增材制造工艺与应用 课件 项目八 综合实训项目

增材制造工艺与应用任务一

扇叶的三维扫描与3D打印《扇叶的扫描》项目八综合实训项目4实际操作3新课讲授2任务描述1教学目标目录教学目标知识目标：掌握3D扫描仪的扫描流程及设备使用方法技能目标：能掌握常见3D扫描仪的操作方法素质目标：锻炼学生观察能力，举一反三的能力及培养严谨的职业素养任务描述任务描述内容：根据实物零件——扇叶零件的大小、结构特征，选择合适的扫描仪进行三维扫描操作。利用扫描仪获取点云数据并对点云数据进行处理，生成3D打印格式的三维模型文件。根据生成的三维模型选择合适的3D打印设备。操作3D打印设备进行制件加工，然后对打印完成的制件进行后处理操作。新课讲授一、什么是三维扫描仪定义

三维扫描仪，也称为三维立体扫描，3D扫描仪，是融合光、机、电和计算机技术于一体的高科技产品，主要用于获取物体外表面的三维坐标及物体的三维数字化模型。复合式手持扫描仪工业级结构光三维扫描仪知识讲解减材2、扫描仪软件的安装VisenTOPStudio软件进行扫描采集建模；首先进行VisenTOPStudio采集软件的安装双击Vtop主程序安装包，单击Next下一步→选择文件安装目录，单击“Next”→准备安装，单击“Next”→等待软件安装，在安装完成后的界面中勾选InstallCameraDrivers(安装相机驱动)，单击“Finish”(完成)，自动完成驱动安装→单击“完成”，结束安装知识讲解等材3、参数的导入新安装软件或者更换扫描仪型号后需要恢复参数默认设置：找到软件安装位置，打开“regfiles”文件夹，选中机器对应参数，双击参数设置注册表→单击“是”，确定继续→单击确定，完成导入知识讲解增材4、扫描仪操作使用（重点）

标定

三维扫描仪在使用之前，首先要对扫描仪进行标定。标定是得到三维世界坐标系中工件点的三维坐标与其图像坐标系中对应点的函数关系（旋转、平移）的过程。

照相机标定精度是决定扫描系统精度的重要因素。系统进行硬件调整或运输后以及在使用过程中产生较严重振动的情况下，都需进行重新标定，以保证扫描系统的精度。

出现以下情况之一，需要重新标定1.首次使用之前2.重新组装之后3.经受强烈振动之后4.更换镜头之后5.多次拼接失败之后6.采集精度降低之后知识讲解开始标定：（1）、摆放标定靶。打开相机开关、标定靶开关，将标定靶正对，调整距离，使标定靶靶心同时出现在两相机窗口的小矩形框中。注：带背光标定靶标定时需关闭设备光机开关，不带背光标定靶标定时不需要关闭光源，且需在标定菜单栏下单击投射白光，（2）打开标定窗口。单击工具栏中的

按钮，打开标定窗口。在采集窗口中调节亮度，使黑白格交点最清晰为准（3）单击工具栏中的

按钮，对标定靶进行图像采集。（4）单击

切换到下一幅。改变标定靶的旋转角度为正对偏左25°左右，调整标定靶与扫描仪之间的距离使靶心同时出现在两相机窗口的小矩形框中，单击

完成第二幅图像采集。（5）、单击

切换到第三幅。改变标定靶的旋转角度为正对偏右25°左右，调整标定靶与扫描仪之间的距离使靶心同时出现在两相机窗口的小矩形框中，单击

完成第三幅图像采集。知识讲解（6）、单击

切换到第四幅。改变标定靶的旋转角度为正对偏上25°左右，调整标定靶与扫描仪之间的距离使靶心同时出现在两相机窗口的小矩形框中，单击

完成第四幅图像采集。（7）单击

切换到第五幅。改变标定靶的旋转角度为正对偏下25°左右，调整标定靶与扫描仪之间的距离使靶心同时出现在两相机窗口的小矩形框中，单击

完成第五幅图像采集。（8）设置标定靶参数。单击工具>设置，打开标定靶参数界面，单击下拉菜单，选择相对应的标定靶型号，行数和列数根据采集的五幅图像边框选取最大值，此例中行数列数都为33。（9）、点角点。返回标定窗口，依据行数和列数单击角点。角点为行数和列数组成的矩形的顶点，同时软件也会自动优化识别最佳角点位置。知识讲解10）单击图8-15工具栏中的

按钮，进行角点检测。观察角点检测结果是否正确，角点的排列是否整齐如果发现角点排列不整齐说明本次角点检测出现错误。确认角点的位置和标定参数都正确并且匹配后，重新单击角点检测。（11）单击工具栏中的

