第一章 3D打印数据处理概述讲解

第一章绪论3D打印数据处理技术3D打印被认为推动了第三次工业革命进程的3D打印技术，涉及信息技术、材料科学、精密机械等多个方面，近年来，更是因为逐步投入民用工业和大型制造业而备受关注。3D数字模型文件是3D打印工作的基础，作为最近几年开始流行的一种快速成型技术，通过逐层打印的方式来构造物体。由于3D数字模型的获取有两种方式，一种是利用CAD建模软件正向设计出3D数字模型，另一种就是借助3D扫描仪逆向获得3D数字模型。正是由于建模软件、建模方法以及3D扫描数据的不完整等原因，造成3D数字模型出现不封闭、零厚度面片、法向错误、非流型（non-manifold）面片……等错误，所以，模型数据的修复事实上是3D打印的一项极为重要的工作；修复的数据还要进一步根据3D打印原理及设备工作范围，进行为模型添加支撑、设置摆放方位、编辑模型大小及加载模型数量等数据处理工作。为完成3D打印任务，而对3D数字模型进行的平台加载、错误修复、数据优化、添加支撑、及最终生成用于3D打印设备的数据文件的工作过程。3D打印数据的处理是指：一、3D打印数据处理的定义模型必须为流形(manifold)模型具有正确的法向模型具有一定的壁厚模型壁厚与3D打印机喷嘴（光斑）直径相匹配模型是封闭的实体3D打印数字模型基本要求模型大小不能超出设备打印的最大尺寸模型悬伸处合理安排支撑二、典型3D打印数据处理过程导入数据估算报价生成打印数据文件加载平台修复数据二、典型3D打印数据处理过程1、导入数据由于3D数字模型的生成方式多样，虽然主流软件的兼容性较强，但通常仍主要通过STL文件作为主要的数据交换格式。2、数据修复正向机械建模的实体数据通常都具有较好的质量，但是艺术类CG模型有时采用片体建模的数据无法满足3D打印的需求。这就要求我们对模型数据进行相应的反向三角面片、坏边修复、去除干扰壳体、去除重叠及交叉三角面片等修复工作。3、加载平台为适应后续的设备工作，可先将修复好的零件模型放置在虚拟的设备上，并通过事先设定好的设备参数模拟3D打印工作过程，从而进一步模型调整摆放位置及打印数量。4、估算报价估算报价是企业实际经营中重要的环节，通常可根据模型耗材多少或打印层高来估算具体打印成本，进而为企业提供报价参考。5、生成打印文件加载平台后，可直接生成打印设备可识别的打印文件，供打印设备使用。三、3D打印数据的处理的常用软件及方法Cura软件是由荷兰的开源桌面3D打印机Ultimaker领导开发的一款开源的3D打印软件，主要用于FDM设备，可进行机器平台加载下的模型的载入、查看、摆放、缩放、分层切片等操作。根据3D打印技术不同，现如今较为流行的3D打印数据处理软件主要有：Cura、Magics、Mimics、Repetier-Host、Slic3r等。Cura软件操作界面三、3D打印数据的处理的常用软件及方法Magics软件是由总部位于比利时的Materialise公司推出的3D打印数据处理软件，主要用于SL设备，可对加载的STL文件进行精确修复，添加支撑，加载机器平台后可直接生成设备所需的3D打印文件。Magics软件操作界面四、本课程的教学目标3D打印的数据处理工作是3D打印的核心问题，针对常见的模型数据错误进行必要的修复、分层切片、加载机器平台、最终生成用于3D打印设备的数据文件。本课程是3D打印应用技术的核心专业课程，以企业工作过程为主线，培养学生能够独立完成3D打印数据处理专业技术人员。要求学生对3D打印原理有一定的认识，在完成数据处理任务的同时能为企业提供产品报价参考，并具有较强的工艺分析能力及应用扩展能力。五、本课程的学习建议本教材除绪论外，其余章节的教学内容都是基于工作过程编写，旨在使学生建构起基于工作过程的知识技能结构。项目一主要是讲授软件Cura，作为简单的FDM桌面机数据处理工具，其是现如今较为流行的3D打印入门软件；项目二是重点讲授Magics，其较为复杂不易掌握，但我们可通过基于工作过程的有浅入深的实例练习逐步递进，最终完成所有实例练习后达到掌握所有主要知识点的目的；项目三是用于医学CT三维数据处理的软件Mimics，它将在我们面前展开一个新的