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1、目录1. 综合实践的目的与意义22. 激光三维扫描仪原理，数据采集过程与方法33. 点云数据逆向建模过程44. 正向设计45.3D打印成型与类型及特点 56. 激光内雕技术原理与激光内雕工艺品制作过程67. 综合实践小结78. 参考文献8模具及产品先进制造技术综合实践报告1） 综合实践的目的与意义材料成型及模具设计综合实践目的是帮助学生综合应用和巩固本专业的基础理论和专业知识，通过模具零件的三维扫描，三维模型重建，数据传输及快速成型制造，使学生熟悉三维扫描仪的使用及点云数据的重建，了解相关的快速成型设备并且掌握相关快速成型设备的使用与操作。在这次为期两个星期的综合实践中我们主要接触的先进制造技
2、术有逆向工程，三维激光打印等。之前在课堂上学习的主要都是理论知识，而这次的综合实践可以让我们把理论知识运用到实践中去，同时在实验中更加加深对理论与实际的结合，使学生对知识的掌握更透彻灵活。虽然学校的时间只有两周的时间，我们只能接触到模具和先进制造技术的冰山一角，但是这却激发了我们了解先进技术的契机，让我们知道当今制造业在先进技术以及模具上的发展趋势。随着市场需求个性化与多样化，未来先进制造技术发展的总趋势是向精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、清洁化、集成化、全球化的方向发展。先进制造技术的主要特点是它不是一成不变的，是一个动态的过程，它是在不断吸收其他学科的基础上发展壮大的；先进制造技术
3、也不仅限于制造本身，它涉及到产品从市场调研，产品设计，工艺设计，售后服务等产品寿命周期的所有内容；另外它相比其他制造更加强调对环境的保护，做到绿色开发。在这次的综合实践中，信息技术对实践的完成有非常重要的推动作用。不管是正向设计或者是逆向设计都需要计算机的辅助，可见信息化是先进制造技术一个重要的发展方向。其次产品的生产正朝着精密，精确，无污染及耗能少发展。例如在三维打印同学们画出的模型例如房子，挖掘机时打印出的产品十分精确，精密度也很高外表面很光滑没有普通零件加工会产生的粗糙或者零件尺寸不精确的情况。这也是让制造业向前发展的一个很大推动力。另外在这次的实践中给我一个很深刻的感觉是这次的模具及先
4、进制造技术试验不同于以往我们大一、大二的实训，这次的实验设备更精密高端同时试验的环境也更整洁并且不需要太多的体力操作。从中可以看出先进制造技术的一大特点就是绿色制造并且减少体力劳动的付出，主要让机器代替了人的手动操作，在机器制造产品的同时操作人员则可以做其他工作，这就提高了工作效率。虽然短短两个礼拜的时间并不能让我们真正全面掌握老师希望我们了解的内容，但是有了这样的一个过程可以激发我们的兴趣，为我们以后进一步了解这种技术提供了一个很好的平台，相信通过这两个礼拜的接触同学们多少会了解一些原理以及设计软件等，这也就达到了此次综合实践的目的与意义。2） 激光三维扫描仪原理，数据采集过程与方法 三维激
5、光扫描技术是上世纪九十年代中期开始出现的一项高新技术，是继GPS空间定位系统之后又一项测绘技术新突破。它是利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。由于三维激光扫描系统可以密集地大量获取目标对象的数据点，因此相对于传统的单点测量，三维激光扫描技术也被称为从单点测量进化到面测量的革命性技术突破。该技术在建筑、规划、土木工程、室内设计、建筑监测等领域也有了很多的尝试、应用和探索。三维激光扫描系统包含数据采集的硬件部分和数据处理的软件部分。按照载体的不同，三维激光扫描系统又可分为机载、车载、地面和手
