分析了3D打印技术的优势,通过三组3D打印的应用实例,验证了3D打印在低成本快速制造、复杂结构优化、电网设备修复时逆向建模的有效性。采用3D打印技术低成本快速制造了智能电容器外壳;对电力设备承力支座复杂结构进行了优化;通过三维扫描设备获取断裂部件的相关参数,并对其进行了打印修复。最后,运用3D打印技术进行开关机构部件的快速原型设计和制造,验证了3D打印技术在电力设备设计与制造过程中的适用性。

为了缩短船用螺旋桨的再设计周期，降低再设计难度，针对船用螺旋桨提出了一种基于逆向设计软件Geomagic Design X和三维建模软件UG的逆向建模方法。详细介绍了螺旋桨的逆向建模过程和主要操作流程，通过比较放样和面片拟合生成叶片NURBS曲面的方法和原理，得到一种合适的叶片曲面作为叶片重构的基础。采用Geomagic Quality软件对螺旋桨进行整体精度分析，结果发现螺旋桨重构模型和螺旋桨点云数据之间的偏差在允许范围之内，验证了此螺旋桨逆向建模方法的可行性，同时为类似的逆向建模提供了思路。

为得到高质量的航空发动机压气机叶片型面,采用三维扫描仪准确测量获取叶片点云数据,将点云数据去噪和精简处理后等距提取叶型截面点云并存储为二维数据。利用Matlab软件对叶型截面二维点云数据采用三次B样条曲线整体逼近拟合的方法形成叶身截面曲线,并在SolidWorks软件中放样生成叶身型面。逆向建模后的叶片可借助UG二次开发生成磨削抛光路径轨迹线,成功实现了叶片模型的应用。结果表明逆向建模成型后的叶片精确性高,光顺性好并且对解决实际的工程问题提供帮助。

提出了一种基于空间变换和通用三维软件的逆向参数化股骨建模方法,用于方便快捷的生成不同特征参数的人体股骨模型。股骨严重病变的病人需要植入个性化假体来恢复机体功能,个性化假体需要根据病人的股骨形态进行定制,从采集病人股骨参数到形成个性化假体是一个复杂的迭代优化过程,耗时长,易使病人错过最佳手术时间。针对获取股骨参数到生成假体耗时过长问题,设计了一种基于空间变换和通用三维软件的逆向参数化股骨建模方法,并对其有效性进行验证。结果表明,参数化骨骼可以灵活改变股骨关键参数,快速创建出符合病人股骨形态的三维模型,可使以前数十天的假体设计时间减少到数天。

航空活塞发动机机匣数字模型的建立对其深度维修至关重要,基于Geomagic Design X软件,文中介绍航空活塞发动机机匣的逆向建模流程,包含点云获取、处理,三角面片封装,数模逆向建立,数模与点云的偏差对比,最终得到了较高精度的航空活塞发动机机匣数字模型。同时提供了逆向建模的关键思路,对其它逆向工程具有参考价值。

对吹风机外壳的非接触测量和其三维建模进行研究分析,通过采用PowerScan扫描系统对吹风机外壳进行三维测量,借助Studio软件进行点云的处理操作,得到优质的点云数据。将数据导入Geomagic Design软件进行逆向三维建模导出IGS,然后通过UG导出.stl文件格式。最后借助UP BOX 3D打印机打印出实体,从而把数据模型变成直观的实体模型。

针对传统逆向工艺难以完成结构复杂及软材料工件成型的问题,提出了一种基于逆向技术与模具技术的工件快速成型方法。以软体材料制作的多腔式气动驱动器为例,采用激光扫描系统采集工件点云数据,利用Geomagic Design X软件对点云数据进行了预处理,根据曲面拟合方法重构了软体气动驱动器的三维模型;将过渡模型与重构的软体气动驱动器模型进行了布尔运算,并将运算结果进行了拆解处理;运用3D打印技术与封模技术制作出了浇注模具,完成了对多腔式气动驱动器的快速成型制造。研究结果表明采用该快速成型方法,重建的三维模型的最大上偏差为0.0642,最大下偏差为0.1952,标准偏差为0.0637,满足了模型的精度需求;利用逆向技术与模具技术可以完成多腔式气动驱动器的快速制造;该方法可为复杂结构的软体材料工件的快速成型提供一种切实可行的思路。

目前对于微观粗糙表面模型的构建主要采用统计数学方法和分形方法,建模的前提基于大量假设和简化,不能真实反映表面形貌特征。因此提出了采用三维数字化测量与逆向工程相结合建立零件真实粗糙表面的方法,并分析微观接触性能。利用三维形貌测量仪测量得到真实粗糙表面形貌数据,并经过数据精简、去噪处理,采用逆向建模方法得到真实粗糙表面的三维实体模型;应用有限元分析技术,分析粗糙表面接触性能,包括结合面接触应力随载荷变化规律、不同加工方式零件界面真实接触面积变化规律,以及结合面受力-变形关系等。该方法有利于揭示零件微观界面接触机理,为进一步研究宏微观接触性能提供了方法参考。

为获得某航空发动机压气机叶片在工作环境中叶片的静力分布,首先采用HandySCAN3D扫描仪对该叶片的实体模型进行扫描,获得该叶片表面的三维数据,并在专业逆向建模软件GeomagicStudio中对数据进行处理,拟合曲面,再通过三维软件UG生成实体。其次通过流体分析软件CFX对叶片进行流体分析获得叶片表面空气载荷,并将此载荷作为初始条件对叶片进行静力学分析,获得叶片等效应力分布,为叶片制造过程中了解提高叶片强度的位置提供依据。

为了提高机场消防车消防炮的射程与流量对某消防炮进行优化改进。采用逆向设计与常规方法相结合的方式在CATIA中建立了某消防炮实体模型和流体模型并利用GAMBIT软件对该流体模型划分网格。利用FLUENT对消防炮进行了流体动力学仿真分析得到了消防炮的流场分布云图。利用加导流板的方式对管道进行优化通过改变喷嘴结构参数的方式对喷嘴进行优化分析比对优化前后消防炮射流情况得知消防炮最大射程提高了12%最大流量也有所提高。优化后的流场分布更加均匀管道径向截面内压力梯度减小有效减少了消防炮的振动可以提高消防炮的工作可靠性。