快速制造(3D打印)項(xiàng)目應(yīng)用-第3章-3D模型建模及切片處理

第三章

3D模型建模及切片處理目錄第一節(jié)3D模型逆向建模第二節(jié)3D模型正向建模第三節(jié)模型數(shù)據(jù)切片處理第四節(jié)3D模型逆向建模案例:工藝品第一節(jié)3D模型逆向建模3D掃描數(shù)據(jù)獲取及處理隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，市場(chǎng)要求高質(zhì)量的產(chǎn)品，產(chǎn)品不僅有先進(jìn)的功能，還要有吸引人的外觀。流暢、美觀、造型富有個(gè)性的產(chǎn)品外觀必然會(huì)使得產(chǎn)品外觀由復(fù)雜的自由曲面組成。傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)模式很難滿足人們對(duì)復(fù)雜曲面物件的建模需求。為適應(yīng)現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，需要將實(shí)物樣件或手工模型轉(zhuǎn)化為CAD數(shù)據(jù)，以便利用快速成型系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）等先進(jìn)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理和管理，并進(jìn)行進(jìn)一步修改和再設(shè)計(jì)優(yōu)化。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，不同于傳統(tǒng)的建模手段，直接得到真實(shí)物體表面的采樣點(diǎn)（點(diǎn)云數(shù)據(jù)），利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以重構(gòu)出任意曲面。這種方法不受曲面復(fù)雜度影響，表面采樣密度足夠的話可以達(dá)到很高的重構(gòu)精度。3D掃描數(shù)據(jù)獲取及處理三維掃描儀是針對(duì)三維信息領(lǐng)域的發(fā)展而研制開發(fā)的計(jì)算機(jī)信息輸入的前端設(shè)備。只需對(duì)物體進(jìn)行掃描，就能在計(jì)算機(jī)上得到實(shí)物的三維立體圖像。三維掃描儀大體分為接觸式三維掃描儀和非接觸式三維掃描儀。其中非接觸式三維掃描儀又分為光柵三維掃描儀（拍照式三維掃描）和激光掃描儀。而光柵三維掃描又有白光掃描、藍(lán)光掃描等，激光掃描儀又有點(diǎn)激光、線激光、面激光的區(qū)別。3D掃描數(shù)據(jù)獲取及處理1.非接觸式3D數(shù)據(jù)獲取非接觸式測(cè)量是以光電、電磁等技術(shù)為基礎(chǔ)，在不接觸被測(cè)物體的表面的情況下，得到物體表面參數(shù)信息的測(cè)量方法。非接觸式三維信息獲取多采用深度映像技術(shù)和多傳感器技術(shù)，并結(jié)合非線性求解方法。非接觸式掃描3D掃描數(shù)據(jù)獲取及處理2.接觸式3D數(shù)據(jù)獲取接觸式三維信息獲取的基本原理是使用連接在測(cè)量裝置上的測(cè)頭（探針）直接接觸被測(cè)點(diǎn)，根據(jù)測(cè)量裝置的空間幾何結(jié)構(gòu)得到測(cè)量的坐標(biāo)。典型的接觸式三維掃描設(shè)備包括三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和關(guān)節(jié)臂測(cè)量。關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)3D掃描數(shù)據(jù)獲取及處理數(shù)字化測(cè)量得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)不可避免地存在一些問題，需進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理包括噪聲去除、多視對(duì)齊、數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)和數(shù)據(jù)分割等。（1）噪聲去除數(shù)據(jù)獲取的方法雖然多樣，但在實(shí)際的測(cè)量過程中受到人為或隨機(jī)因素的影響，都不可避免會(huì)引入不合理的噪音點(diǎn)，這部分?jǐn)?shù)據(jù)約占數(shù)據(jù)總量的0.11%-5%。為了降低或消除其對(duì)后續(xù)重構(gòu)的影響，有必要對(duì)測(cè)量點(diǎn)云進(jìn)行濾波，去除噪音點(diǎn)。