逆向工程与快速成型技术

本书系统构建了逆向工程与快速成型技术的知识体系，涵盖基础理论、技术原理及工程应用等内 容。全书共分6章，包括绪论、逆向工程基础理论、快速成型理论、逆向设计技术、结构优化设计、逆 向设计与快速制造实例，详细介绍了技术发展脉络与核心特征、工艺实现路径与关键参数优化、多源数 据采集方法与点云处理算法、CAD模型重构技术、行业应用场景分析、典型工程实例解析等内容。通过 理论阐述一方法论证一案例展示，完整呈现了从数据获取到产品成型的全流程技术链。
本书整合了近五年国内外最新研究成果，配备了工业级软硬件操作指南及线上数字教学资源，同时 还提供了可复现的实训项目案例，便于学生学习。
作为省级一流课程“逆向工程与快速成型技术”的配套教材，本书适用于机械工程、智能制造、工 业设计等专业的教学，同时可为工程技术人员的继续教育提供理论参考。书中复杂曲面案例均源于能源 装备等高端制造领域，具有一定的教学示范价值。

高阳
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北方民族大学机电工程学院院长，博士，教授，先进装备制造现代产业学院院长，宁夏回族自治区复合制造系统工程技术研究中心主任；入选宁夏高等学校“双导师互聘计划”任吴忠中创自控阀有限公司产业教授；入选银川市“科技副总”计划任宁夏乔峰机械制造有限公司科技副总；担任任宁夏先进制造业职业教育教学指导委员会委员，宁夏新材料行业职业教育教学指导委员会委员；担任省级一流建设专业机械设计制造及其自动化负责人，省级一流课程逆向工程与快速成型技术负责人，省级一流教学团队机械设计制造及其自动化教研室负责人，省级“卓越机械工程师联合培养班”计划负责人；获宁夏高等教育教学成果一等奖（排名1），宁夏民族教育优秀教学成果一等奖（排名2），国家民委教学成果二等奖（排名4）；主持省级教学改革项目3项；获第七届西浦全国大学教学创新大赛年度教学创新二等奖（排名4），第四届全国高校混合式教学设计创新大赛三等奖（排名4）；获得国家、省部级和校级优秀指导教师、优秀教育工作者等称号11项。

梁园
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梁园，北方民族大学机电工程学院教师，主讲“逆向工程与快速成型技术”“机械制造技术基础”“数控技术”“计算机辅助制造”等课程。曾获第十届机械创新大赛宁夏赛区一等奖，主持和参与宁夏自然科学基金、银川市、学校等各级教学科研项目多项，发表核心论文多篇。

南晓辉
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南晓辉，北方民族大学机电工程学院教师，毕业于北京理工大学，主讲“逆向工程与快速成型技术”等课程，承担机械工程类相关实验课程的授课工作，主持和参与*****、银川市和校级等各级教学与科研项目多项，发表学术论文多篇。

第1章绪论…………1
1．1逆向工程概述…………3
1．1．1逆向工程的定义…………3
1．1．2逆向工程的分类…………4
1．1．3逆向工程的发展…………7
1．2快速成型概述…………8
1．2．1快速成型的定义…………8
1．2．2快速成型的分类及特点……………9
1．2．3快速成型的发展…………12
习题…………15
第一篇逆向工程与快速成型制造理论基础…………17
第2章逆向工程基础理论…………19
2．1数据测量…………21
2．1．1实物测量数字化方法…………21
2．1．2数字化测量设备…………27
2．2数据预处理…………41
2．2．1噪声点去除…………41
2．2．2点云拼合…………43
2．2．3数据精简…………45
2．2．4测量点平滑滤波处理…………47
2．3 特征提取…………48
2．4 点云分割…………50
2．4．1基于边的分割…………51
2．4．2基于面的分割…………53
2．4．3聚类分析…………54
2．5模型重构…………54
习题…………55
第3章快速成型理论………… 56
3．1快速成型数据处理关键技术 …………58
3．1．1数据处理流程………… 58
3．1．2STL数据三维重构方法 …………59
3．1．3 STL模型分层处理………… 62
3．1．4 扫描路径规划…………63
3．2快速成型技术的原理及应用 …………66
3．2．1 激光选区烧结的原理及应用 …………66
3．2．2 三维打印成型的原理及应用………… 67
3．2．3 薄材叠层快速成型的原理及应用………… 69
3．2．4 熔融沉积成型的原理及应用…………71
3．2．5 光固化快速成型的原理及应用…………72
3．3快速成型的精度及其控制…………73
3．3．1 数据处理对成型精度的影响…………73
3．3．2 设备工艺条件对成型精度的影响…………75
3．3．3 后处理对成型精度的影响…………78
习题…………80
第二篇逆向设计与优化…………81
第4章逆向设计技术…………83
4．1 Creo Parametric逆向设计基础…………84
4．2Geomagic Design X 逆向设计…………89
4．2．1Geomagic Design X软件介绍…………89
4．2．2点云数据处理…………91
4．2．3多边形阶段处理…………98
4．2．4领域…………104
4．2．5对齐…………106
4．2．6草图模块处理…………109
4．2．73D草图模块处理…………113
4．2．8 模型处理…………117
4．3Geomagic Control X辅助检测…………119
4．3．1Geomagic Control X 软件介绍…………119
4．3．2Geomagic Control X 3D分析…………120
4．3．3Geomagic Control X 2D分析…………127
4．3．4Geomagic Control X 报告生成与输出…………131
习题…………135
第5章结构优化设计…………136
5．1结构优化设计概述…………138
5．2OptiStruct 简介…………139
5．3拓扑优化…………141
5．3．1拓扑优化的基本原理及特点…………141
5．3．2拓扑优化实例…………141
5．3．3拓扑优化方法的分类…………143
5．3．4OptiStruct 拓扑优化实例汽车摆臂质量最小化…………146
5．3．5 制造工艺约束…………152
5．4 形貌优化…………155
5．4．1形貌优化概述…………155
5．4．2形貌优化实例储物箱结构轻量化…………156
5．5 尺寸优化…………163
5．5．1尺寸优化概述…………163
5．5．2尺寸优化实例——方凳结构轻量化设计…………164
5．6 形状优化…………176
5．6．1形状优化概述…………176
5．6．2形状优化实例——悬臂梁…………177
习题…………183
第三篇复杂自由曲面零件设计与快速制造实例…………185
第6章逆向设计与快速成型制造实例…………187
6．1汽轮机叶片逆向设计…………189
6．1．1点云数据处理…………189
6．1．2创建模型特征…………189
6．1．3偏差分析及文件输出…………201
6．2安全锤逆向设计…………202
6．2．1点云数据处理…………202
6．2．2创建模型特征…………202
6．2．3偏差分析及文件输出……210
6．3涡轮叶片逆向设计…………218
6．3．1点云数据处理…………218
6．3．2创建模型特征…………219
6．3．3偏差分析及文件输出…………229
6．4涡轮叶片快速成型…………230
6．4．1准备工作…………230
6．4．2模型打印…………232
6．4．3模型后处理…………233
6．5风电齿轮逆向设计及再制造…………233
6．5．1点云数据处理…………233
6．5．2创建模型特征…………233
6．5．3风电齿轮再制造…………240
习题…………244
附录AI伴学内容及提示词…………245
参考文献…………247