基于菲涅耳波带板扫描全息术的光学层析成像

基于光学扫描全息术原理和编码孔径层析成像技术,提出了一种三维物体层析成像技术——菲涅耳波带板扫描全息术。该技术通过将物体的光强分布函数与菲涅耳波带板的光强分布函数进行卷积运算来得到物体的扫描全息图,通过相关解卷积的方法来进行扫描全息图的数字重建。依据该技术原理设计了实验系统,系统结构简单紧凑,具有三维物体层析成像功能。提出用数字高通滤波器来减少重建图像的背景噪声。计算机仿真及对实物的扫描记录和重建实验结果表明,该技术原理正确,用于三维物体层析成像是可行的,用数字高通滤波的方法提高重建图像的对比度是有效的。     

3D打印机控制系统的设计

设计了一种3D打印机控制系统,采用微控制器ATmega2560为主控制器,集成了USB通信接口模块、打印头温度检测模块、LCD控制器模块以及电机驱动模块等;利用计算机切片软件将3D模型切片产生G代码,通过串口送到主控制器,主控制器处理G 代码并对电机驱动模块发送控制信号,采用PWM脉冲宽度调制技术控制3D打印机的XYZ三轴电机及挤出机电机进行3D打印,为了保证打印头快速达到打印温度并保持温度恒定,采用增量式PID算法实现对温度的精确控制;测试结果表明,采用增量式PID算法后,挤出头温度控制在245℃,控制精度为1℃,将原来的300 s左右进入恒温状态提高到75 s左右进入恒温状态,提高了三维打印恒温控制的性能,减少了打印过程中打印材料断丝、粗细不均匀等现象,满足了对打印质量的要求。     

快速光固化3D打印的探究与实现

在光固化3D打印技术的基础上,搭建了基于投影仪的快速、一体化的光固化3D打印装置.自制了可见光响应的光固化树脂,并对其性质进行了吸收和红外光谱的表征.借鉴CT断层扫描原理,通过构建3D模型,使用投影仪将该3D模型每个截面以环绕方式投影至光固化树脂上,使光固化树脂聚合形成具有3D立体形貌的打印成品.该打印方案打印速度快,成品一体化性强,打印仪器简单,成本低.     

基于3D打印技术的中学物理科技活动课程设计

以STEAM教育理念为依据,对基于3D打印技术的中学物理科技活动课程的设计进行了探讨.首先介绍了3D打印技术教育的理论基础,分析了目前在3D打印技术课程设计中存在的问题,介绍了3D建模软件的选择,然后以制作3D打印物理天平及杠杆原理模型为例,设计了为期一个学期的基于3D打印技术的中学物理科技活动课程,最后展示了在中学进行3D打印技术物理科技活动课的具体教学实例.     

连续液面成型3D打印技术及建筑模型制作

提出了利用一种新型的高透气薄膜元件实现连续液面成型3D打印技术的方案并进行了实验验证。连续液面成型3D打印技术采用下入光结构,在光源与打印平台之间引入一个透明的透气薄膜元件,氧气可以通过薄膜元件渗透进入光固化成型表面,由于氧阻聚效应在光固化成型表面与透气薄膜之间产生一层液态未固化层。利用这一未固化层,3D打印平台可以连续不间断上移,实现了高速的连续光固化3D打印,纵向打印速度超过650mm/h。由于连续液面成型3D打印技术较高的打印精度和效率,利用该技术进行建筑模型的制作,并将其应用于建筑模型的风洞测试研究。     

三维打印技术在柱状晶体结构研究中的应用

等积球体在无限长圆管中的周期性最密堆积结构,可称之为柱状晶体。这类系统的最密结构种类繁多,并随着圆管与球体的直径比D连续变化。在一些较大D值的情况下,晶胞的颗粒数较多,晶胞结构在空间限制的影响下也变得异常复杂。要理解晶胞中每一个球体的排布和它怎样受到其他球体与圆管壁的影响,是一大挑战。本文提出,我们可以通过打印三维实物模型,去窥探复杂晶体结构中球体的空间排布以及球与球之间的接触网络。本文展示,这类柱状晶体结构可以通过熔融沉积成型、光固化快速成型、粉末烧结这三种不同的技术进行三维打印,并仔细讨论每种技术的流程、注意事项、利弊。     

相控阵技术原理演示仪的研制

雷达波以及超声波是眼睛无法观察的,传统的相控阵技术演示多为动画演示和Matlab模拟.本文应用51单片机及3D打印技术,设计并制作了一种基于水面波的相控阵原理实验演示仪.通过51单片机控制相邻单元开启的时间间隔,实现相邻波源的相位差控制.该实验仪器可直观演示相控阵技术的工作原理,解决课堂上相控阵讲解无实物演示的问题.该仪器也可用于干涉现象的教学演示,同时可以实现波长、波速、线波偏转角的测量.     