3D掃描數(shù)據(jù)獲取及處理（2）多視對(duì)齊由于被測(cè)物體的尺寸過大或?qū)嵨飵缀涡螤顝?fù)雜，測(cè)量往往不能一次測(cè)出所有數(shù)據(jù)，需要從不同位置和多視角進(jìn)行多次測(cè)量，再將這些點(diǎn)云進(jìn)行對(duì)齊、拼接。多視對(duì)齊實(shí)質(zhì)為尋求采自不同坐標(biāo)系下點(diǎn)云的空間變換，以進(jìn)行空間匹配。（3）數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)自動(dòng)測(cè)量所得到的數(shù)據(jù)點(diǎn)云十分密集，數(shù)據(jù)存在大量冗余，無法直接用于曲面構(gòu)造。由于數(shù)據(jù)的冗余，導(dǎo)致很多無效運(yùn)算開支，如果不進(jìn)行數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)，會(huì)極大地降低幾何建模的速度。不同類型的點(diǎn)云可采用不同的精簡(jiǎn)方式，散亂點(diǎn)云可通過隨機(jī)采樣的方法來精減；對(duì)于掃描線點(diǎn)云和多邊形點(diǎn)云可采用等間距縮減、倍率縮減、等量縮減和弦偏差等方法；網(wǎng)格化點(diǎn)云可采用等分布密度法和最小包圍區(qū)域法進(jìn)行數(shù)據(jù)縮減。3D掃描數(shù)據(jù)獲取及處理（4）數(shù)據(jù)分割數(shù)據(jù)分割是根據(jù)組成實(shí)物外形曲面的子曲面的類型，將屬于同一子曲面類型的數(shù)據(jù)成組，這樣全部數(shù)據(jù)將劃分成代表不同曲面類型的數(shù)據(jù)域，為后續(xù)的曲面模型重建提供方便。利用ATOS光學(xué)三維掃描儀采集的幾十萬、上百萬甚至更多的無序點(diǎn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理的工作量很大。所以，為了獲得完整、正確的測(cè)量數(shù)據(jù)，以方便后續(xù)的造型工作，在模型重建之前需要對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。3D掃描處理軟件由于三維物體的復(fù)雜多樣性和測(cè)量系統(tǒng)得到點(diǎn)云的海量散亂性。一般使用三維掃描儀掃描物體三維數(shù)據(jù)后，需要三維掃描軟件進(jìn)行后續(xù)處理，來補(bǔ)充或填補(bǔ)一些沒有掃描到的點(diǎn)，去掉一些雜質(zhì)點(diǎn)或者多出來的部分，或者光滑化表面，從而使得掃描文件更完美。1.polyworks軟件PolyWorks是加拿大InnovMetric公司的產(chǎn)品，它能快速和高品質(zhì)地處理由各種各樣的三維掃描儀獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，繼而自動(dòng)生成多種通用標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù)。3D掃描處理軟件PolyWorks的主要功能分成兩大塊：Modele即自動(dòng)建立模型。數(shù)據(jù)的來源可以是任意一種三維激光掃描儀；Inspection即依據(jù)具有零誤差的CAD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和用掃描儀掃描所得的實(shí)際物品數(shù)據(jù)，自動(dòng)得出生產(chǎn)過程中造成的人為誤差報(bào)告。PolyWorks三維掃描軟件主要應(yīng)用：鈑金件檢測(cè)、沖模虛擬樣機(jī)、虛擬裝配、金屬鑄造、塑料件檢測(cè)、指導(dǎo)裝配、首件檢測(cè)、試生產(chǎn)檢測(cè)、復(fù)制沖銑、工裝制造、設(shè)計(jì)和逆向工程、快速虛擬樣機(jī)、高級(jí)可視化、有限元建模。PolyWorks軟件3D掃描處理軟件2.Imageware軟件Imageware由美國(guó)EDS公司出品，后被德國(guó)SiemensPLMSoftware所收購，現(xiàn)在并入旗下的NX產(chǎn)品線，是最著名的逆向工程軟件，Imageware因其強(qiáng)大的點(diǎn)云處理能力、曲面編輯能力和A級(jí)曲面的構(gòu)建能力而被廣泛應(yīng)用于汽車、航空、航天、消費(fèi)家電、模具、計(jì)算機(jī)零部件等設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域。