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基于數(shù)字化逆向建模的3D打印實(shí)驗(yàn)教學(xué)
泰州技師學(xué)院 何家慶 2019/8/11 10:03:43
摘要：3D打印技術(shù)是一個(gè)比較熱門(mén)的技術(shù)，關(guān)于打印內(nèi)容的真實(shí)面貌可以真實(shí)的還原，仿真性比較高。通過(guò)有機(jī)結(jié)合數(shù)字逆向建模，有助于打印精準(zhǔn)度與打印效果的顯著提高。
關(guān)鍵詞：數(shù)字化；逆向建模；3D打��；實(shí)驗(yàn)教學(xué)
相比較于傳統(tǒng)打印技術(shù)，3D打印技術(shù)有很大的差異，其能夠全方位立體型的復(fù)制打印印象，提高打印內(nèi)容的仿真性，保證現(xiàn)代社會(huì)人們的需求都能夠得到有效滿足。
1逆向建模中的關(guān)鍵技術(shù)
1.1點(diǎn)云獲取
JR掃描是一種主要獲取點(diǎn)云的方式，采用照相的形式可以保存掃描結(jié)果，經(jīng)全自動(dòng)拼接技術(shù)可以有效的獲取點(diǎn)云中特殊部位數(shù)據(jù)，并且根據(jù)變化規(guī)律能夠自動(dòng)補(bǔ)齊缺失部分的數(shù)據(jù)。由于小學(xué)生本身并不具備較高的實(shí)際操作能力，經(jīng)JR所自動(dòng)獲取的點(diǎn)云資料較為全面且完整，拼接精確度高度0.04mm/m，拼接效果理想，學(xué)生不需要進(jìn)行動(dòng)手操作。
1.2模型優(yōu)化
在模型優(yōu)化中關(guān)于處理操作采用的是Geomagic Studio軟件，以此能夠更好地區(qū)分模型點(diǎn)云、消除噪聲點(diǎn)、采集標(biāo)本并實(shí)現(xiàn)曲面的擬合等。
1.3點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理
造成掃描偏差、系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差的原因有很多，如逆向設(shè)備工作狀態(tài)不佳、不科學(xué)的測(cè)量方法以及人為操作失誤等，這些都會(huì)影響到獲取點(diǎn)云資料，再加上存在較多的噪聲點(diǎn)與冗余點(diǎn)，采取行之有效的處理措施刻不容緩。點(diǎn)云預(yù)處理作為一個(gè)重要環(huán)節(jié)，需要讓學(xué)生對(duì)處理全過(guò)程進(jìn)行密切觀察，側(cè)重于對(duì)減速器箱蓋通孔的處理，在處理孔洞時(shí)所具有的技術(shù)含量較高，若操作不規(guī)范，則后期在填空多邊形孔洞時(shí)極易出現(xiàn)各種失誤，為此在預(yù)處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)中必須使用正確軟件操作方法指導(dǎo)學(xué)生。
2實(shí)驗(yàn)教學(xué)
2.1基于REVscan掃描儀數(shù)字化測(cè)量
數(shù)據(jù)采集與構(gòu)建模型作為組成數(shù)字化逆向工程的重要部分，在建模過(guò)程中教師需要按照實(shí)物大小與特點(diǎn)、材料特性與準(zhǔn)確度要求等，對(duì)合適的數(shù)字化處理儀器進(jìn)行選擇，對(duì)模型表面首先開(kāi)展數(shù)字化處理。采用手持式激光掃描儀REVscan和VXscan采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其中REVscan采用的是激光測(cè)量原理，經(jīng)激光束有助于一定發(fā)射角度的形成，最終能夠成像，關(guān)于位置精確數(shù)據(jù)可以經(jīng)幾何關(guān)系計(jì)算出來(lái)。這是一種比較簡(jiǎn)單的方式，具有較高的采集效率，能夠準(zhǔn)確的測(cè)量不規(guī)則實(shí)物的表面數(shù)據(jù)，將外觀較為復(fù)雜的實(shí)物基礎(chǔ)資料確定下來(lái)。