1:10缩尺人工头研制及其在建筑声学缩尺模型测量中的应用

采用三维激光扫描技术对01dB MK2B人工头进行扫描,建立了包含耳道的人工头数字模型,再利用3D打印技术按照1:10的缩尺比打印出缩尺人工头,并将1/8 in传声器嵌入缩尺人工头内。在消声室内分别测量了足尺和缩尺人工头的双耳脉冲响应,并计算了双耳时间差ITD、双耳声压级差ILD以及双耳互相关系数IACC,对比分析结果显示两者吻合很好。将研制的人工头应用于天津文化中心音乐厅1:10声学缩尺模型IACC参数测量,模型测量结果与现场测量结果一致。该方法制作的缩尺人工头可用于声学缩尺模型实验中厅堂空间感参数的测量并有望应用于可听化技术。     

3D打印技术在油气资源评价中的应用及展望

3D打印(3-Dimensional Printing)是一种先进的增材制造技术,已经在模具生产、教育、医学等领域得到广泛应用,在石油勘探开发领域的应用亦展现出较高的研究价值。本文介绍了3D打印技术及其在相关领域的应用现状,详细阐述了3D打印技术在油气资源评价中的作用,包括地质建模、储集岩孔隙及其连通性的评价、岩石节理及裂隙的力学性质研究3个方面,并对3D打印技术在石油工业中仪器和工艺的创新性设计开发、油气储层理论研究、石油储存及运输、石油炼制及油品评价方面的应用前景提出展望。     

基于STEAM的发电机模型3D打印校本课程的设计

阐述了3D打印技术运用于教育领域的现状及存在问题,结合STEAM教育理念,以培养学生的创新思维和实践能力为目标,以"3D打印交流发电机模型"课程为例,设计了一份适合普通高中开展的3D打印校本课程方案,为普通高中开展3D打印校本课程提供案例.     

基于物体特征有效提取和离散点三维重建的3D扫描系统原型研究

针对3D扫描技术的近期发展情况,以及市场关于被摄物体特征有效提取的迫切需求,通过系统的对照相机和投影仪测量的方法与计算,利用离散点三维重建算法、标准化算法详细分析了,作为3D扫描原型系统的关键技术,并深入的对三维坐标重复演算的过程,进行了实践研究与计算,论证了基于投影光编码技术的3D扫描仪原型系统,在物体特征有效提取和离散点三维重建中完全可以高效应用;同时,使用焦距标准化运算、逆向倾角变形运算、逆向扭曲变形运算三种方法,综合论述了物体特征有效提取和离散点三维重建过程的相关内容,测试了原型系统对真实文物的扫描情况,展开了该原型系统可应用于不同材料,不同种类物体的扫描,并能有效的进行数字化物体特征识别的研究结论。     

基于Unity 3D的船舶压缩空气系统的虚拟设计

针对目前船舶空气压缩仿真训练系统大多采用半物理仿真与二维软件界面仿真相结合方式训练效果不佳的问题,将虚拟现实技术引入到船舶压缩空气系统的仿真设计;设计一套基于Unity 3D的船舶压缩空气系统,实现虚拟仿真程序和三维虚拟场景的实时交互,生成一个逼真的三维视觉、听觉、触觉的感官世界,加强培训人员的沉浸感,从而获得一种置身于真实环境中的感受;系统可供学员无限制反复训练,节省系统的维护费用,规避实物操作设备中可能出现的各种风险,提高训练效果。     

3D打印技术形塑新军事革命

蒸汽动力技术、电力技术以及数字化技术是人类社会进入到18世纪下半叶之后三大工业革命的标志。其中,以数字化技术为标志的第三次工业革命的最新发展,就是三维（3D）打印技术。     

3D打印材料及其应用概述

3D打印材料是3D打印技术重要的物质基础,种类范围主要包括聚合物材料、金属材料、陶瓷材料等。文章首先简要介绍了目前3D打印的各类常见材料,然后分别介绍了它们的特点、性能要求及相关应用情况。最后,结合研究的最新进展,对3D打印新材料及其前景进行展望。     

