基于GIS与Scoops 3D的水动力型滑坡区域稳定性分析

库岸边坡在库水位变动、降雨等水动力因素的作用下易发生水动力型滑坡,进而威胁库区居民生命及财产安全。以某流域HD和DHQ库段为主要研究区段,在对已有滑坡点进行地质调查和遥感解译的基础上,将ArcGIS的空间分析与三维斜坡稳定性分析模型(Scoops 3D)相结合,对研究区段的潜在滑面进行系统的三维搜索及识别,并基于GIS数据与室内试验等确定计算参数,对天然和暴雨两种工况下的区域滑坡稳定性进行评价比较。结果表明:(1)研究区历史滑坡点分布与基础地质环境、岩土体强度指标参数有很强的相关性;(2)天然工况下,非稳定区主要分布在DHQ坝区、迤场、DH坝址、拉巴铁、宝塔河以及甸尾附近;(3)暴雨工况下,非稳定区面积较天然工况有显著的增大,DHQ坝址、营盘镇、甸尾、HD坝址附近有较为密集的分布;(4)暴雨工况下模型计算的非稳定区与历史滑坡点的分布特征基本一致。由此可见,三维斜坡稳定性分析模型可以较为准确模拟不同工况下滑坡稳定性,且易发程度区分明显,稳定性评价结果在一定程度上反映了研究区段的稳定性时空分布。

基于单片机开发板和3D打印的一种多参数呼吸训练装置的研究开发

目的通过野火骄阳32单片机开发板和3D建模及打印技术进行软硬件开发,实现一种多参数呼吸训练装置的专利样机转化。方法利用野火骄阳32单片机开发板开发应用程序,通过单片机开发板实现流量信号和压力信号的输入,舵机阀、涡轮风机、电磁阀的控制输出与上位机的数据通信等功能;样机非标零部件通过3D建模及打印技术完成制造,并将单片机开发板、标准零部件和非标零部件进行组合以完成样机开发。结果野火骄阳32单片机开发实现了传感器数据采集、运动部件的控制输出、上位机软件的数据上传和接收;3D建模及打印技术实现了非标零部件及机器外壳的制作,以低成本成功制作出样机;样机通过质控仪检测,流量值误差范围为±15%,气道压力值误差范围为±[2%FS(满量程)+4%×实际读数],样机参数精度满足JJF1234-2018《呼吸机校准规范》要求。结论野火骄阳32单片机开发板和3D建模及打印技术的应用,以低成本实现了样机制作,能够为专利的商业转化提供重要参考,为医工专利转化提供了一种新的思路。

InfoWorks ICM-Delft 3D耦合模型在排水体系中点源污染溯源研究

城市排水的点源污染是引起黑臭水体的重要原因之一,该研究借助多元监测体系获得的水质数据,结合InfoWorks ICM-Delft 3D耦合模型及差分进化算法(DE)构建了污染溯源模型。以中山市某区域为研究对象,验证了耦合模型与DE算法对污染溯源的有效性。研究表明,连续排放污染源的位置、流量、污染物浓度的溯源精度较高,相对误差均在±0.12的范围内,并且污染溯源精度随着污染源流量增大而下降;随着污染流量增大,瞬时排放污染流量与浓度溯源的相对误差逐渐减小,模型对高流量污染事件的溯源精度较高。该模型体系的构建和应用为城市排水点源污染的溯源提供了科学指导。

基于3D还原模型的驾驶舱眼位点反推

为获得飞机驾驶舱眼位点数据,本文研究了驾驶舱眼位点的反推。首先,通过建立某综合程序训练器的3D还原模型和简易飞机驾驶员模型,反推实际眼位点;其次,对实际眼位点和标准要求的参考眼位点进行对比分析,得到预测误差;最后将真实驾驶舱实测数据与该训练器数据进行对比分析,得到实际误差进行验证。结果表明:预测误差与实际误差相符,在纵向上预测误差为105.2 mm,实际误差为80 mm,在垂直和水平方向上存在细微误差。通过3D还原模型反推眼位点的方法能够反应综合程序训练器与真实驾驶舱之间存在的误差,可作为综合程序训练器鉴定等工作的参考依据。

