实验一：零件的快速成型技术一、实验目的了解和掌握快速成型制造技术，了解FDM（融熔堆积固化成型）的原理，培养学生综合分析问题的能力，提高学生动手实验和实践的能力。

二、实验的主要内容样件的FDM快速成型制造三、实验设备和工具本实验采用奥尔克特科技Allcct印客(200)FDM快速成型机(3D打印机)。

该设备生产厂商为武汉奥尔克特科技有限公司，打印耗材为PLA、ABS 或复合PLA。

四、实验原理一、FDM原理FDM是“Fused Deposition Modeling”的简写形式，即为熔融沉积成型。

FDM通俗来讲就是利用高温将材料融化成液态，通过打印头挤出后固化，最后在立体空间上排列形成立体实物。

FDM机械系统主要包括喷头、送丝机构、运动机构、加热工作室、工作台5个部分。

将低熔点丝状材料通过加热器的挤压头熔化成液体，使熔化的热塑材料丝通过喷头挤出，挤压头沿零件的每一截面的轮廓准确运动，挤出半流动的热塑材料沉积固化成精确的实际部件薄层，覆盖于已建造的零件之上，并在0.1s内迅速凝固，每完成一层成型，工作台便下降一层高度，喷头再进行下一层截面的扫描喷丝，如此反复逐层沉积，直到最后一层，这样逐层由底到顶地堆积成一个实体模型或零件。

FDM成形中，每一个层片都是在上一层上堆积而成，上一层对当前层起到定位和支撑的作用。

随着高度的增加，层片轮廓的面积和形状都会发生变化，当形状发生较大的变化时，上层轮廓就不能给当前层提供充分的定位和支撑作用，这就需要设计一些辅助结构－“支撑”，以保证成形过程的顺利实现。

FDM的优缺点FDM快速成型工艺的优点：（1）成本低。

熔融沉积造型技术用液化器代替了激光器，设备费用低；另外原材料的利用效率高且没有毒气或化学物质的污染，使得成型成本大大降低。

（2）采用水溶性支撑材料，使得去除支架结构简单易行，可快速构建复杂的内腔、中空零件以?及一次成型的装配结构件。

（3）原材料以卷轴丝的形式提供，易于搬运和快速更换。

（4）可选用多种材料，如各种色彩的工程塑料ABS、PC、PPS以及医用ABS等。

（5）原材料在成型过程中无化学变化，制件的翘曲变形小。

（6）用蜡成型的原型零件，可以直接用于熔模铸造。

（7）FDM系统无毒性且不产生异味、粉尘、噪音等污染。

不用花钱建立与维护专用场地，适合于办公室设计环境使用。

（8）材料强度、韧性优良，可以装配进行功能测试。

FDM快速成型工艺的缺点：（1）原型的表面有较明显的条纹。

（2）与截面垂直的方向强度小。

（3）需要设计和制作支撑结构。

（4）成型速度相对较慢，不适合构建大型零件。

（5）原材料价格昂贵。

（6）喷头容易发生堵塞，不便维护。

二、零件分层数据的产生方法首先由CAD三维造型软件生成产品三维曲面模型或实体模型;然后将CAD数据模型网格化处理后生成三角形面化数据模型，即SIL数据模型; 然后再利用切片软件，将所表达的三维数据模型用一系列平行于XY平面，在Z方向有一定间距(0.1mm左右)的平面来切割，以生成一层一层的截面轮廓信息，每一层的边界是由许多小线段组成，同时对轮廓截面网格划分; 最后再对分层信息进行NC 后置处理，生成控制成型机的数控成型代码，并进行分层制造，层层迭加，最后形成产品的三维原型。

三、Allcct 印喀(200) 设备的组成喷头、加热底板、前面板、电机风扇、SD卡/U盘识别区、USB线接口、耗材悬挂架等部分。

五、实验方法和步骤1.模型的前处理打开Alccura软件，导入CAD生成的SIL文件，确定层高、壁厚、底层顶层厚度、填充密度、打印速度、喷头温度、热宋温度、支撑类型、平台附着类型、耗材直径、挤出量、喷嘴孔径等。

