维普资讯 http://www.cqvip.com 基亏Ｍａｇｉｃｓ的激光快速成型三维ＣＡＤ模型数据处理 苏州大学机电工程学院（２１５０２１） 葛盛 傅戈雁 孙承峰 巩磊 【摘要１ Ｍａｇｉｃｓ软件是快速成型行业中数据处理的通用软件。本文介绍了激光快速成型中 基于Ｍａｇｉｃｓ的三维ＣＡＤ模型的数据处理技术，包括ＳＴＩ 文件修复、产品的位置放置和支撑 生成等。从而快速地获得精确的制造数据，并快速制得所需原型。 【关键词】 激光快速成型 修复 ＳＴＩ 数据处理 Ｄａｍ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ ３Ｄ ＣＡＤ Ｍｏｄｅｌ ｉｎ ｔｈｅ Ｌａｓｅｒ Ｒａｐｉｄ Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｍａｇｉｃｓ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｍａｇｉｃｓ ｉｓ ａ ｃＯｉｌｌｎｌｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｏｆ ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｏｆ ｒａｐｉｄ ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ ３Ｄ ＣＡＤ ｍｏｄｅｌ ｉｎ ｌａｓｅｒ ｒａｐｉｄ ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｍａｇｉｃｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔ ｈｅ ｒｅｐａｉｒ ｏｆ ＳｒｒＩ ｆｉｌｅ。ｔｈｅ ｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｐｐｏｒｔ，ｅｔｃ．Ｑｕｉｅｋｌｙ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｅ ｍａｎｕ— ｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｄａｔａ ｗａｓ ａｃｑｕｉｒｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｄ ｐｒｏｌｏｌ ｙｐｅ ｗａｓ ｍａｄｅ． ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｌａｓｅｒ ｒａｐｉｄ ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ，ｒｅｐａｉｒ，ＳＴＩ ，ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ 中图分类号：ＴＨ１６４ 文献标识码：Ａ 快速成型（ＲＰ）技术即利用三维ＣＡＤ模型，通 ＣＡＤ造型。如图１所示，包装瓶由瓶体和瓶盖２ 过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原 部分组成，瓶体为多曲面组成的形状较复杂的薄 型…。快速成型技术的发展，使得产品设计、制造 壳类零件，要求曲面流畅，表面光滑。瓶盖与瓶体 的周期大大缩短，提高了产品设计、制造的一次成 螺纹连接部分要求有较高的配合精度。瓶体的高 品率，降低产品开发成本，从而给传统制造模式带 度为２Ｏ１．３ ｍｍ，瓶盖的高度为７７ ｍｍ，２者的壁厚 来ｒ根本性的变化。快速成型根据成型方法可分 都为１ ｍｍ。 为２类：基于激光及其它光源的成型。激光快速 成型就是利用激光束连续扫描或切割成型材料而 获得成型产品。 在激光快速成型制造过程中，对三维ＣＡＤ模 型的数据处理是至关重要的。其中三角化处理、产 品制作方向的选择和所加支撑的合理与否将直接影 响快速成型产品的精度、外观以及整体的性能。本 文以某公司产品——洗涤净包装瓶原型制造为例， 介绍了基于ＰＲＯ／ＥＮＧＩＮＥＥＲ软件进行造型和三 ａ）瓶盖 ｂ）瓶体 角化处理，同时基于ＭＡＴＥＲＩＡ１ ＩＳＥ公司的Ｍａｇ 图１洗涤剂包装瓶三维ＣＡＤ模型 ｉｔｓ软件，对ＳＴＩ 文件进行检验、修复等数据处理的 技术。