支具无支撑快速3D打印的变层高规划及路径补偿方法

支具的快速个性化制造对3D打印支具提出了无支撑成型的需求。在无支撑打印过程中需要改变沉积方向,对应在分层时就需要改变切平面方向,使切平面之间产生夹角。若夹角过大会产生阶梯现象;若夹角过小,相邻两切平面之间无更细分的切平面,使相邻两切平面之间的模型就无法进行分层,导致打印时部分模型缺失;这2种情况都会对支具打印的力学性能和表面质量造成消极影响。针对这一问题,提出了支具无支撑快速3D打印的变层高规划及路径补偿方法。通过对支具模型中轴线的提取和基于中轴线分层规划避免阶梯现象;对由于切平面变化造成的模型缺失进行补偿量的计算,并采用变层高的路径规划方式进行补偿,保证支具的力学性能和表面质量;最后生成供五轴打印机打印的Gcode文件。采用手肘支具模型进行路径仿真和打印实验,该支具打印方法的力学性能比优化前提升了3.74倍,同时也提升了表面质量,实现了支具无支撑快速3D打印。

3D打印速度对铸造蜡成型翘曲变形的影响

通过快速模具制造可打印熔模铸造用的蜡模,缩短生产周期,提高生产效率。但在实际成型过程中,由于制件不同位置的温度分布不均,会造成内应力差异,导致制件翘曲变形,进而对制件的成型质量产生较大的影响;而且,受3D打印速度和沉积层数等成型参数的制约,较难在降低制件翘曲变形程度的同时提高成型效率。有鉴于此,文中通过建立成型制件翘曲变形的数学模型,并结合实验设计与数学计算等方法,探究打印速度对铸造蜡直写成型翘曲变形程度与打印效率的影响机制。实验结果显示:在一定打印速度下,试样翘曲值随沉积层数的增加而减小,且随着打印速度的不断增加翘曲值逐渐变大;成型打印速度越高,不同试样的打印耗时越接近于某一稳定值,表明打印速度对成型效率的影响随打印速度的增加而降低。文中还通过对成型翘曲变形和打印效率分别赋予权重系数,建立了表面轮廓最佳打印速度连续函数模型,并验证了模型的有效性。研究结果表明,基于铸造蜡成型翘曲变形建立的最佳打印速度连续函数模型可在降低翘曲变形的同时提高打印效率。

3D打印混凝土界面力学行为及其对材料弹性常数影响的数值分析

应用复合材料细观力学分析理论,提出了基于界面模型的3D打印混凝土(3DPC)各向异性数值模拟方法,定量揭示了层、条界面力学行为及其对3DPC各向异性弹性常数的影响规律。采用界面单元和连续体单元相结合,模拟界面滑移开裂行为与基体的力学性能,设计单轴压缩、劈拉、十字交叉拉伸和斜剪试验确定模型所需参数及相应取值范围。结果表明:界面拉伸和剪切张力-位移曲线均呈双线性特征,条间界面强度总体高于层间;界面剪切行为在两个剪切主方向上无显著差异;条间和层间弹性模量对整体弹性模量具有线性影响,对整体泊松比具有指数函数影响,条间和层间界面剪切模量对整体剪切模量具有综合影响。

沉浸式3D虚拟仿真实验平台构建

为解决传统实践教学在时间、空间上的局限性,增强实践教学的互动性,以虚拟智慧城市中的物联网创新应用为研究对象,结合虚拟现实技术,在实验内容和教学模式中融入价值创造和创业素养,构建融入“创新实验路径”和“多层次综合实验项目”的物联网专业沉浸式3D虚拟仿真实验平台。采用布鲁姆教学目标分类法设计3D虚拟仿真实验教学目标,并按照IAPVE的实施模型,构建基于3D虚拟仿真实验平台的教学实施模型和考核评价模型。实施结果表明,该3D虚拟仿真实验平台及教学实施和考核评价模型可指导实践教学改革,实现学生综合能力的全面协同提升。

