1、3D打印激发生活梦想3D打印3D打印入门工坊3D PRINTING INTRODUCTION 04认识3D打印建模技术目录认识常用的三维建模软件认识3D打印建模技术044.2.1三维模型的形体标识方法4.2认识常用的三维建模软件 三维软件技术以其直观化、可视化等优点在许多行业的概念设计、产品设计、产品制造、产品装配等方面都应用广泛，应用三维软件可以使产品的质量、成本、性能、可靠性、安全性等得到改善。目前市场上三维软件可谓是种类繁多，如UG、Pro/E、CATIA、Solidworks等，每个三维软件在建模方面都有自己的特色，本书挑选应用较为普遍的UG和Pro/E软件进行介绍。随着计算机软件和硬
2、件技术的发展，CAD技术的发展也突飞猛进，CAD软件中三维模型的构建和表达方法有很多种，其中最为常见的有以下四种：构造实体几何法构造实体几何法（CSG）是三维计算机图形学与CAD中经常使用的一种程序化建模技术。在构造实体几何时，可以用逻辑运算符将不同物体组合成复杂的曲面。通常CSG用来表示较为复杂的模型或曲面，但是这些复杂的模型或曲面通常都是由很简单的模型组合而成的。有时，构造实体几何法只在多边形网格上进行处理，这时模型并不是程序化或参数化的。最简单的实体表示叫作体元，通常是形状简单的模型，如立方体、圆柱体、棱柱、棱锥、球体、圆锥等。根据每个三维软件自身程序特点的不同，这些体元也有所不同。有的
3、三维软件可以使用弯曲的模型进行CSG处理，但也有一些三维软件不支持这些功能。构造实体模型就是将体元根据集合理论中的布尔运算组合在一起，这些运算包括：并集、交集以及减除。构造实体几何法在三维造型中应用普遍，在需要简单几何物体的场合或者数学精度很关键的场合都有应用，这种建模方法操作也很简单。认识3D打印建模技术044.2认识常用的三维建模软件 三维软件技术以其直观化、可视化等优点在许多行业的概念设计、产品设计、产品制造、产品装配等方面都应用广泛，应用三维软件可以使产品的质量、成本、性能、可靠性、安全性等得到改善。目前市场上三维软件可谓是种类繁多，如UG、Pro/E、CATIA、Solidworks
4、等，每个三维软件在建模方面都有自己的特色，本书挑选应用较为普遍的UG和Pro/E软件进行介绍。边界表达法边界表示法（B-REP）是通过描述其边界用来表示三维模型的方法。物体的边界是指物体内部点与外部点的分界面，因此定义了物体的边界，物体就被唯一确定。在边界表示法中，描述物体的信息包含几何信息和拓扑信息。几何信息主要是描述模型的大小、位置、形状等。拓扑信息是模型上所有顶点、棱边、表面之间的连接关系。在边界表示法中，翼边结构是一种典型的数据结构，在点、边、面中以边为中心来组织数据。由于翼边结构在边的构造与使用方面较为复杂，因此人们对其进行了改进，提出了半边数据结构。半边数据结构与翼边数据结构的主要
5、区别是半边数据结构将一条边分成两条边表示，每条边只与一个邻界面相关。在边界表示法中构造、欧拉运算、局部运算和集合运算等。边界表示法（B-REP）是通过描述其边界用来表示三维模型的方法。物体的边界是指物体内部点与外部点的分界面，因此定义了物体的边界，物体就被唯一确定。在边界表示法中，描述物体的信息包含几何信息和拓扑信息。几何信息主要是描述模型的大小、位置、形状等。拓扑信息是模型上所有顶点、棱边、表面之间的连接关系。在边界表示法中，翼边结构是一种典型的数据结构，在点、边、面中以边为中心来组织数据。由于翼边结构在边的构造与使用方面较为复杂，因此人们对其进行了改进，提出了半边数据结构。半边数据结构与翼
6、边数据结构的主要区别是半边数据结构将一条边分成两条边表示，每条边只与一个邻界面相关。在边界表示法中构造三维模型的操作常用到的运算方法有：扫除运算（Sweep运算）、欧拉运算、局部运算和集合运算等。4.2.1三维模型的形体标识方法 随着计算机软件和硬件技术的发展，CAD技术的发展也突飞猛进，CAD软件中三维模型的构建和表达方法有很多种，其中最为常见的有以下四种：认识3D打印建模技术044.2认识常用的三维建模软件 三维软件技术以其直观化、可视化等优点在许多行业的概念设计、产品设计、产品制造、产品装配等方面都应用广泛，应用三维软件可以使产品的质量、成本、性能、可靠性、安全性等得到改善。目前市场上三
7、维软件可谓是种类繁多，如UG、Pro/E、CATIA、Solidworks等，每个三维软件在建模方面都有自己的特色，本书挑选应用较为普遍的UG和Pro/E软件进行介绍。参数表达法在三维造型中，对于传统的几何基元很难描述的自由曲面，可用参数表达法（简称PR）描述。参数表达法借助参数化样条、贝塞尔b曲线和b样条来描述自由曲面，它的每一个X、Y、Z坐标都呈参数化形式。各种参数表达形式的差别仅在于对曲线的控制水平，即局部修改曲线而不影响邻近部分的能力，以及建立几何体模型的能力。其中较好的一种是非一致有理b样条法，它能表达复杂的自由曲面，同时可修改局部曲率和正确地描述几何基元。4.2.1三维模型的形体标