设置好后保存Gcode代码文件。

2.3D打印机准备耗材安装→连接电源→预热→Z轴归零→进丝→打印平台调平→挤丝3.3D打印操作插入SD卡→选择打印文件(*.g或*.gx文件)→点击“OK”键进行3D打印4.下件及后处理取下零件→小心剥除废料→必要时进行零件表面涂覆打磨处理。

六、实验报告主要内容1、实验目的、主要内容、主要实验设备和工具，以及实验的基本原理2、本次3D 打印实验的详细步骤及注意事项3、回答思考题:①在FDM方式进行3D打印时，是否每层都必须完全填充?不用每层都必须完全填充，一个立体实物的存在需要满足力学平衡，也就是说需要一定的支撑。

我们都知道3D打印机是层层喷料堆叠成实物的，封闭物体内部可以是空心的，所用材料的多少可以通过填充率的设置来控制，只要填充的材料能支撑起外部就可以了。

如果3D打印机设置填充率为100%，那打印的就是实心的模型，这样既不经济也影响速度。

一般3D打印的时候为了节省材料和时间，填充率是不设置为100%的。

假如我们设置成50%，喷头就不需要花过多的时间来打印内部结构，速度就得到了提高，同时可以节省50%的材料。

但填充率也不可设置得过小，以免模型因支撑力不够无法成型。

还有就是，填充率设置的少了会略微影响3D打印机的精度，所以大家要根据自己设备的实际情况控制好速度和填充率之间的关系。

②成型高度方向对3D打印的强度有无影响?有影响，如果成型高度方向为垂直方向，其打印的强度比其它方向要好。

③打印头的打印速度与耗材的挤出量应该如何进行匹配?在进行打印前，模拟一下打印过程，按一定的速度进行打印，根据打印的情况来设置耗材的挤出量，如果打印的比较疏松，则调大挤出倍率，如果打印的比较密集，则调小挤出倍率，直到打印出来的物体适中。

④FDM打印时的支撑应如何考虑?如果模型有悬空的部分且悬空的部分比较大时就需要添加支撑。

没有悬空部分或有悬空部分但悬空的部分不影响打印的话就不需要添加支撑。

七、实验注意事项1.要注意保护好打印设备。

2.打印前要检查打印机的是否有用，喷头是否堵塞，供料机构是否能正常工作。

3.打印前要预热。

4.对于有悬空部分的模型应该添加支撑。

5.打印头的移动速度因与挤出量相配合。

6.模型切片厚度因合理。

实验二: 逆向工程技术实验一、实验目的了解逆向工程的基本原理和工作流程，初步掌握使用HSCAN 手持式激光三维扫描仪对样件进行测量的方法，并了解利用测量所得的数据进行三维重构的过程。

二、实验的主要内容样件外形测量与三维重构过程演示。

三、实验设备和工具HSCAN-300 扫描系统装有Geomagis studio 逆向建模软件的电脑四、实验原理1.三维测量的方法简介不同的测量对象和测量目的，决定了测量过程和测量方法的不同。

2.非接触式测量的三角测量原理激光三维测量原理目前均以三角法为主。

如下图所示，激光经聚光透镜(F1) 投射到工件表面，由于光束反射作用，部份光源经固定透镜(F2) 聚焦后投射在光传感器(D) 上。

当物体沿y 方向上下运动或者探头沿y方向移动，其散射光投射在光传感器的位置(X) 亦将改变。

3.HSSCAN 扫描系统简介HSCAN-300 扫描系统包括手持式扫描仪、电缆连接线、电源适配器、标记点、标定板、HSCAN 扫描软件等部分，手持式扫描仪采用3束平行激光线。