多组分多层级3D打印材料研究进展

多组分多层级3D打印材料(McMl3DPMs)是一种新兴的先进材料,源于多孔材料、复合材料和增材制造的融合。由于增材制造赋予了Mc Ml3DPMs三维架构跨越广泛组分构成和结构类型的能力,Mc Ml3DPMs拥有杰出的机械性能,甚至是通常被认为相互排斥的性能(例如高强度和高韧性)。本文重点介绍为了实现高性能结构用Mc Ml3DPMs所必须解决的科学挑战以及最近研究工作对此做出的努力,将从结构设计、制造过程建模、缺陷表征和性能评价3个方面对相关案例进行回顾。最后,本文指出了当前研究的不足之处,并展望了Mc Ml3DPMs的未来发展,包括讨论了进一步推进这一新兴领域发展的几个可能的研究方向。

基于FDM工艺的多功能3D打印机结构设计

该文针对传统3D打印机对于零部件的打印精度、加工效率以及许多异形曲面结构打印难以达到加工需求,且设备在运作时还会发热振动,产生噪音等问题进行优化,采用Creo软件设计一种基于熔融沉积制造(FDM)工艺且具备打印、打磨、清扫功能的3D打印机,并对多个零部件3D模型进行仿真和力学分析,分析喷头的温度场分布及五孔连接盖板、脚垫支架的受力分布。结果表明,该设计可实现减少耗材,降低发热振动,有效提高打印精度,缩短打印时间,结构稳定合理,具有较好的推广应用价值。

EOS^(TM)3D影像系统诊断复发性髌骨脱位的可靠性和稳定性

目的 探讨EOS^(TM)3D影像系统诊断复发性髌骨脱位的可靠性和稳定性。方法 回顾性分析2022年3月至2023年3月西安交通大学附属红会医院运动医学中心收治的22例(26膝)复发性髌骨脱位病人的影像学资料,两位影像学医生同时使用EOS^(TM)系统测量病人下肢力线,使用sterEOS软件对影像图片进行3D模型重建,并在三维模型中测量胫骨结节-股骨滑车沟(tibial tubercle-trochlear groove,TTTG)间距,记录每次测量所需的时间和相关参数。所有病人同期进行常规膝关节CT扫描及三维重建。将EOS^(TM)3D影像和CT扫描测量的TT-TG数值进行比较,采用一致性检验研究和Bland-Altman分析图评价测量结果数据的可靠性和稳定性。结果 进行EOSTM下肢力线测量时,不同测量者间测量的股骨和胫骨长度、膝关节内外翻角度及股骨胫骨旋转角度之间差异无统计学意义(P>0.05)。病人常规下肢CT扫描及三维重建测量时间为(21.8±3.2)min(13~29 min),EOSTM3D测量时间为(6.3±1.8)min(4~11 min),差异有统计学意义(t=12.693,P<0.001)。两位医生使用EOS^(TM)3D测量TT-TG值的组内相关系数为0.791,使用常规CT测量的组内相关系数为0.843,两种测量方法组内一致性均较好。Bland-Altman分析结果显示两位测量者分别有96.2%(25/26)、92.3%(24/26)的点位于±1.96标准差范围内,显示使用常规CT三维重建和EOS^(TM)3D测量TT-TG值具备较好的一致性和稳定性。结论 使用EOS^(TM)3D影像系统测量复发性髌骨脱位病人的TT-TG值,具有良好的可靠性及可重复性,具有检查时间短、辐射低等优势,是评估此类病人下肢力线数据的一种快捷、可靠及稳定的方法。

