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数字化成形与先进制造技术是一种以数字模型文件为基础，运用数控技术、通信技术、计算机技术、软件技术，通过逆向工程、增材制造、无模成形等方式来制造产品的技术。数字化成形与先进制造技术让产品的制造更加快捷和高效，用户可以将所想的概念融入产品中，同时各种大胆的设计也可以通过数字化成形与先进制造技术实现。本书共12章，内容包括模型的数据获取与处理技术、各种快速成形技术、无模成形技术及快速模具制造技术等。

本书适用于所有对数字化成形与先进制造技术感兴趣的人群，如学生、技术人员、技术销售、管理人员、创客、玩家和3D打印爱好者等。我们相信通过对这本技术普及型教材的深入学习，不同职业和不同阶层的人群都能从中受益。

前言

第1章逆向工程技术1

1.1逆向工程技术简介1

1.2逆向工程系统的组成5

1.3三维扫描技术6

1.4点云数据预处理技术14

1.5基于点云数据的表面重建35

1.6三角网格模型处理技术61

1.7Geomagic Studio逆向建模80

1.8Geomagic Qualify计算机辅助检测91

复习思考题97

第2章数字化成形的数据处理98

2.1数据文件格式及模型数据预处理98

2.2模型分层101

2.3支撑自动生成算法研究111

2.4填充路径规划算法研究120

2.5数据处理应用程序开发130

复习思考题132

第3章FDM打印技术133

3.1FDM的成形原理134

3.2FDM的成形材料135

3.3FDM的机械结构136

3.4FDM的工艺参数控制137

3.5FDM的成形特点138

3.6FDM的应用方向138

3.7FDM的主要问题与发展方向139

复习思考题140

第4章SLM打印技术141

4.1SLM的成形原理、关键点及影响

因素141

4.2SLM的成形材料144

4.3SLM的成形特点145

4.4SLM技术的应用方向146

4.5SLM技术发展展望147

复习思考题148

第5章EBM成形技术149

5.1EBM快速成形的原理149

5.2EBM快速成形的材料150

5.3EBM快速成形的特点150

5.4EBM快速成形的缺陷及控制151

5.5EBM快速成形的主要应用154

复习思考题155

第6章3DP技术156

6.1基本原理及成形流程156

6.2关键技术157

6.3成形特点160

6.4成形材料及应用160

6.5发展趋势161

复习思考题162

第7章光固化数字化成形技术163

7.1液态树脂光固化技术163

7.2光固化立体成形技术164

7.3光固化立体成形技术的研究现状166

7.4光固化立体成形的材料研究168

7.5基于SLA技术的3D打印机169

7.6基于DLP技术的3D打印机170

7.7基于MJM技术的3D打印机170

7.8光固化成形技术的应用前景171

复习思考题173

第8章叠层数字化成形技术174

8.1LOM快速成形的原理174

8.2LOM快速成形的工艺参数和后

处理175

8.3LOM快速成形的材料及其选择176

8.4LOM快速成形的优缺点177

8.5LOM快速成形的误差分析178

复习思考题179

第9章金属板料无模数字化快速成形

技术180

9.1单点渐进成形180

9.2多点成形197

复习思考题207

第10章激光熔覆数字化成形技术208

10.1激光熔覆的原理及应用范围208

10.2激光熔覆的分类214

10.3激光熔覆的特点217

10.4激光熔覆加工系统220

10.5激光熔覆材料238

复习思考题240

第11章数字化无模铸造技术241

11.1数字化无模铸造技术简介241

11.2基于激光烧结原理的无模精密砂型

快速铸造技术242

11.3基于3DP原理的无模精密砂型快速

铸造技术244

11.4基于数控加工原理的无模精密砂型

快速铸造技术246

11.5无模铸造与传统铸造技术的对比247

11.6无模铸造技术的应用248

复习思考题250

第12章快速模具制造技术251

12.1快速模具制造技术的分类251

12.2硅橡胶模具的制作252

12.3粉末金属浇注模具254

12.4树脂型快速制模技术255

12.5陶瓷型快速制模技术256

12.6石膏型快速制模技术256

12.7快速精密铸造257

12.8直接快速模具制造技术258

12.9快速模具制造技术的发展方向261

复习思考题262

附录实验263

A.1FDM实验263

A.2SLM实验268

A.3激光熔覆实验277

A.4扫描数据处理实验280

参考文献286

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前言

逆向工程技术可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等提供一种高效、低成本的实现手段，现已逐步应用于航天、军工、医疗等多个领域。增材制造是从20世纪70年代末、80年代初，由快速成形（也称为快速原型制造）（Rapid Prototyping，RP )和快速制造（Rapid Mamifacturing,RM)技术发展起来的。随着计算机技术的发展，计算机辅助设计技术在产品开发中扮演着越来越重要的角色，产品开发的周期越来越短，人们对快速制造技术的需求越来越迫切，与传统的去除材料的制造技术相比，RP、RM技术通过层层堆积，快速获得设计的产品原型，大大提高了产品成形的速度。据不完全统计，目前使用增材制造技术的3D打印方法有30多种，每一种方法都有其独特的特点：从打印材料看，有的使用液态材料，有的使用粉末材料，还有的使用固态材料；从打印方式看，有的使用喷嘴，有的使用激光，有的使用投影等。但还没有一种通用的3D打印方式能够满足所有3D打印的需要。本书专门介绍了与3D打印技术相关的数据处理、软硬件系统等方面的内容，适应产业界对人才培养的需求，有助于加深学生对先进设计和制造技术的了解和掌握，同时本书也重点选择了几种主要的3D打印方法和各种数字化快速成形技术进行介绍，读者通过学习这些方法，可以触类旁通地深入学习其他3D打印技术。

本书第1章对逆向工程技术的流程进行了概述，对数字化测量技术（包括接触式、三坐标测量、光学非接触扫描测量及同时具有两种测量方式的关节臂测量）进行了介绍。第2章对数字化成形的数据处理进行了概述，对模型数据的处理、模型处理、路径规划进行了介绍。第3章到第8章针对目前市场上主要的3D打印方法，系统全面地对3D打印技术进行了深入浅出的介绍。第9章到第12章对几种数字化快速成形技术，尤其是激光熔覆、无模铸造、快速模具制造进行了介绍。后给出了FDM技术、SLM快速成形制造、激光熔覆及扫描数据处理等实验应用案例。

本书由北京科技大学先进制造技术教学团队编写，黄明吉任主编，陈平、乔小溪任副主编，由黄明吉统稿。具体分工如下：黄明吉编写第1～2章；陈平编写第3～9章；乔小溪编写第10～12章；张宗信、宫飞红编写附录。

本书将专业理论技术与实际应用紧密结合，强调基础性和实践性，以解决相关系统应用的具体问题。在本书中，对关键部分都有对应的综合实例，以实例的方式提高学生正确使用逆向技术的能力，使其深入了解相关快速成形制造技术原理，培养学生的动手能力及实践创新能力，对于培养掌握先进数字化技术的未来工程师有着重要的意义。

本书涵盖了从模型数据的获取与处理到各种数字化成形技术全过程的理论及实践，涉及计算机控制、软件设计、精密机械及材料学等多个学科，介绍了数字化成形与先进制造这一前沿交叉领域。尽管内容较为丰富，但仍有许多新问题、新现象亟待解决。书中难免出现疏漏和错误，欢迎广大读者批评指正。

作者联系方式：

Email：huangmingji@ustb.edu.cn

作者