6、持型几类。应用扫描技术来测量工件的尺寸及形状等原理来工作。主要应用于逆向工程，负责曲面抄数，工件三维测量，针对现有三维实物（样品或模型）在没有技术文档的情况下，可快速测得物体的轮廓集合数据，并加以建构，编辑，修改生成通用输出格式的曲面数字化模型。 目前激光三维扫描仪的分类主要有按测量方式以及用途来分类；按测量方式主要有基于脉冲式；基于相位差以及基于三角测距原理。而按用途可分为室内型以及室外型。 激光三维扫描仪 本小组逆向设计三维图及其他小组模型3） 点云数据逆向建模过程 首先我们先了解一下点云数据的含义，点云数据主要是指通过3D扫描仪获取的海量点数据。扫描资料以点的形式记录，每一个点包含有三维
7、坐标，有些可能含有颜色信息或反射强度信息。点云数据除了具有几何位置以外，有的还有颜色信息和强度信息。颜色信息通常是通过相机获取彩色影像，然后将对应位置的像素的颜色信息赋予点云中对应的点。强度信息的获取是激光扫描仪接收装置采集到的回波强度，此强度信息与目标的表面材质、粗糙度、入射角方向，以及仪器的发射能量，激光波长有关。在本试验中因为用的是激光三维扫描仪，所以得到的数据称为密集点云。主要的过程就是利用激光三维扫描仪将要做的产品原型扫到电脑里，重点是要在原型各处做好记号以避免未扫描或重复扫描并且要确保整个元件都扫描到。之后把扫描件通过geomagic软件成型进行修整使其外观达到较光整的状态，在使用
8、UG软件对元件进行进一步的加工例如抽壳，做螺纹，或者是根据每件产品的要求不同对其做更该，使产品达到最好的状态。4） 正向设计本小组正向设计的产品是挖掘机的履带部分。挖掘机的履带是为了使挖掘机更好的适应不同的环境而设计的，履带可以更方便的跨越山坡，泥地这些恶劣的环境，并且在下雨天可以防止打滑，漂移这些情况，运用的范围更加的广泛。本小组在做挖掘机履带时首先是根据老师所给的外形大致的了解整个履带的框架，之后就是在网上搜集一些关于挖掘机的尺寸用UG软件画出来，在画履带你的三维图时最重要的是支撑轴，转向轴的位置，只有定位准确了才能使履带可以移动而不仅仅是一个固体。在画履带时遇到最大的问题是关于定链条尺寸
9、的问题，因为整个履带中有非常多的链条一节一节组成，所以要保证整个链条最后可以连接起来就意味着尺寸的计算一定要准确。另外，因为我们的挖掘机履带部分是和另一组的挖掘机机身相互连接配合的，所以在设计时也要根据机身的尺寸大小来设计以避免机身和履带的配合产生问题或者是整个挖掘机看起来比例失调。还有就是最后打出来的挖掘机是要求可以活动的，而不是一个整体所以各个零部件之间的装配关系十分重要。经过老师的知道以及不断地改进最后才能完成了履带部分的设计。 本小组的挖掘机履带部分设计五）3D打印成型原理与类型及特点现在所说的3D打印与普通打印的工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印机的打印材料是墨水和纸张
10、，而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。也就是说3D打印机是可以直接“打印”出真实的3D物体的一种设备，比如打印一个机器人、玩具车等等。之所以通俗地称其为“打印机”是参照了普通打印机的技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。3D打印存在着许多不同的技术。它们的不同之处在于以可用的材料的方式，并以不同层构建创建部件。3D打印常用材料有尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶类材料。此外3D打印机的打印成型特点还有如下