3D打印走向应用万亿商机待挖掘

正统计数据显示,2013年全球3D打印市场规模约40亿美元,相比2012年几乎翻了一番。未来3D打印在制造业中占比将达到2%,全球产业规模将达到2 100亿美元。主要地区的大体分布是欧洲约10亿美元,美国约15亿美元,中国所占份额约3亿美元。而据中国3D打印技     

基于参数化盲反卷积的三维非扫描激光雷达距离估计

三维(3D)非扫描激光雷达具有多表面目标距离分辨能力,可以用于对隐藏和伪装目标的识别。为了快速、准确地估计3D非扫描激光雷达多表面目标距离信息,提出了基于期望值最大化(EM)的单像素多表面目标的距离估计算法,通过对系统点扩展函数的参数化,该算法可以同时估计出成像系统点扩展函数和目标的距离信息。仿真实验结果表明,相比于传统的混合高斯匹配算法和维纳空间滤波算法,该算法在系统点扩展函数未知的条件下,可以将目标的距离估计精度分别提升大约70%和40%。     

水平光场三维显示单目聚焦特性研究

水平光场三维(3D)显示可以在保证较好立体显示效果的同时,显著压缩需处理的海量光线信息,因此是一种重要的三维显示方法。由于缺少竖直方向的光场变化,水平光场的显示清晰度表现力与单目聚焦能力都与理想的光场形式不同。基于扫描型光场显示技术,分析了水平光场的点扩展函数(PSF);基于人眼和相机的自动聚焦原理,对不同显示参数下所重构的水平光场进行聚焦仿真,得出光线横向散射角以及每圈更新图像数对水平光场单目聚焦能力的影响;通过扫描型水平光场显示样机对所得结论进行验证。结果表明,水平光场的最大可聚焦高度随光线横向散射角的增加而减小,随每圈更新图像数的增加而增加。该分析方法及结论可以为单目聚焦水平光场显示系统提供设计依据。     

3D打印封装光纤光栅传感器应变传递机理研究

采用3D打印方法开发光纤光栅应变传感器,建立裸光纤光栅传感器、3D打印封装层、被测基体三者之间的应变耦合传递的分离式模型,推导光纤光栅传感器与被测基体的应变传递关系,分析夹持式3D打印光纤光栅应变传感器应变传递率的影响因素,包括封装层弹性模量、封装层厚度、黏结长度。研究结果表明平均应变传递率与封装层弹性模量和黏结长度呈正相关,与封装层厚度呈负相关。研究成果对夹持式光纤光栅应变测量、误差修正和传感器设计,以及3D打印技术封装光纤布拉格光栅的可行性具有参考意义。     

格雷码与六步相移编码融合的三维结构光学测量方法

编码结构光技术是一种获取复杂目标三维结构的典型测量技术,其将编码后的结构光图案投射到待测物体表面进行调制、采集,并通过解码计算三维面形数据,可见编码方法是结构光三维测量技术的核心问题。然而,通用的格雷码编码方法和六步相移编码方法都存在一定缺陷,为此,以获取物体的高精度三维点云数据为目标,提出了一种融合格雷码与六步相移的结构光技术。首先,将格雷码结构光设计为7幅黑白相间的条纹周期图像,并通过投射角度解码操作将图像划分为多个区域;然后,设计六步相移结构光为6幅具有相位差的余弦周期图像,通过相位解包裹操作将每个子区域细分到单个像素单元;最后,融合以上两种编码结构光解码值,计算图像内每个空间点的绝对相位信息。仿真实验与实际测试实验显示,与传统六幅莫尔条纹结构光技术相比,融合结构光技术计算量较小,同时也克服了单独使用格雷码或相移技术所存在的问题,能够以较高精度获取物体目标的三维结构细节,为基于结构光的双目三维扫描系统提供一定理论依据。     

3D打印衍射元件的高分辨太赫兹计算机辅助层析成像研究（特邀）

提出了一种由三维打印技术制作的用于0.3 THz波束调控的二元相位型衍射透镜,可产生轴向焦深为25 mm、腰斑直径为1 mm的太赫兹聚焦波束。将该聚焦波束应用于连续太赫兹波计算机辅助层析成像,不仅将成像分辨率提高到1.5 mm,而且由于扩大了系统景深,提高了成像保真度。这类利用三维打印技术制作的二元衍射元件可有效应用于低频太赫兹波段的光束调控,为太赫兹成像系统的性能优化以及聚焦元件的设计制备提供一种有效途径。