Imageware軟件3D掃描處理軟件3.Geomagicstudio軟件由美國(guó)Raindrop公司出品的GeomagicStudio，作為自動(dòng)化逆向工程軟件，GeomagicStudio還為新興應(yīng)用提供了理想的選擇，如定制設(shè)備大批量生產(chǎn)、即定即造的生產(chǎn)模式以及原始零部件的自動(dòng)重造。GeomagicStudio可以作為CAD、CAE和CAM工具提供完美補(bǔ)充，它可以輸出行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)格式，包括STL、IGES、STEP和CAD等眾多文件格式。Geomagicstudio軟件3D掃描處理軟件4.GeomagicDesignX軟件GeomagicDesignX是一款全面的逆向工程軟件，它結(jié)合了傳統(tǒng)CAD與三維掃描數(shù)據(jù)處理，能創(chuàng)建可編輯、基于特征的CAD實(shí)體模型，并與現(xiàn)有的CAD軟件兼容。GeomagicDesignX可實(shí)現(xiàn)包括提取自動(dòng)的和導(dǎo)向性的實(shí)體模型、將精確的曲面擬合到有機(jī)三維掃描、編輯面片以及處理點(diǎn)云在內(nèi)的諸多功能。GeomagicDesignX軟件3D掃描處理軟件5.RapidForm軟件由韓國(guó)INUS公司出品的RapidForm，提供了新一代運(yùn)算模式，可實(shí)時(shí)將點(diǎn)云數(shù)據(jù)運(yùn)算出無接縫的多邊形曲面，使它成為3DScan后處理之最佳化的接口。RapidForm也提升了工作效率，使3D掃描設(shè)備的運(yùn)用范圍擴(kuò)大，改善掃描品質(zhì)。RapidForm軟件第二節(jié)3D模型正向建模3D建模方法及要點(diǎn)三維建模就是在三維制作軟件的虛擬三維空間中，構(gòu)建出具有三維特性的數(shù)據(jù)模型。根據(jù)三維模型建模方法的不同，可分為CAD建模、CG建模及其他建模方法。1.CAD建模（參數(shù)化建模）CAD建模主要針對(duì)需要參數(shù)化建模設(shè)計(jì)的模型，以參數(shù)為建模核心。在模型中，參數(shù)可通過“尺寸”的形式來體現(xiàn)，可以使用表達(dá)式來控制圖形形狀和變化。參數(shù)化建模適合用于有苛刻要求和制造標(biāo)準(zhǔn)的模型設(shè)計(jì)任務(wù)（如機(jī)械類零件），非常適用于需要定期修改的設(shè)計(jì)，可以修改或更改單個(gè)特征（如孔和倒角），其余部分可自動(dòng)跟隨改變，UG軟件建模。CAD建模軟件3D掃描處理軟件2.CG建模計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（ComputerGraphics，簡(jiǎn)稱CG），CG建模創(chuàng)建的是幾何而不是特征，因此它能更好地進(jìn)行概念構(gòu)思，而不必束縛于特征及其相關(guān)性以及執(zhí)行更改可能產(chǎn)生的影響。建模的自由度較大。常用于人物模型、動(dòng)物模型、建筑場(chǎng)景的創(chuàng)建。CG建模軟件3D掃描處理軟件3.其他建模方式除CAD建模和CG建模外，還有一些其他建模方式。如：Autodesk公司的123Dcatch軟件，采用不同角度的模型照片，合成出一個(gè)3D模型。以及，國(guó)外一款開源3D打印切片軟件Cura，由導(dǎo)入的bmp、jpg、png格式圖像，生成浮雕效果的模型，可打印出來浮雕的效果。浮雕模型3D掃描處理軟件需要注意的是，由于STL文件已經(jīng)成為圖像處理領(lǐng)域的默認(rèn)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因此3D打印通常采用STL格式文件。所以，在三維軟件中構(gòu)建完成3D模型后，還需要存儲(chǔ)為STL文件。此外，3D打印文件還有AMF格式文件，主要是增加了模型的材質(zhì)、紋理、顏色等信息，隨著彩色3D打印的發(fā)展，這種文件格式可能會(huì)逐步取代STL。不過，目前STL仍是3D打印的主流格式文件。當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)制作一個(gè)用于展示、動(dòng)畫或游戲中的3D模型時(shí)，通常只注重模型的視覺效果，基本上不需要考慮真實(shí)性。絕大多數(shù)的場(chǎng)景和物體僅僅包含了可見的網(wǎng)格，物體不需要是相互連接的。3D掃描處理軟件但當(dāng)3D模型采用3D打印方式制作時(shí)，情況會(huì)有很多的不同。