画合成）Pro/PERSPECTA-SKETCH（图片转三维模型）Pro/PHOTORENDER（图片渲染）4.2.3Pro/E简介2.Pro/ENGINEER各功能模块②机械设计（CAID）模块机械设计模块是一个高效的三维机械设计工具，它可绘制任意复杂形状的零件。在实际工程问题中存在大量形状不规则的物体表面，如汽车、玩具的外形，这些称为自由曲面。Pro/E生成曲面仅需2～3步操作。Pro/E生成曲面的方法有：拉伸旋转放样少掠网格点阵CAD模块的子模块有：Pro/ASSEMBLY（实体装配）Pro/CABLING（电路设计）Pro/PIPING（弯管铺设）Pro/REPORT（应用数据图形显示）Pro/SCAN-TOOLS（物理模型数字化）Pro/SURFACE（曲面设计）Pro/WELDING（焊接设计）4.2.3Pro/E简介2.Pro/ENGINEER各功能模块③功能仿真（CAID）模块功能仿真（CAE）模块主要进行有限元分析。机械零件内部的受力和变形情况是难以直接观察的，有限元仿真可以对零件内部的受力状态和变形情况进行分析计算。利用该功能，在满足零件受力要求的基础上，可对零件进行充分优设计。CAE的子模块有：Pro/FEM-POST（有限元分析）Pro/MECHANICACUSTOMLOADS（自定义载荷输入）Pro/MECHANICAEQUATIONS（第三方仿真程序连接）Pro/MECHANICAMOTION（指定环境下装配体运动分析）Pro/MECHANICATHERMAL（热分析）Pro/MECHANICATIREMODEL（车轮动力仿真）Pro/MECHANICAVIBRATION（震动分析）Pro/MESH（有限元网格划分）4.2.3Pro/E简介2.Pro/ENGINEER各功能模块④制造（CAM）模块CAM模块在机械行业中用到的功能是NCMachining（数控加工）。Pro/E的NC子模块有：Pro/CASTING（铸造模具设计）Pro/MOLDESIGN（塑料模具设计）Pro/MFG（电加工）Pro/NC-CHECK（NC仿真）Pro/NCPOST（CNC程序生成）Pro/SHEETMETAL（钣金设计）4.2.3Pro/E简介2.Pro/ENGINEER各功能模块⑤数据管理（PDM）模块

Pro/E的数据管理模块就像一位保健医生，它在计算机上对产品性能进行测试仿真，找出造成产品各种故障的原因，帮助设计师发现问题，对症下药，排除产品故障，改进产品设计。

数据管理模块就像Pro/E家庭的一个大管家，将触角伸到每一个任务模块。并自动跟踪创建的数据，这些数据包括存贮在模型文件或库中零件的数据。这个管家通过一定的机制，保证了所有数据的安全及存取方便。Pro/E数据管