五、实验方法和步骤实验方法:1.利用HSCAN 手持式激光三维扫描仪对扫描工件进行扫描，获得基础点云数据。

2.使用HSCAN 扫描软件对点云数据进行处理，去除冗余数据及噪点。

3.采用Geomagis studio软件对处理后的点云数据进行逆向建模，获得最终所需三维模型实验具体步骤:1.连接设备: 将网线连接到电脑，电源适配器连接电源与电缆，并将电缆连接扫描仪,电缆接头红点朝正上。

2.开机，并设置HSCAN扫描软件的扫描参数(扫描解析度和曝光参数)3.扫描并保存标记点:在扫描之前所要先在所要扫描的样件上贴反光标记点。

标记点必须以30~100 毫米的距离随机地粘贴于工件表面，且应尽量贴在工件上平整以及无细节特征的表面，逗渡面边缘可以适当增加标记点。

点击HSCAN 扫描软件的“标记点”,再点击“开始”,然后将扫描仪正对贴有标记点的扫描工件，距离300mm 左右，按一下扫描仪上的“扫描键”，进行标记点扫描。

扫描标记点完成后，按一下扫描{ 上的“扫描键”停止扫描，最后单击HSCAN 扫描软件界面上的“停止”按纽停止扫描。

点击左上角的文件，进行标记点“另存为”操作。

4.扫描样件:点击HSCAN 扫描软件的“激光点”，再点击“开始”，然后将扫描仪正对该扫描工件，距离300mm 左右，按一下扫描{ 上的“扫描键~开始扫描。

扫描完成后，再按一下扫描仪上的“扫描键”停止扫描，最后再点击扫描软件上的“停止”按纽停止扫描。

当扫描标记点时，如需要越过样件的的两个垂直面，要注意使扫描仪两个相机的空间连线，平行于两个垂直面的相交线。

5.保存点云: 等待点云数据处理完成，点击左上角的“文件”，进行工程“另存为”以及点云数据“另存为”操作。

所保存的点云文件可以是激光点通用格式.ass,或三角形面片网格文件.st (需要先点击生成网格，然后操作对象选为三角面片)。

6.逆向建模(这部分的具体操作只要求了解):在HSCAN扫描软件里可通过填充孔、去除特征、简化多边形等操作，最终得到完整的SIL格式模型，可用于3D打印;将无序点云数据通过Geomagis studio、Imageware这类逆向工程软件打开，进行三维实体重构(将测量数据按实物原型的几何特征进行分割，针对所分割的不同数据块采用不同的曲面建构方案进行曲面造型，并将这些曲面片拼接成三维模型),可得到基于扫描点云的三维模型，以后可以在三维CAD 软件中继续进行样件的三维造型设计。

六、实验报告主要内容1、实验目的、主要内容、主要实验设备和工具，以及实验的基本原理2、本次针对样件进行三维扫描重构实验的步骤及注意事项3、回答思考题:①获取实物的表面数据的方法一般有哪几种?根据测量探头是否和零件表面接触，逆向工程中物体表面三维数据的获取方法基本上可分为两大类：接触式和非接触式。

根据测头的不同，接触式又可分为触发式和连续式；非接触式按其原理不同，又可分为光学式和非光学式。

其中，光学式包括三角形法、结构光法、计算机视觉法、激光干涉法、激光衍射法等；而非光学式则包括CT测量法、MRI测量法、超声波法、层析法等。

②坐标测量机的应用可用于哪些方面?主要用于机械、汽车、航空、军工、家具、工具原型、机器等中小型配件、模具等行业中的箱体、机架、齿轮、凸轮、蜗轮、蜗杆、叶片、曲线、曲面等的测量，还可用于电子、五金、塑胶等行业中，可以对工件的尺寸、形状和形位公差进行精密检测，从而完成零件检测、外形测量、过程控制等任务。

③扫描的物体表面的软/硬特性，以及表面特征的大小，有/无内部深孔式特征等对于扫描结果有无影响?有影响，最普通的触发探针测量当然只能测硬的工件了；表面特征较大的物体不适合用接触式测法；需要测容易变形的，可以在三坐标上配非接触探头；有内部深孔特征的物体应该使用长的触发探针进行测量。