基于在机测量的曲面共形电路3D打印误差补偿方法

基于3D打印技术制备曲面共形电路具有广阔的应用前景,然而,由于曲面基材加工误差和导电线路定位误差的影响,导致曲面电路3D打印头高度难以精确控制,进而影响打印精度。为此,本文以气动式直写打印为研究对象,提出了一种“在机测量+线路模型重构”的打印头高度误差补偿方法。设计了一种曲率自适应测量点选取方法,利用NURBS曲线反算法对测量数据进行重构,还原真实线路模型。通过生成真实线路的打印轨迹,替换原始理论打印轨迹,补偿了打印头高度误差。自主搭建了一套集成了在机测量系统的曲面共形电路3D打印平台,设计了直线、圆弧与NURBS自由曲线3种形状的线路,进行补偿前后电路打印的对比实验。结果表明,未进行补偿前,在线路曲率较大的地方,线路在基板上的波峰处会产生拉丝现象,波谷处会产生堆叠现象,而补偿后的导线线宽比较均匀;进一步对每条导线的电阻进行测量,发现各条线路补偿前的电阻值波动较大,补偿后的电路的电阻值均匀,且相较补偿前平均降低65.99%,最大电阻降幅达85.75%。

3D建模及打印技术在多参数呼吸训练装置研发中的应用研究

目的研究3D建模及打印技术在医疗器械专利产品化过程中的应用,并对其优点和局限性进行探讨。方法以多参数呼吸训练装置样机研发为例,针对研发中需要的非标零部件,利用3D建模技术设计其3D模型,并通过3D打印机进行打印制作。分析打印实物尺寸偏差,对打印的非标零部件进行强度测试,对组装完成样机进行密闭性测试及性能测试。结果利用3D建模及打印技术,以低开发成本和较短的研发周期完成了18件非标零部件的设计及制作。打印的非标零部件精度较高,可满足组装要求;经过检测,打印的非标零部件强度及组装完成的实物样机密闭性均符合安全使用需求,样机运行平稳且软件功能均可实现。结论3D建模及打印技术能够有效降低专利转化原理样机制作的研发费用,缩短研发周期,但在打印时间、质量等方面有待进一步改进。

3D打印模型结合翻转课堂在脊柱外科微创培训中的应用

目的探讨翻转课堂联合3D打印模型教学在脊柱外科微创培训中的应用效果。方法选择2020年5月—2022年5月在浙江大学医学院附属第二医院脊柱外科微创中心进修的42名学员为研究对象,随机分为研究组和对照组,研究组21名进修学员采用翻转课堂联合3D打印模型教学,对照组21名进修学员采用单纯翻转课堂方法进行授课讲解。2组学员分别进行了出科考试测验和满意度问卷调查。结果2组进修学员培训前检测成绩、微创理论知识成绩,差异无统计学意义(P>0.05)。研究组学员在培训结束后其出科脊柱微创临床知识成绩及微创基本技能操作、微创手术技巧提高和总体满意度均高于对照组,差异均有统计学意义(P<0.05)。结论应用3D打印模型教学结合翻转课堂可明显提高脊柱外科进修学员的学习质量和总体满意度,提升脊柱微创培训的效果。为脊柱外科微创培训的一种新型教学模式。

以3D增材制造项目为牵引的项目驱动式教学改革探讨——以汽车车身结构与设计为例

为了更好地提升教学效果、培养学生综合能力,文章基于汽车车身结构与设计课程内容与课程目标,提出了一种以3D增材制造项目为牵引的项目驱动式教学改革模式,该模式以“高阶性、创新性与挑战度”为要求,以3D增材制造项目为牵引,构造出具体的结构设计及优化理论与制造实践相结合的教学项目,构建了“设计-优化-制造-测试-应用”全过程的项目驱动教学内容体系。在教学课程实施过程中,学生可充分接触产业前沿,自主探究学习先进理论,并充分锻炼学生解决复杂问题的综合能力,培养出满足产业发展的高素质高能力工程人才全面提升学生能力。