本例中使用的快速成型机为西安交大的恒通 ２ 数据处理 智能ＳＰＳ４５０光固化（ＳＩ Ａ）成型机，属于激光快速 ２．１ 生成ＳＴＩ 文件 成型机。 ＳＴＩ （ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）数据文件是快速成型 ｌ 三维ＣＡＤ模型的构建 中最常用的数据交换文件，它是将三维模型的表面 近似表达为小三角形平面的组合，非常相似于有限 激光快速成型的数据来源十分广泛，其中可 元分析中的三结点平面单元 ｊ。这种表面近似处理 以使用三维造型软件（如ＵＧ，ＰＲ０／ＦＮＧＩＮＦＥＲ 方法通常被称为三角网格化算法，输出ＳＴＩ 文件即 等）直接生成产品的三维ＣＡＤ实体模型。使用 被称为三角化处理。这种算法的逼近精度通常由曲 ＵＧ或ＰＲ（）／ＥＮＧＩＮＥＥＲ软件进行造型时，应根据 面到三角形面的距离误差决定，一般用曲面到三角 快速成型机的要求，采用国际单位制。如果使用 形边的弦高来控制。 ＰＲＯ／ＥＮＧＩＮＥＥＲ软件进行造型，注意应在编 用ＰＲ０／ＥＮＧＩＮＥＥＲ软件对如图１洗涤剂包 辑——设置——精度菜单下，将精度设置在０．０１ 装瓶三维实体ＣＡＤ模型进行了三角化处理。其 ｍｍ以上，否则将影响最终产品的精度。本文采用 中瓶盖零件三角化处理结果如图２。当取弦高≤ ＰＲＯ／ＥＮＧ－ＩＮＥＥＲ软件对洗涤剂包装瓶进行了 ０．１ ｍｍ，角度控制为０．５。时，三角化的结果如图 ・２６・ 《新技术新工艺》・信息化设计技术 ２００６年 第４期 维普资讯 http://www.cqvip.com ２ａ，其二角面片数为６ ２６８片；当取弦高≤０．０１ 产品的尺寸、产品与工作台的间距、三角面片数日、 ＩＴＩｎｌ，角度控制为０．５。时， 角化的结果如图２ｂ。三 点数目等产品的属性。其中，坏边数（Ｂａｄ Ｅｄｇｅｓ）、 角面片数为２９ ７２２片。所以精度越高，所需要的 坏轮廓数（Ｂａｄ Ｃｏｎｔｏｕｒｓ）和壳数（Ｓｈｅｌｌｓ）３个 尔 二角肜面片就越多，其Ｓ ｒＩ 义件就越大。这不但 项就是对ＳＴＩ 数据的检验结果。如果显示结果为 使二角化处理时间增｝∈，而且使分层处理时间也 ０个坏边、０个坏轮廓和１个壳，则表示ＳＴＩ 数据没 大大增ＪＪｕ。 有错误；否则表示ＳＴＩ 数据有错误，此时就需要对 其进行修复。 Ｍａｇｉｃｓ软件的修复工具在视图（Ｖｉｅｗ）菜单下 的Ｆｉｘ Ｔｏｏｌｓｈｅｅｔ，其对话框如图３所示。Ｍａｇｉｃｓ软 件提供了５种模块：Ｔｈｅ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ（自动）ｆｉｘｅｒ， Ｔｈｅ Ｎｏｒｍａｌ（法向）ｆｉｘｅｒ，Ｔｈｅ Ｔｒｉａｎｇｌｅ（－：２角）ｆｉｘ ＿ ｅｒ，Ｔｈｅ Ｈｏｌｅｓ（孑Ｌ洞）ｆｉｌｌｅｒ，Ｔｈｅ Ｐｏｉｎｔ（点）ｆｉｘｅｒ。 Ｈ）０．ｉ【１ｌｍ弦商的二伯化 ｂ）Ｏ．Ｏｌ ｌｌｌｌｌｌ弦岛的三角化 本文只介绍Ｔｈｅ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｆｉｘｅｒ模块，因为一般的 幽２瓶盖实体的＿三角化处理 ＳＴＩ 文件中的错误只需用此模块就能够修复，而不 ＳＰＳ４５０光 化快速成型机，其本身制造的产品 需要再用其它的模块。在自动修复模块中有２种方 精度误差为０．１ ＨＩｎｌ。经验表明，当取弦高≤０．０１ 法可进行修补。①先选择模型，然后再单击“Ｄｏ ｎｌｍ时，生成的ＳＴＩ 数据对提高最终产晶的精度几 Ａｌｌ”按钮，就可使Ｍａｇｉｃｓ完成法向修复、间隙修补 于＋没仃效聚。为了加快二角化处理时间和分层处理 和孔洞修补。②可以分别通过“Ｎｏｒｍａｌ Ｆｉｘｉｎｇ”， 时间，应在保证对产品制造精度小影响的情况下，使 “Ｓｔｉｔｃｈｉｎｇ”和“Ｆｉｌｌ Ｈｏｌｅｓ”按钮来单独完成法向修 ＳＴＩ 文件数据量晟小，此处弦高取０．０１ ｔｏｎｉ，角度 复、问隙修补和孔洞修补。其中，当间隙比较大叫’， 控制取０．５。。 最好通过增加三角面片数目来修补间隙，这样呵以 ２．２检验、修复和制作方向的选择 提高表面修补质量。 由于各种原凶，ＳＴＩ 数据文件常出现错误。 ＳＴＩ 数据的常见错误有以下儿种： １）法向垃错误 ≥角形 个顶点的排列与三 角形面片的法向量不符合右手规则。 ２）『日】隙（或称孔洞、裂纹） 二角形的边没有对 应的桕邻边。