8、识方法 随着计算机软件和硬件技术的发展，CAD技术的发展也突飞猛进，CAD软件中三维模型的构建和表达方法有很多种，其中最为常见的有以下四种：认识3D打印建模技术044.2认识常用的三维建模软件 三维软件技术以其直观化、可视化等优点在许多行业的概念设计、产品设计、产品制造、产品装配等方面都应用广泛，应用三维软件可以使产品的质量、成本、性能、可靠性、安全性等得到改善。目前市场上三维软件可谓是种类繁多，如UG、Pro/E、CATIA、Solidworks等，每个三维软件在建模方面都有自己的特色，本书挑选应用较为普遍的UG和Pro/E软件进行介绍。单元表达法单元表达法（简称CR）起源于分析（如有限元分
9、析）软件，在这些软件中，要求将表面离散成有限个单元。典型的单元有三角形、正方形、多边形等，在3D打印技术中采用的近似三角形（将三维模型转换成STL格式文件）就是一种单元表达法。4.2.1三维模型的形体标识方法 随着计算机软件和硬件技术的发展，CAD技术的发展也突飞猛进，CAD软件中三维模型的构建和表达方法有很多种，其中最为常见的有以下四种：认识3D打印建模技术044.2.2UG简介 含义：UG是美国Siemens公司推出的一套集CAD/CAM/CAE于一体的软件系统，是当今最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件之一，功能覆盖了从概念设计到产品生产的整个过程，广泛地运用于汽车、航天、模具设计及加
10、工和医疗器械等行业。功能：提供了强大的实体建模技术和高效的曲面建构能力，能够完成最复杂的造型设计，与装配功能、2D出图功能、模具加工功能及产品数据管理（简称PDM）之间的紧密结合，使UG在工业界成为一套无可匹敌的高级CAD/CAM/CAE系统。CAD功能实现了制造行业中常规的工程分析、设计和绘图功能的自动化。非参数化功能强大，建模过程方便自由，不受参数的约束与限制。能够方便地绘制复杂的实体以及造型特征。1.UG软件特点认识3D打印建模技术044.2.2UG简介2.UG各功能模块（1）CAD模块认识3D打印建模技术044.2.2UG简介2.UG各功能模块（2）CAM模块1认识3D打印建模技术04
11、4.2.2UG简介2.UG各功能模块（2）CAM模块2认识3D打印建模技术044.2.2UG简介2.UG各功能模块（3）CAE模块认识3D打印建模技术043.UG中STL文件的输出（1）选择STL菜单认识3D打印建模技术043.UG中STL文件的输出（2）参数设置 在弹出的“快速成形”对话框中，STL文件默认输出类型是二进制文件，将【三角公差】、【相邻公差】的偏差控制数值修改成“0”，单击【确定】按钮。这时系统会提示输入STL文件名，在文件对话框中输入文件名之后，点击【确定】按钮（或【OK】按钮），然后再点击【输入文件头信息】对话框的【确定】按钮，此时会弹出【类选择】对话框，用鼠标选取要输出的
12、模型，点击【确定】按钮；在弹出的对话框中再点击【确定】按钮，最后再一次点击【确定】按钮，完成文件导出。认识3D打印建模技术043.UG中STL文件的输出（3）输出结果某CAD模型用UG进行STL输出最终形成的三角形化的结果，如下图所示：认识3D打印建模技术044.2.3Pro/E简介 含义：Pro/ENGINEER（简称Pro/E）是美国PTC公司的CAD/CAM/CAE一体化软件。Pro/E软件应用以其参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在三维造型软件市场中占有重要地位，Pro/E作为机械CAD/CAE/CAM领域的标准得到广泛认可和推广，是主流CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在产品
13、设计领域占据重要位置。Pro/E软件是第一个提出和采用参数化设计概念的三维软件，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外，Pro/E采用了模块方式，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。Pro/E的基于特征方式，能够将从设计到生产全过程集于一体，实现并行工程设计。Pro/E主要适合于中小企业或中小产品快速建立较为简单的数模。1.Pro/ENGINEER特点 地位：认识3D打印建模技术044.2.3Pro/E简介2.Pro/ENGINEER各功能模块工业设计（CAID）模块二维平面图以前实体模型现在工业设计模块的子模块有：