用于3D打印的三維模型建構(gòu)過程中需要注意的事項(xiàng)：（1）模型必須為封閉的就是通常說是“水密”（watertight），有時(shí)要檢查出你的模型是否存在這樣的問題是有些困難。如果你不能夠發(fā)現(xiàn)此問題，可以借助一些軟件。比如3DsMax的STL檢測(cè)（STLCheck）功能，Meshmixer的自動(dòng)檢測(cè)邊界功能。一些模型修復(fù)軟件當(dāng)然也是能做的，比如Magics，Netfabb等。左邊的模型是封閉的，右邊的模型不封閉，我們可以看到軟件標(biāo)記的邊界。不封閉模型，不可打印封閉模型，可打印3D掃描處理軟件（2）模型的壁厚CG行業(yè)的模型通常都是以面片的形式存在的，但是現(xiàn)實(shí)中的模型不存零壁厚，我們一定要給模型增加厚度。實(shí)體模型，有厚度模型需要壁厚3D掃描處理軟件打印機(jī)的噴嘴直徑是不同，打印模型的壁厚應(yīng)考慮到打印機(jī)能打印的最小壁厚。不然，會(huì)出現(xiàn)失敗或者錯(cuò)誤的模型。一般最小厚度為2mm，根據(jù)不同的3D打印機(jī)而發(fā)生變化。建模物體厚度注意最小壁厚3D掃描處理軟件（3）模型必須為流形（manifold）流形（manifold）在數(shù)學(xué)中用于描述幾何形體。對(duì)于3D打印而言，可以這么理解，如果一個(gè)網(wǎng)格數(shù)據(jù)中存在多個(gè)面共享一條邊，那么它就是非流形的（non-manifold）。兩個(gè)立方體只有一條共同的邊，此邊為四個(gè)面共享。建模物體必須是流體3D掃描處理軟件（4）正確的法線方向模型中所有的面法線需要指向一個(gè)正確的方向。如果你的模型中包含了錯(cuò)誤的法線方向，打印機(jī)無法判斷出是模型的內(nèi)部還是外部。正確的法線方向3D掃描處理軟件（5）模型的最大尺寸模型最大尺寸是根據(jù)3D打印機(jī)可打印的最大尺寸而定的。當(dāng)模型超過3D打印機(jī)的最大尺寸，模型就不能完整地被打印出來。在Cura軟件中，當(dāng)模型的尺寸超過了設(shè)置機(jī)器的尺寸時(shí)，模型就顯示灰色。物體模型最大尺寸根據(jù)您使用的機(jī)器而定。建模注意尺寸控制3D掃描處理軟件（6）預(yù)留容差度對(duì)于需要組合的模型，我們需要特別注意預(yù)留容差度。一般解決辦法是在需要緊密接合的地方預(yù)留0.8mm的寬度；給較寬松的地方預(yù)留1.5mm的寬度。常用3D建模軟件目前，3D建模具體分為CAD與CG兩種方式，CAD主要用于將嚴(yán)格標(biāo)有尺寸的圖像進(jìn)行建模，即參數(shù)化建模，如AutoCAD、UG、Pro/E等；CG軟件指對(duì)素描等手繪圖案進(jìn)行立體化的軟件，如Blender、Rhino等。以下介紹幾款廣泛應(yīng)用的3D建模軟件。常用3D建模軟件1.AutoCADAutoCAD（AutodeskComputerAidedDesign）是Autodesk（歐特克）公司首次于1982年開發(fā)的自動(dòng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，可以用于繪制二維制圖和基本三維設(shè)計(jì)，現(xiàn)已經(jīng)成為國(guó)際上廣為流行的繪圖工具。AutoCAD具有良好的用戶界面，通過交互菜單或命令行方式便可以進(jìn)行各種操作。AutoCAD軟件界面常用3D建模軟件2.UGUG（UnigraphicsNX）是SiemensPLMSoftware公司出品的一個(gè)產(chǎn)品工程解決方案，它為用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗(yàn)證手段。UnigraphicsNX針對(duì)用戶的虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)的需求，提供了經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證的解決方案。UG同時(shí)也是用戶指南（userguide）和普遍語法（UniversalGrammar）的縮寫。UG軟件界面常用3D建模軟件3.Pro/EPro/Engineer操作軟件是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（PTC）旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位。Pro/Engineer作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一。