基于汽车内饰用三梳经编织物3D模型的构建

针对复杂的三梳栉经编织物,文章采用Rhino建模软件对其几何结构进行3D建模。首先,基于NURBS曲线对三梳经编织物线圈部分和延长线部分分别建模,通过确定曲线控制点拟合得到精度较高的空间纱线中心曲线;其次,根据纱线直径通过扫掠完成各组线圈单胞模型的3D建模,并组装得到完整的织物模型;最后,根据织物的线圈轨迹,拟合得到经编织物的曲线方程,使得线圈轨迹数值化。结果表明,采用Rhino对经编织物进行三维仿真,方法简单可行,模拟得到的效果图线圈嵌套紧密且相互之间并无干涉,可以达到较好的织物效果。

3D打印技术在舰船管系三维建模设计中的应用

为提升复杂结构舰船管系的设计灵活性,研究3D打印技术在舰船管系三维建模设计中的应用。利用CAD软件建立舰船管系的二维模型,依据舰船管系三角面片的交线段,确定舰船管系的点、线、面关系,将其转换为舰船管系三维模型。将舰船管系三维模型,导入切片软件中,利用切片引擎运行3D打印切片引擎增强处理算法,切片处理舰船管系三维模型,输出舰船管系三维模型的Gcode代码文件。将Gcode代码导入3D打印机,采用Z字填充法填充舰船管系3D打印材料,实现舰船管系模型的3D打印。实验结果表明,该方法可以精准打印舰船管系三维模型,打印结果的尺寸偏差小,提升了舰船管系设计的灵活性。

基于顶点划分和坐标标准化的密文域3维网格模型可逆信息隐藏

密文可逆信息隐藏技术可以在加密载体中利用冗余空间额外嵌入信息,在传输过程中保障载体和信息的隐私安全,载体接收者还可以实现无损地提取信息和恢复载体.3维网格模型作为新型的数字媒体,其文件结构与传统的图像等数字媒体存在着不同,并且在该领域的研究相对较少.如何提升模型的嵌入容量是目前需要解决的问题.将图像领域多个高有效位预测算法直接迁移到3维模型中应用时,由于数据的存储格式与图像媒体不同,使得算法的预测性能受到了限制.因此,提出了将顶点坐标值标准化处理,消除符号位带来的影响,提升了预测算法的性能.为了进一步减少无用的辅助信息,嵌入集顶点的筛选被加入实验中,成功地为有效载荷腾出空间.实验表明,提出的方法与现有方法相比,在保证无损和可分离地恢复模型与所嵌入的信息的同时,获得了最高的嵌入容量.

基于3D打印技术的CT影像设备X射线球管模型设计与开发

CT影像设备在医学诊断和治疗中起着至关重要的作用,其关键部件之一是X射线球管,传统学习X射线球管构造及原理缺乏教学内容互动,无法提供学生实际操作的机会,难以加深对X射线成像原理的理解。针对这一问题,本研究参考西门子Plus 4单排CT的原厂X射线球管,进行零部件划分和实物尺寸测量,利用三维建模软件SolidWorks进行实体建模,利用实验室2台3D打印机打印。该模型还原了真实CT球管的外观及构造,具有重量轻、拆卸方便、耐用度高等特点。

基于深度学习与点云数据的3D检测系统应用研究

为了解决高低差场景中平坦度高的2D视觉检测乏力的问题,基于深度学习和点云数据处理平台,融合3D点云格式图像和深度学习技术,建立微米精度、在线检测、成本可控的3D检测架构机制。采用相移和光栅投影结构光技术的硬件方案获取3D点云原始数据,基于强大的CPU和GPU处理芯片,对经过被测物体调制的光栅图案进行重新编码,并结合标定参数解算3D点云数据。对2D深度学习模型进行升级开发,可对点云数据进行标注、学习训练和检测,并将3D硬件、3D软件和3D算法进行整合。实验结果表明,所提系统有利于3D缺陷检测系统的落地,为智能3D检测设备奠定算法和软件基础。