3D打印增材制造技术

第1章增材制造中的三维模型及数据处理

1.1三维模型的构建

1.1.1计算机辅助建模

计算机辅助产品设计是指以计算机软、硬件为依托，设计师在设计过程中借助计算机参与新产品的开发研制的一种新型的现代化设计方式，它以提高效率、增强设计的科学性、提高设计的可靠性话应自化计会的生产方式为目的。在产品设计的计算机表达中，主要倾向于对产品的形态、色彩、材料等设计要素的模拟，是当今社会起主导作用的设计方式。

3D打印是全新的领域，同样，3D设计的领域也非常广泛，主要有建模、渲染、动画等多个方面。正向建模利用计算机辅助设计或3D建模软件设计生成所需的3D模型。一般用于快速成型的CAD模型可以是实体模型、曲面模型和线框模型，通常的应用以实体模型为主。

在CAD系统中完成三维造型后，就要把数学模型转化成快速成型系统能够识别的文件格式，常用的有面片模型文件（如STL、CFI.文件等）或层片模型文件（如HPGL、LEAF、CLI文件等）。下面介绍几款著名的计算机辅助设计与建模软件。

1.UG软件

UG（UniGraphics）是UniGraphics Solutions公司推出的集CAD/CAE/CAM为一体的三维机械设计平台，也是当今世界最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件之一，广泛应用于航空航天、汽车、造船等领域。UG是一个交互式的计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）和计算机辅助制造（CAM）系统。它具备了当今机械加工领域所需的大多数工程设计和制图功能。UG是一个全三维、双精度的制造系统，使用户能够比较精确地描述任何几何形体，通过对这些形体的组合，就可以对产品进行设计、分析和制图。

UG可以为机械设计、模具设计及电器设计提供一套完整的设计、分析、制造方案：UG提供了包括特征造型、曲面造型、实体造型在内的多种造型方法，同时提供了自顶向下和自底向上的装配设计方法，也为产品设计效果图输出提供了强大的渲染、材质、纹理、动画、背景、可视化参数设置等支持。

2.SolidWorks软件

SolidWorks软件是著名的三维CAD软件开发供应商SolidWorks公司发布的领先市场的3D机械设计软件，SolidWorks软件是基于Windows平台的全参数化特征造型软件，它可以十分方便地实现复杂的三维零件实体造型、复杂装配和生成工程图。该软件可以应用于以规则几何形体为主的机械产品设计及生产准备工作中。SolidWorks 软件可以释放设计师和工程师的创造力，使他们只需花费同类软件所需时间的一小部分即可设计出更好、更有吸引力、在市场上更受欢迎的产品。

SolidWorks软件功能强大，组件繁多。功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks软件的三大特点，这些特点使得SolidWorks软件成为领先的、主流的三维CAD解决方案。

SolidWorks软件能够提供不同的设计方案，可以减少设计过程中的错误，以及提高产品质量。

SolidWorks软件主要有草图绘制、零件设计、装配模块、工程图模块、钣金设计、模具设计、

运动仿真等功能模块。

SolidWorks为达索系统公司（Dassault Systemes S.A）下的子公司，专门负责研发和销售机械

设计软件的视窗产品。达索系统公司负责系统性的软件供应，并为制造厂商提供具有互联网整合能力的支援服务。该集团提供涵盖整个产品生命周期的系统，包括设计、工程、制造和产品数据管理等各个领域中的最佳软件系统，著名的CATIVA5就出自该公司之手，目前达索系统公司的CAD产品市场占有率居世界前列。

3.Pro/E软件

Pro/E(Pro/ENGINEER操作软件）是美国参数技术公司（Parametric Technology Corporation,PIC）的重要产品，在目前的三维造型软件领域中占据着重要地位，并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今最成功的CAD/CAM软件之一。

Pro/E是第一个提出参数化设计概念的软件，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。Pro/E软件基于特征的方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。

它不但可以应用于工作站，而且可以应用到单机上。

Pro/E软件采用了模块化方式，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。

1.1.2逆向工程及建模

逆向工程（Reverse Engineering，RE），是把已有的产品模型（实物模型）或者影像资料等信息作为研究对象，运用现代先进设计理论、计算机技术和各个科学领域的相关知识及一系列分析方法等，通过对产品生产过程的解剖和制造特点的分析深化，对关键技术的掌握和对设计理念的探究，设计开发出更为优化的同类产品的过程，也称为反求工程。