Pro/E軟件界面常用3D建模軟件5.SolidworksSolidWorks為達(dá)索系統(tǒng)（DassaultSystemesS.A）下的子公司，專門負(fù)責(zé)研發(fā)與銷售機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的視窗產(chǎn)品。Solidworks軟件功能強(qiáng)大，組件繁多。Solidworks功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是SolidWorks的三大特點(diǎn)，使得SolidWorks成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks不僅提供如此強(qiáng)大的功能，同時(shí)對(duì)每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)者來說，操作簡(jiǎn)單方便、易學(xué)易用。SolidWorks軟件界面常用3D建模軟件6.BlenderBlender是一款開源的跨平臺(tái)全能三維動(dòng)畫制作軟件，提供從建模、動(dòng)畫、材質(zhì)、渲染、到音頻處理、視頻剪輯等一系列動(dòng)畫短片制作解決方案。完整集成的創(chuàng)作套件，提供了全面的3D創(chuàng)作工具，包括建模、UV映射、貼圖、綁定、蒙皮、動(dòng)畫、粒子和其它系統(tǒng)的物理學(xué)模擬、腳本控制、渲染、運(yùn)動(dòng)跟蹤、合成、后期處理和游戲制作。Blender軟件界面常用3D建模軟件7.3DStudioMax3DStudioMax，常簡(jiǎn)稱為3dMax或3dsMAX，是Discreet公司開發(fā)的（后被Autodesk公司合并）基于PC系統(tǒng)的三維動(dòng)畫渲染和制作軟件。其前身是基于DOS操作系統(tǒng)的3DStudio系列軟件。在WindoNT出現(xiàn)以前，工業(yè)級(jí)的CG制作被SGI圖形工作站所壟斷。ws3DStudioMax+WindowsNT組合的出現(xiàn)一下子降低了CG制作的門檻，首先開始運(yùn)用在電腦游戲中的動(dòng)畫制作，后更進(jìn)一步開始參與影視片的特效制作，例如X戰(zhàn)警II，最后的武士等。3dsMAX軟件界面常用3D建模軟件8.RhinoRhino是美國(guó)RobertMcNeel&Assoc開發(fā)的PC上強(qiáng)大的專業(yè)3D造型軟件，它可以廣泛地應(yīng)用于三維動(dòng)畫制作、工業(yè)制造、科學(xué)研究以及機(jī)械設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。它能輕易整合3DSMAX與Softimage的模型功能部分，對(duì)要求精細(xì)、彈性與復(fù)雜的3DNURBS模型。能輸出obj、DXF、IGES、STL、3dm等不同格式，并適用于幾乎所有3D軟件，尤其對(duì)增加整個(gè)3D工作團(tuán)隊(duì)的模型生產(chǎn)力有明顯效果。3dsMAX軟件界面常用3D建模軟件9.MAYAMAYA軟件是Autodesk旗下的著名三維建模和動(dòng)畫軟件。AutodeskMaya可以大大提高電影、電視、游戲等領(lǐng)域開發(fā)、設(shè)計(jì)、創(chuàng)作的工作流效率，同時(shí)改善了多邊形建模，通過新的運(yùn)算法則提高了性能，多線程支持可以充分利用多核心處理器的優(yōu)勢(shì)，新的HLSL著色工具和硬件著色API則可以大大增強(qiáng)新一代主機(jī)游戲的外觀，另外在角色建立和動(dòng)畫方面也更具彈性。Maya軟件界面常用3D建模軟件10.Autodesk123D123D是一款免費(fèi)的3DCAD工具，可以使用一些簡(jiǎn)單的圖形來設(shè)計(jì)、創(chuàng)建、編輯三維模型。它擁有3款工具，其中包含Autodesk123D、Autodesk123DCatch和Autodesk123DMake。Autodesk123D不需要特別專業(yè)的知識(shí)，任何人都可以輕松使用123D系列產(chǎn)品，可為用戶免費(fèi)創(chuàng)建3D免費(fèi)模型。Autodesk123D軟件界面常用3D建模軟件11.SketchUpSketchUp又名“草圖大師”，是一款可供您用于創(chuàng)建、共享和展示3D模型的軟件。不同于3dsMax，它是平面建模。通過一個(gè)使用簡(jiǎn)單、內(nèi)容詳盡的顏色、線條和文本提示指導(dǎo)系統(tǒng)，讓人們不必鍵入坐標(biāo)，就能幫助其跟蹤位置和完成相關(guān)建模操作。