，切换到上一幅，按步骤9和10完成角点检测。（12）重复第11步，完成五幅图像的角点检测。（13）、单击图工具栏中

的，进行系统标定。标定完成时，系统弹出标定成功的通知。（14）、单击工具栏中

的，收起标定窗口。如果标定不成功，系统弹出标定未成功的通知，此时需要重新进行系统标定。图8-15知识讲解开始扫描

新建工程。单击工具栏中的

新建工程,如图8-27所示,输入工程名称以及路径(命名不能重复),单击确定,完成新建工程,如图8-28所示。工程创建成功后,点云数据窗口会出现新建工程的名称,如图8-29所示。知识讲解采集。单击工具栏图8-27中的

采集。可以看到向物体投射变化的条纹光。当条纹光静止,一副数据采集结束,移动物体到下一个采集位置(一般横向转动角度不要超过30度,纵向转动角度不要超过45度,平移距离不要超过3/4扫描范围,以保证两次采集有足够的标记点,作为拼接的依据),重复上面的过程进行第二幅数据采集。如果采集后系统提示没有完成拼接,则可能是物体移动位置过大,在点云数据窗口中单击右键删除该幅点云,如图8-31所示。知识讲解然后把物体移动到合适的采集位置,继续采集。如此重复,直到采集到物体部的3D数据。采集的过程中保持设备与物体的稳定,否则采集到的点云将是无效的。完全采集结束后您将看到采集的结果。如图8-32所示。分组讨论实操环节同学们更具老师讲解的实操过程自己独立完成物体的扫描任务在扫描中出现了哪些问题？你是怎么解决问题的？谢谢观赏增材制造工艺与应用增材制造工艺与应用任务一

扇叶的三维扫描与3D打印《扇叶的打印》项目八综合实训项目4实际操作3新课讲授2任务描述1教学目标目录教学目标知识目标：掌握增材制造成型工艺的基本流程技能目标：能正确进行增材制造成型设备的操作和调试。素质目标：使学生养成安全使用设备和工具的良好职业习惯。任务描述任务描述内容：生成3D打印格式的三维模型文件。根据生成的三维模型选择合适的3D打印设备。操作3D打印设备进行制件加工，然后对打印完成的制件进行后处理操作。新课讲授一、模型导出1、点云采集、处理及导出删除杂点：在3D口中选择杂点,选中的点用红色高亮显示。VisenTOP系统提供多种选点方式:矩形区域选点、多边形区域选点、套索选点、椭圆形区域选点和反向选择等。操作:矩形区域选点。单击

按钮后,在3D窗口中按住鼠标左键,拖动鼠标。选择区域后,放开左键。此时,矩形区域内的点被选中。多边形区域选点。单击

按钮后,在3D窗口中按鼠标左键放置多边形的角点。最后鼠标左键单击第一个角点,形成封闭多边形。此时,封闭多边形区域内的点被选中。单击鼠标右键取消选中区域，其他选点操作方式与矩形、多边形选点方法类似。单击

按钮或者Delete键完成删除杂点操作。知识讲解减材2、

保存工程。

单击具栏中的

保存或使用快捷键C1+S保存当前点云工程，保存的文件类为.vtop,文件路径显示在主程序的标题中。

单击工具栏中的

图标处理点云，弹出导出设置界面，单击“处理点云”后导出当前数据。导出的文件类型包括ASC等。知识讲解等材选择导出点云存放路径，设置点云名称，单击“保存”。如图8-36所示，完成点云导出。注：asc为VisenTOPStudio的点云工程文件类型。ply、asc、xyz、txt、off、pcd、wrl、obj、STL为通用的点云数据文件类型。Obj类型的文件仅保存点云数据，Wrl类型的文件保存点云数据、点的颜色(PointColo)、纹理等信息。用户可根据需要选择文件类型，保存数据。最后使用Asc和Obj类型文件将点云数据加载到GeomagicStudio等逆向工程软件中，加工点云数据，进行减少噪点和面片处理并封装，生成生产制造所需的数据；使用Wrl类型文件展示被测物体的原貌，包括外形和纹理，最后保存为“STL”文件，然后等待打印前的其他处理；图8-36知识讲解增材4、物体的切片处理