11、特点：1、 标准的工程热塑性塑料，如ABS可以用来生成带有结构功能的模型；2、 可以使用两种材料，可选栅格结构充当填充；3、 加热后的热塑性塑料细丝像挤牙膏一样从喷嘴挤出；热塑性塑料到达较低温度的工作环境平面后迅速冷却固化。 3D打印的主要类型有3DP 技术，FDM快速成型技术，SLA快速成型技术，SLS选区激光烧结，DLP激光成型技术和UV紫外线成型技术等。这里主要详细介绍FDM快速成型技术以及SLA快速成型技术。FDM快速成型技术是将丝状的热熔性材料加热融化，同时三维喷头在计算机的控制下，根据截面轮廓信息，将材料选择性地涂敷在工作台上，快速冷却后形成一层截面。一层成型完成后，机器工作台下降
12、一个高度再成型下一层，直至形成整个实体造型。其成型材料种类多，成型件强度高、精度较高，主要适用于成型小塑料件。SLA快速成型技术是以光敏树脂为原料，通过计算机控制激光按零件的各分层截面信息在液态的光敏树脂表面进行逐点扫描，被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层。一层固化完成后，工作台下移一个层厚的距离，然后在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂，直至得到三维实体模型。该方法成型速度快，自动化程度高，可成形任意复杂形状，尺寸精度高，主要应用于复杂、高精度的精细工件快速成型。6） 激光内雕技术原理，与激光内雕工艺品制作过程。激光内雕技术是使激光的能量密度必须大于使玻璃破
13、坏的某一临界值，或称阈值，而激光在某处的能量密度与它在该点光斑的大小有关，同一束激光，光斑越小的地方产生的能量密度越大。这样，通过适当聚焦，可以使激光的能量密度在进入玻璃及到达加工区之前低于玻璃的破坏阈值，而在希望加工的区域则超过这一临界值，激光在极短的时间内产生脉冲，其能量能够在瞬间使水晶受热破裂，从而产生极小的白点，在玻璃内部雕出预定的形状，而玻璃或水晶的其余部分则保持原样完好无损。此次的激光内雕工艺品制作首先需要同学们提供一张图片，然后将其复制到和激光内雕机相互连接的电脑上去，通过调整图片的大小以及图片之间的距离和像素使图片达到自己想要达到的清晰度等一些数值，随后就可以有激光内雕机雕刻出
14、来。本小组激光内雕产品梅西7） 综合实践小结 两个礼拜的综合实践很快就结束了，通过这两个礼拜的实践让我了解到了关于三维激光扫描，逆向工程设计，激光内雕技术以及各种软件的使用。在第一天的实践中我们主要是了解了一下实验室的安全守则，虽然这占用的时间不多但是其实是非常重要的一个环节。因为任何不正当的使用不仅会损坏机器更加有可能会导致人员受伤。在平常的学习生活中我们比较多接触的有UG软件及CAD画图软件，但是这次的实践中我们还学习到了GEOMAGIC软件是一种专门用于逆向设计的软件，并且熟悉了它的使用方法。在把产品原型扫描到电脑上时更加要注意把整个模型都扫进去，让我们懂得在做事情时更加细心仔细。而对扫
15、描进电脑的原件并不是能直接打印出来的而是需要更多的用软件操作，修改才能使最后做出来的产品更接近原件。譬如我们小组要做的牛奶瓶的把手处因为在扫描时太不平整所以需要后期一点点删除在修复以使其达到平整光滑的效果，然后再用UG软件进行瓶盖的重画以及螺纹的加工。如果逆向工程是让我们接触到以前没接触的设备，那么正向工程则是对UG画图软件更深一步的自学以及如何在没有图纸的条件下自己去设计一个零件，让我们不是单纯的照图画图而是更深入到了设计的地步为以后的毕业设计做准备。对于激光内雕技术，虽然我们经常会看到商店里在卖这种工艺品但是这次却给了我们了解此类工艺品产生的过程以及原理。虽然这次只是做了一个工艺品但是相信以后这种技术还会被利用到各种的行业中来寻求更大的发展。但是由于实验室的设备有限，所以并不是每个人都能自己动手操作让人觉得有点遗憾，希望在以后的实践中可以让更多的同学自己去接触并动手来做实验。8） 参考文献 http:/wenku.baidu.