通過對(duì)該軟件的熟練運(yùn)用，人們可以借助其簡(jiǎn)便的操作和豐富的功能完成建筑和風(fēng)景、室內(nèi)、城市、圖形和環(huán)境設(shè)計(jì)，土木、機(jī)械和結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)。SketchUp軟件界面常用3D建模軟件12.中望3D中望3D是一款國(guó)產(chǎn)軟件，是隸屬中望公司，擁有全球自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性價(jià)比的高端三維CAD/CAM一體化軟件產(chǎn)品，為客戶提供了從入門級(jí)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、CAM加工的一體化解決方案。擁有獨(dú)特的Overdrive混合建模內(nèi)核，支持A級(jí)曲面。中望CAD軟件界面除此之外，市場(chǎng)上還有許多優(yōu)秀的建模軟件，如：VRoidStudio、MODO12、Silo、MakersEmpire3D等。第三節(jié)模型數(shù)據(jù)切片處理切片處理要求3D打印切片就是對(duì)三維模型數(shù)據(jù)處理過程的簡(jiǎn)稱。可以簡(jiǎn)單認(rèn)為3D打印機(jī)就是個(gè)數(shù)控機(jī)床。3D軟件導(dǎo)出的格式文件，需要度導(dǎo)入專業(yè)的切片軟件處理后，才能將圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成機(jī)器識(shí)知?jiǎng)e的代碼格式。切片就是將3dmax等繪圖工具產(chǎn)生的圖形文件，已層為單位，將圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成打印機(jī)頭移動(dòng)位置數(shù)據(jù)。3D打印機(jī)的輸入文件，其實(shí)就是描述打印頭位移方式的文件。就好比是醫(yī)院做CT檢查，CT把我們?nèi)梭w某一部分的截面按照順序掃描出來。切片處理要求3D打印模型的成功與否，很大程度取決于切片的好壞。切片軟件的主要作用是將模型分層切片，也就是把一個(gè)模型按照Z軸的順序分成若干個(gè)截面，根據(jù)模型形狀生成不同的路徑，從而生成整個(gè)三維模型的GCode代碼。最后3D打印設(shè)備根據(jù)指令堆疊，形成一個(gè)立體的實(shí)物模型。知道了切片軟件的工作原理，下面介紹影響到切片的參數(shù)設(shè)置。切片處理要求1.層高層高可以被視為3D打印中的“分辨率”，是指定每層耗材的高度。如果每一層的高度很小，那么將會(huì)打印出表面平滑的成品。但這也有一個(gè)缺點(diǎn)：將消耗更多的時(shí)間。如果您把層高數(shù)值調(diào)的較大，那么較厚的圖層將會(huì)形成粗糙的表面，從而使層次感提到提升，這種做法有利于提升打印速度，而這種設(shè)置比較適用于無需細(xì)節(jié)的模型。如果您想打印具有細(xì)節(jié)的模型，那么建議采用較?。▽痈咻^低的數(shù)值）的高度打印。切片處理要求2.外殼厚度該設(shè)定是調(diào)整外殼厚度，從而成為影響成品強(qiáng)度。通過增加數(shù)量，3D打印機(jī)將可以打印出更厚、更結(jié)實(shí)的外殼。3.填充密度填充是指模型外殼內(nèi)的空間密度，該功能通常用“%”做單位，如果您設(shè)置的是“100%”填充，那么該模型內(nèi)部將被完全填充。填充的比例越高，物體的強(qiáng)度、重量也會(huì)一同增加，同時(shí)帶來的是長(zhǎng)時(shí)間打印和更多的耗材損耗。通常情況下，填充密度是在10-20%，如果您需要更堅(jiān)固的產(chǎn)品，也可以選擇75%以上的填充密度。切片處理要求4.打印速度打印速度是指擠出機(jī)在擠出耗材并行進(jìn)時(shí)的速度，最佳設(shè)置就是在擠出機(jī)和移動(dòng)速度中尋找最佳平衡點(diǎn)，這里設(shè)計(jì)耗材、層數(shù)、溫度等多個(gè)原因。如果單一的最求速度，會(huì)導(dǎo)致最終模型出現(xiàn)垂絲等雜亂的現(xiàn)象。而較慢的速度可以為您提供高質(zhì)量的打印效果，一般推薦速度是40-60mm/s。而在打印過程中，也可以根據(jù)您的要求隨時(shí)改變。切片處理要求5.支撐當(dāng)打印的模型超過45°角時(shí)，3D打印機(jī)擠出的耗材將無法正常平鋪在原有層面中，如果長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行超過45°的打印度數(shù)，將會(huì)導(dǎo)致模型外表粗糙、垂絲等現(xiàn)象。