立体坐标系模型设计完成之后，我们要将导出的STL模型导入切片软件进行切片处理，使得3D打印机能够识别一层层的文件，然后按照每一层的文件进行层层打印。

载入STL模型。打开切片软件，单击，弹出对话框，选择要载入的模型。调整模型，居中，放置到地板；

打印参数设置完成后，单击确定，切片软件开始对模型进行切片处理，并估算打印时间和消耗耗材长度，这时，就可以开始正式打印了。层高采用标准打印质量，层高设定为0.3mm，保证打印速度。外壳外周壳数量设定为2，封底层数和封顶层数设置为3，保证有足够的强度填充填充设置为15%，在保证强度的同时，提高打印效率。速度打印速度设置为70mm/s，空走速度设置为120mm/s，这样既不影响打印质量，又能保证打印效率。温度按照PLA材料特点，为增加粘附力，设置为220℃。载入模型之后，根据需要对打印参数进行设定：知识讲解物体的打印根据物体的大小进行选择打印机的型号，较小零件可以选择小型的打印机，本项目选择三角洲结构型的打印设备，具体的打印机的调试和打印步骤参照本书项目三的任务4的操作方法进行操作；打印流程如下：知识讲解打印完成的后处理3D打印是通过逐层打印成形的，在分层制造中会产生台阶效应。因此会有一定厚度的多层台阶，模型表面出现的这些台阶直接影响其表面质量。为更好地解决打印产品的表面质量问题，需要对打印好的模型进行后处理操作，具体后处理操作方法参考项目三任务6-3后处理及注意事项。所示为FDM成型工艺流程图。分组讨论实操环节前边的项目详细讲解过模型切片处理过程和物体打印方法，然后同学们根据老师讲解的进行分组，分步骤实际操作。最终将模型通过3D打印机打印出来，并对模型进行后处理；操作过程中老师实时指导；在打印零件过程中出现了哪些问题？谢谢观赏增材制造工艺与应用增材制造工艺与应用任务二螺栓与螺母的三维设计与3D打印《螺栓与螺母的建模》项目八综合实训项目4实际操作3新课讲授2任务描述1教学目标目录教学目标知识目标：掌握建模软件的使用方法技能目标：使用UG软件独立完成螺栓与螺母的正向建模素质目标：培养学生严谨、精益求精的工匠精神任务描述任务描述内容：利用三维建模软件进行正向建模，按照设计要求进行特征设计并生成3D打印格式的三维模型文件。根据生成的三维模型选择合适的3D打印设备。操作3D打印设备进行制件加工，然后对打印完成的制件进行后处理操作。我们利用三维设计软件和增材制造技术，可以打印和设计一些零件，配合紧固件中的螺钉和螺母，是我们常见的零件。这次我们将利用NX软件设计和打印一套配合的螺栓和螺母；新课讲授一、螺栓的建模打开UG建模软件，选择新建草图，单击

“草图”命令，进入草图编辑对话框，定向视图到草图。

单击“插入→草图曲线→多边形”命令，弹出多边形对话框，选择坐标原点，选择边数6，内切圆半径10mm，旋转270，建立螺杆帽草图。知识讲解

单击

“拉伸”命名，距离10mm，完成螺杆帽的拉伸。单击

“草图”命令，以创建的螺杆帽的中心为基准，创建草图，定向视图到草图。单击“圆”命令，选择圆心和直径方式，以坐标原点为圆心，绘制直径为15mm的圆。单击“拉伸”命令，距离选择30mm，完成螺杆主体的创建。螺杆螺纹的创建：单击“主页→更多→设计特征→螺纹”命令。弹出螺纹对话框，选择“详细”，旋转选择右旋，鼠标单击要建立螺纹的圆柱表面，小径选择14、长度30、螺距1.5、角度60，单击确定，完成螺杆螺纹的创建。知识讲解二、螺母的创建单击

“草图”命令，进入草图编辑对话框，定向视图到草图。单击“插入>草图曲线>多边形”命令，弹出多边形对话框，指定坐标原点，选择边数6，内切圆半径10mm，旋转270，建立六边形螺母帽草图。单击

“拉伸”命名，距离10，选择刚建立的螺母草图，完成六边形螺杆帽的拉伸。单击“圆”命令，选择圆心和直径方式，以坐标原点为圆心，绘制直径为14.6的圆。单击“拉伸”命令，距离10，布尔运算为求差，完成螺母主体的创建。分组讨论实操环节同学们更具老师讲解的实操过程教师先对螺栓与螺母的正向建模方法及过程进行讲解，然后同学们根据老师讲解的进行分步骤实际操作，操作过程中老师实时指导；谢谢观赏增材制造工艺与应用增材制造工艺与应用任务二螺栓与螺母的三维设计与3D打印《螺栓与螺母的模型的打印》项目八综合实训项目4实际操作3新课讲授2任务描述1教学目标目录教学目标知识目标：掌握增材制造成型工艺的基本流程技能目标：能正确进行增材制造成型设备的操作和调试并完成

螺栓与螺母的3D打印；素质目标：使学生养成安全使用设备和工具的良好职业习惯。任务描述任务描述内容：生成螺栓与螺母3D打印格式的三维模型文件。根据生成的三维模型选择合适的3D打印设备。操作3D打印设备进行制件加工，然后对打印完成的制件进行后处理操作。新课讲授一、模型导出建模完成后单击“文件”菜单栏中的“导出”按钮再选择导出文件类型“STL”对模型进行导出，保存格式为“螺钉STL”，方便后期导入切片软件进行切片处理。知识讲解增材4、物体的切片处理

立体坐标系模型设计完成之后，我们要将导出的STL模型导入切片软件进行切片处理，使得3D打印机能够识别一层层的文件，然后按照每一层的文件进行层层打印。

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