為確保學(xué)生能夠獨(dú)立操作REVscan，教師有必要詳細(xì)演示具體使用流程。首先需要區(qū)別點(diǎn)云，對(duì)合適的顏色進(jìn)行選擇，然后為點(diǎn)云上色，若掃描儀掃描放射結(jié)果具有明顯的對(duì)比，則可采用著色劑；然后，區(qū)分標(biāo)記點(diǎn)，在模型表面完成一定數(shù)量點(diǎn)的標(biāo)記，明確區(qū)分這些點(diǎn)的具體位置，連接從不同角度所獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；最后，組裝和配置工作一起，處理掃描數(shù)據(jù)時(shí)采用輔助設(shè)備，完成后儲(chǔ)存處理結(jié)果。按照儲(chǔ)存要求的不同，使用不同文件后綴，完成演示后指導(dǎo)學(xué)生及時(shí)服務(wù)，對(duì)各個(gè)操作要點(diǎn)均能夠熟練的掌握。
2.2三維CAD實(shí)物模型重建
2.2.1點(diǎn)云處理
經(jīng)掃描所取得的確定數(shù)據(jù)，其真實(shí)準(zhǔn)確性并不能得到完全保證，在掃描結(jié)果不理想的情況下掃描資料也不會(huì)為構(gòu)建模型提供多大的幫助，若掃描數(shù)據(jù)容量超出限制，或存在較多的噪聲點(diǎn)，則會(huì)極大的降低掃描數(shù)據(jù)效用。為此，教師要使用掃描儀器充分的掃描數(shù)據(jù)，如消除噪聲點(diǎn)等，確保所獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)為學(xué)生學(xué)生與記憶提供極大的便利。
2.2.2實(shí)體模型重構(gòu)
關(guān)于掃描處理、編輯和CAD設(shè)計(jì)系統(tǒng)等，經(jīng)Geomagic Design Direct系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)完美結(jié)合。減速箱箱蓋表面的構(gòu)成復(fù)雜且不規(guī)則，基于此教師可以選擇草圖模式來(lái)確定表面大致的輪廓線，確定后處理輪廓線數(shù)據(jù)，然后“拉動(dòng)”命令便可以對(duì)實(shí)物3D效果圖進(jìn)行觀察，預(yù)覽實(shí)物模型重構(gòu)效果。關(guān)于3D打印技術(shù)模型重構(gòu)技術(shù)，為便于學(xué)生掌握教師有必要分層實(shí)物各個(gè)組成部分的CAD模型，進(jìn)而有助于3D打印機(jī)平面軌跡圖的獲取，便于觀察。與以往打印機(jī)相比，3D打印機(jī)所具有的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：打印出的模型效果更佳，即便是配置為中低檔的打印機(jī)關(guān)于實(shí)物的組成細(xì)節(jié)也能夠完美的再現(xiàn)，與傳統(tǒng)打印相比，有助于打印時(shí)間的節(jié)省，經(jīng)計(jì)算機(jī)與軟件技術(shù)復(fù)制以后打印效率獲得極大的提升。
結(jié)束語(yǔ)
3D打印技術(shù)比較常見(jiàn)，廣泛應(yīng)用于眾多程序處理與模型建構(gòu)中，同時(shí)采用數(shù)字化逆向建模對(duì)于該技術(shù)科技含量的提高至關(guān)重要，并且能夠最大限度的確保打印內(nèi)容精確，促進(jìn)打印效率顯著提高。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，3D打印技術(shù)得到有效的發(fā)展與完善，相應(yīng)的提高了精準(zhǔn)確，從而逐漸擴(kuò)大了在小學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用范圍。
參考文獻(xiàn)：
［1］田運(yùn)生，劉維華，王景春．綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)（未完，下一頁(yè)）
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