而通過添加支撐的方式，可以為最終模型創(chuàng)造一個(gè)沒有下垂的高質(zhì)量環(huán)境。常見的支撐類型有“樹狀”、“網(wǎng)格”等多個(gè)形狀，用戶可以根據(jù)自己的需求進(jìn)行選擇。切片處理要求6.首層粘連部分用戶在進(jìn)行3D打印時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)第一層打印無法有效的貼在平臺(tái)上，這種情況通常是由于平臺(tái)的附著力不夠引起，在切片軟件中，您可以通過兩個(gè)設(shè)置來增加耗材對(duì)平臺(tái)的附著力。Brim：在物體低面周圍增加環(huán)繞一層，對(duì)減少底面邊角的卷曲變形有較大的幫助，在打印后也比較容易去除。底板支架：在物體下打印單獨(dú)的一層支架，如果打印特別小的物體，或者底面不平時(shí)，支架會(huì)改進(jìn)物體底面結(jié)合。但打印后移除支架會(huì)影響底面打印質(zhì)量。切片處理要求7.初始層厚度初始層是指3D打印機(jī)在平臺(tái)上打印的第一層厚度。如果您想給模型一個(gè)更堅(jiān)固的打印底座，可以增加初始層的厚度。通常切片軟件中默認(rèn)的厚度在0.3-0.5mm，這個(gè)數(shù)值可以較為快速的構(gòu)建堅(jiān)固的底座，并且會(huì)很穩(wěn)定的貼在平臺(tái)上。對(duì)3D打印切片軟件進(jìn)行正確的設(shè)置，將有效提升3D打印機(jī)打印模型的成功率。這就是為什么必須了解切片軟件的工作原理以及每個(gè)設(shè)置，它們將影響模型的最終成型。切片處理軟件目前，市場(chǎng)上應(yīng)用較多的3D打印切片軟件有Cura、Repetier-Host、Slic3r、Magics、Simplify3D、Makerware、XBuilder等。1.CuraCura是由Ultimaker所開發(fā)的切片軟件。Cure切片軟件簡(jiǎn)單、易學(xué)，是開源免費(fèi)軟件。界面的功能分布是比較清晰明確的，工具欄統(tǒng)一在左邊，右邊的是模型的顯示界面。cura軟件切片處理軟件2.Repetier-HostRepetier-Host軟件功能豐富，界面友好，是一個(gè)應(yīng)用廣泛的3D打印軟件，用戶可以在這個(gè)軟件上設(shè)計(jì)模型，并使用相應(yīng)的3D打印機(jī)進(jìn)行快速打印。Repetier-Host可將生成Gcode以及打印機(jī)操作界面集成到一起的軟件，另外可以通過調(diào)用外部生成Gcode的配置文件，很適合初學(xué)者使用，尤其是手動(dòng)控制的操作界面，用戶可以很方便的實(shí)時(shí)控制打印機(jī)。Repetier-Host軟件切片處理軟件3.Slic3rSlic3r是一款用于將STL文件轉(zhuǎn)化成GCode的開源軟件，他具有更加快速生成，可配置參數(shù)更加靈活等特點(diǎn)。Slic3r軟件切片處理軟件4.MagicsMagics是由Materialise公司推出的一款專業(yè)快速成型輔助設(shè)計(jì)軟件，可以方便用戶對(duì)STL文件進(jìn)行測(cè)量、處理等操作。對(duì)于處理STL文件工作，Magics是理想的、完美的軟件解決方案，是非常優(yōu)秀的STL模型編輯、修復(fù)、生成和導(dǎo)出軟件。此外，Magics軟件還自帶3D打印功能以及切片功能。Magics20軟件切片處理軟件5.Simplify3DSimplify3D是德國(guó)3D打印公司GermanRepRap推出了一款全功能打印軟件，支持導(dǎo)入不同類型的文件，可縮放3D模型、修復(fù)模型代碼、創(chuàng)建G代碼并管理3D打印過程。Simplify3D切片處理軟件6.MakerwareMakerware是MakeBot的專用切片軟件。Makerware的界面設(shè)計(jì)美觀、軟件優(yōu)化完善、鍵位設(shè)計(jì)合理，使用上流暢，轉(zhuǎn)碼速度較迅速、穩(wěn)定。Makerware軟件第四節(jié)3D模型逆向建模案例:工藝品案例描述玩偶模型大力神杯工藝品，產(chǎn)品主要用于觀賞、把玩，外觀質(zhì)量要求較高。從模型特征看，樣件曲面特征較多，多為自由曲面，給造型帶來一定難度。根據(jù)模型特征，選擇采用非接觸式掃描，使用桌面式掃描儀，掃描精度能滿足使用要求。大力神杯工藝品案例描述1.掃描設(shè)備掃描設(shè)備選用桌面式掃描儀EinScan-S，其配備雙模式掃描模式——全自動(dòng)掃描和自由掃描，具有掃描速度快、掃描數(shù)據(jù)精細(xì)度高的特點(diǎn)。