14、p Pro/3DPAINT（3D建模）p Pro/ANIMATE（动画模拟）p Pro/DESIGNER（概念设计）p Pro/NETWORKANIMATOR（网络动画合成）p Pro/PERSPECTA-SKETCH（图片转三维模型）p Pro/PHOTORENDER（图片渲染）认识3D打印建模技术044.2.3Pro/E简介2.Pro/ENGINEER各功能模块机械设计（CAID）模块 机械设计模块是一个高效的三维机械设计工具，它可绘制任意复杂形状的零件。在实际工程问题中存在大量形状不规则的物体表面，如汽车、玩具的外形，这些称为自由曲面。Pro/E生成曲面仅需23步操作。Pro/E生成曲面
15、的方法有：拉伸旋转放样少掠网格点阵p CAD模块的子模块有：p Pro/ASSEMBLY（实体装配）p Pro/CABLING（电路设计）p Pro/PIPING（弯管铺设）p Pro/REPORT（应用数据图形显示）p Pro/SCAN-TOOLS（物理模型数字化）p Pro/SURFACE（曲面设计）p Pro/WELDING（焊接设计）认识3D打印建模技术044.2.3Pro/E简介2.Pro/ENGINEER各功能模块功能仿真（CAID）模块功能仿真（CAE）模块主要进行有限元分析。机械零件内部的受力和变形情况是难以直接观察的，有限元仿真可以对零件内部的受力状态和变形情况进行分析计算。
16、利用该功能，在满足零件受力要求的基础上，可对零件进行充分优设计。CAE的子模块有：p Pro/FEM-POST（有限元分析）p Pro/MECHANICA CUSTOMLOADS（自定义载荷输入）p Pro/MECHANICA EQUATIONS（第三方仿真程序连接）p Pro/MECHANICA MOTION（指定环境下装配体运动分析）p Pro/MECHANICA THERMAL（热分析）p Pro/MECHANICA TIRE MODEL（车轮动力仿真）p Pro/MECHANICA VIBRATION（震动分析）p Pro/MESH（有限元网格划分）认识3D打印建模技术044.2.3P
17、ro/E简介2.Pro/ENGINEER各功能模块制造（CAM）模块CAM模块在机械行业中用到的功能是NC Machining（数控加工）。Pro/E的NC子模块有：p Pro/CASTING（铸造模具设计）p Pro/MOLDESIGN（塑料模具设计）p Pro/MFG（电加工）p Pro/NC-CHECK（NC仿真）p Pro/NCPOST（CNC程序生成）p Pro/SHEETMETAL（钣金设计）认识3D打印建模技术044.2.3Pro/E简介2.Pro/ENGINEER各功能模块数据管理（PDM）模块 Pro/E的数据管理模块就像一位保健医生，它在计算机上对产品性能进行测试仿真，找出
18、造成产品各种故障的原因，帮助设计师发现问题，对症下药，排除产品故障，改进产品设计。数据管理模块就像Pro/E家庭的一个大管家，将触角伸到每一个任务模块。并自动跟踪创建的数据，这些数据包括存贮在模型文件或库中零件的数据。这个管家通过一定的机制，保证了所有数据的安全及存取方便。Pro/E数据管理模块包括：p Pro/PDM（数据管理）p Pro/REVIEW（模型图纸评估）认识3D打印建模技术044.2.3Pro/E简介2.Pro/ENGINEER各功能模块数据交换模块在实际工作中还使用其他CAD系统，如UG等，由于它们门户有别，各个系统的数据都难以被对方所识别。为了接受其他CAD系统的数据，就要
19、用到数据交换。Pro/E中几何数据交换模块有：p Pro/CAT（Pro/E和CATIA的数据交换）p Pro/CDT（二维工程图接口）p Pro/DATA FOR PDGS（Pro/E和福特汽车设计软件的接口）p Pro/DEVELOP（Pro/E软件开发）p Pro/DRAW（二维数据库数据输入）认识3D打印建模技术044.2.3Pro/E简介3.Pro/ENGINEER中STL文件的输出（1）选择菜单栏Pro/e软件中的文件菜单认识3D打印建模技术044.2.3Pro/E简介3.Pro/ENGINEER中STL文件的输出（1）选择菜单栏STL保存类型菜单认识3D打印建模技术04（2）精度控制在弹出的“导出STL”对话框中系统默认的是二进制STL文件，有两种偏差控制方式，即“弦高”和“角度控制”，如图所示。导出STL对话框认识3D打印建模技术04 某CAD模型采用Pro/E进行STL输出的最终形成的三角形化的结果如下图所示。CAD模型STL输出时三角形END感谢聆听