由于丢失三角形造成物体表面不闭合 而彤成孔洞。 ３）顶点错误 三角形顶点在某一三角形的 边七。 ４）孤立面。 图３修复工具对话框 ５）相邻表面错误 相邻三角形的相接边走向 产品制作方向的选择主要考虑：①避免产品在 相同。 制作后的某个部分或某个方向出现大的收缩或歪 ６）重叠面 在物体表面剖分时由于四含 入 曲，而使产品制作失败；②尽量使所加支撑为最少； 的误差，可能造成霞叠面的出现。 ③考虑在后处理中更加容易地去除支撑。在产品 为确保快速成 制造的顺利进行，必须对数 位置放置好后，如果是多个产品同叫‘加工，则必须把 据进ｉ 检验和修复。我们采用Ｍａｇｉｃｓ软件对产 所有数据模型合并，否则无法实现多个产¨口ｔ．Ｉ同时 品的ＳＴＩ 文件进行数据处理。Ｍａｇｉｃｓ软件是快 加工。 速成 行业中数据处理的通用软件，ＳＴＩ 文件对 ２．３加支撑和切片处理 修复、产品的位置放置、支撑生成方面和对模型 Ｍａｇｉｃｓ软件的支撑设计功能强大，它能够完全 数据形状、位置等属性的检测方面都有着极强的 实现对数据模型自动加支撑，同时根据所加支撑而 功能。 的变化，将其支撑自动分成若干块，以方便人为对其 首先 文件菜单中打歼ＳＴＩ 文件，然后在图形 支撑进行编辑 例如将其中不需要的支撑删除、修 ｌ 具框中单击属一 按钮（Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）或按下“Ｆ９”按 改各处支撑的线型和网型等。产品按如图４所示方 钮，此时将出现一个属性对话框。对活框中将显示 向放置。此时瓶体在制作过程中将产生“杯口效应” 《新技术新工艺》・信息化设计技术 ２００６年 第４期 ・２７‘ 维普资讯 http://www.cqvip.com （瓶体内外树脂因不能流通而形成内外液面不等 曲面流畅；瓶盖与瓶体 高），将影响最终产品质量。另外瓶体手柄下部在分 能够很好地实现螺纹 层制作中为无支撑的大平面，需加支撑。为了避免 连接。 “杯口效应”和便于去除瓶内手柄的支撑，在瓶体底 部剪去一个半径为１８ ｉ＇ｌｌｍ的圆块（如图４所示），在 ４ 结语 后处理中，再把圆块粘贴在瓶体上。把底部的圆块 快速而准确地对三 放置好后，使用Ｍａｇｉｃｓ软件给瓶盖、瓶体与底部的 维ＣＡＤ模型进行数据处 圆块加上支撑。瓶盖中外螺纹的螺牙高度小于ｌ 理，需要操作人员对其进 ｍｍ，且螺牙与水平面有一较大的螺纹升角，所以瓶 行深入地研究和积累长 盖中的外螺纹不需要支撑，将其支撑去除。再把其 期的使用经验。Ｍａｇｉｃｓ 图５快速制造的包装瓶原型 他支撑类型改为网型和线型。整体所加的支撑如图 软件在ＳＴＩ 文件修复、 ４所示，其中为便于看到所有的支撑，已将模型部分 产品的位置放置、支撑生成方面和对模型数据形状、 隐藏。 位置等属性的检测方面均有极强的功能。同时 Ｍａｇｉｃｓ软件界面友好，易于初学者学习和操作，减 轻了操作人员的重复工作量，提高了生产质量，缩短 了制造周期。 ［参考文献］ － ［１］冯洪安，赵光华．ｓＴＩ 数据检验和修复．现代计算机， ２００４（１１）：４ ７． ［２］刘伟军．快速成型技术及应用．北京：机械工业出版 图４ 瓶盖、瓶体与底部圆块的支撑 社。２００５． 最后，对数据模型进行分层并输出为制造数 据格式，同时把支撑输出为支撑制造数据格式。 责任编辑吕菁 一般把模型层厚设置为０．１ ｍｍ。对于ＳＰＳ４５０ 快速成型机，其制造数据格式为ＳＩ Ｃ格式。将 ＳＩ Ｃ数据输入至成型机，即可进行快速成型 制造。 ３成型制作和后处理 快速成型制作就是把支撑制造数据和模型制 造数据传输到ＳＩ Ａ成型机中，对图ｌ零件，大约 １８小时左右可完成制作。制作完成后，将瓶盖、瓶 体与底部的圆块连同其支撑从工作台上取下。然 后进行后处理。后处理是指对整个零件成型后进 行的辅助处理工艺，包括；①产品的清洗——把零 件放入装有工业酒精的容器中，将零件表面残余的 液体树脂洗掉；②支撑的去除…用小刀把所有的 支撑去除干净，同时注意不能损坏零件的表面；③ 后固化一——将零件放入后固化机，经紫外线照射１ ５ ～３Ｏ ｒａｉｎ；④修补 用５０２胶水把圆块粘贴在瓶 体上，再固化１５ ｒａｉｎ。 最终在ＳＰＳ４５０快速成型机上制造的洗涤剂 包装瓶原型如图５所示。经测量，其制造精度误 差在０．１ ｍｍ以内。从外观上看，其表面光滑， ・２８・ 《新技术新工艺》・信息化设计技术２００６年 第４期