EinScan-S采用白光三維掃描技術(shù)，安全可靠。掃描軟件簡(jiǎn)單易用，輸出完整STL模型，可無縫對(duì)接3D打印機(jī)。掃描儀EinScan-S案例描述2.數(shù)據(jù)處理軟件數(shù)據(jù)處理選用GeomagicDesignX，主要是對(duì)獲取的三維掃描數(shù)據(jù)（包括點(diǎn)云或多邊形，可以是完整的或不完整的）進(jìn)行處理生成面片，再對(duì)面片進(jìn)行領(lǐng)域劃分，依據(jù)所劃分的領(lǐng)域重建CAD模型或NURBS曲面來逼近還原實(shí)體模型，最后輸出CAD模型。整個(gè)建模操作過程主要包括點(diǎn)階段、多邊形階段、領(lǐng)域劃分階段和模型重建階段。（1）點(diǎn)階段主要是對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行預(yù)處理，包括刪除雜點(diǎn)、點(diǎn)云采樣等操作，從而得到一組整齊、精簡(jiǎn)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。案例描述（2）多邊形階段的主要目的是對(duì)多邊形網(wǎng)格數(shù)據(jù)進(jìn)行表面光順與優(yōu)化處理，以獲得光順、完整的多邊形模型。（3）領(lǐng)域劃分階段是根據(jù)掃描數(shù)據(jù)的曲率和特征將面片分為相應(yīng)的幾何領(lǐng)域，得到經(jīng)過領(lǐng)域劃分后的面片數(shù)據(jù)，為后續(xù)模型重建提供參考。（4）模型重建可分為兩個(gè)流程：精確曲面階段和實(shí)體建模階段。精確曲面階段的主要目的是進(jìn)行規(guī)則的網(wǎng)格劃分，通過對(duì)各網(wǎng)格曲面片的擬合和拼接，擬合出光順的NURBS曲面。實(shí)體建模階段的主要目的是以所劃分的面片數(shù)據(jù)為參考建立截面草圖，再通過旋轉(zhuǎn)、拉伸等正向建模方法重建實(shí)體模型。掃描數(shù)據(jù)采集1.掃描設(shè)備標(biāo)定掃描前需先進(jìn)行標(biāo)定，若無標(biāo)定數(shù)據(jù)軟件會(huì)提示“沒有標(biāo)定數(shù)據(jù)，請(qǐng)先進(jìn)行標(biāo)定”。標(biāo)定操作全程為自動(dòng)引導(dǎo)，在此不展開介紹標(biāo)定界面。標(biāo)定界面掃描數(shù)據(jù)采集2.將大力神杯工藝品放置在轉(zhuǎn)臺(tái)上，調(diào)整好設(shè)備與物體之間的合適工作距離（合適的工作距離為290~480mm），投影出十字在掃描物體上清晰為最佳掃描距離。工藝品模型擺放掃描數(shù)據(jù)采集3.打開桌面式掃描儀EinScan-S的配套掃描軟件，選擇設(shè)備為【EinScan-S】，選擇掃描模式為【轉(zhuǎn)臺(tái)掃描】后單擊【下一步】。選擇掃描模式4.點(diǎn)擊【新建工程】后輸入工程名。新建工程掃描數(shù)據(jù)采集5.選擇【非紋理掃描】并選擇亮度為最亮，單擊【應(yīng)用】。選擇非紋理掃描掃描數(shù)據(jù)采集6.掃描次數(shù)為默認(rèn)值，即8次。單擊【掃描】按鈕開始掃描，掃描過程中請(qǐng)勿移動(dòng)物體和設(shè)備。掃描過程掃描數(shù)據(jù)采集7.掃描結(jié)束后界面，屏幕下方出現(xiàn)一組編輯工具，這四個(gè)工具從左到右分別表示：①撤消選擇；②反選；③刪除選中；④撤銷刪除。每掃描一組數(shù)據(jù)，可對(duì)當(dāng)前掃描的單組數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，可刪除數(shù)據(jù)多余部分或雜點(diǎn)，數(shù)據(jù)和標(biāo)志點(diǎn)均可進(jìn)行編輯。單擊右下方的按鈕保存掃描數(shù)據(jù)。保存單組掃描數(shù)據(jù)掃描數(shù)據(jù)采集8.為了能掃描到大力神杯的頭部和底部，將大力神杯平放在轉(zhuǎn)臺(tái)上。單擊【掃描】按鈕繼續(xù)掃描。調(diào)整大力神杯在轉(zhuǎn)臺(tái)上的擺放方位掃描數(shù)據(jù)采集9.掃描結(jié)束后單擊界面右下方的按鈕，兩組掃描數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)拼接在一起。數(shù)據(jù)自動(dòng)拼接掃描數(shù)據(jù)采集10.數(shù)據(jù)掃描完成后，檢查掃描細(xì)節(jié)，確認(rèn)后點(diǎn)擊【封裝】按鈕可對(duì)數(shù)