逆向工程技術(shù)及其在模具設(shè)計制造中的應(yīng)用分析

摘 要：本文主要對逆向工程技術(shù)進行分析，并對其在模具設(shè)計制造中的具體應(yīng)用進行闡述，具體分析三維激光掃描儀以及逆向軟件的云數(shù)據(jù)處理等方面的問題。驗證逆行工程技術(shù)在模具設(shè)計制造中的具體應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：逆向工程技術(shù);模具設(shè)計制造;應(yīng)用

在模具設(shè)計制造的過程中，對于一些已經(jīng)形成成品的產(chǎn)品要了解其具體的設(shè)計，需要通過模具逆推的方式獲得。逆向工程技術(shù)可以通過對原始產(chǎn)品的研究，獲得產(chǎn)品的外形，并以此為基礎(chǔ)實現(xiàn)對模具的制造和設(shè)計。因此逆向工程技術(shù)也是當前模具設(shè)計制造中應(yīng)用比較廣泛的一種方式。

一、逆向工程技術(shù)的實施步驟

（一）采集點云數(shù)據(jù)

逆向設(shè)計中三維掃描技術(shù)是最基礎(chǔ)的技術(shù)形式，通過三維掃描對原始點云數(shù)據(jù)進行提取，這也是逆向設(shè)計中最主要的手段和內(nèi)容。逆行設(shè)計處理中主要的依據(jù)為原始點云數(shù)據(jù)。因此點云數(shù)據(jù)的真實性也會對逆向建模是否成功造成嚴重的影響。通過三維掃描獲取的點云數(shù)據(jù)，在測量的過程中，可以采用接觸以及非接觸式兩種方式。比如甲醇泵殼體的測量采用的為非接觸式的測量方式，采用的儀器為EXASCAN手持式三維掃描儀，這種三維掃描儀的應(yīng)用便捷，能夠?qū)ζ噧?nèi)飾進行掃描，同時采用影像與激光結(jié)合的方式，可以將測量的精度調(diào)到0.04毫米，分辨率達到0.05毫米。在掃描的過程中需要先進行顯影劑噴涂，然后再進行掃描。

（二）處理點云數(shù)據(jù)

三維掃描技術(shù)中會獲取大量的點云數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)為三維坐標點。由于掃描設(shè)備的性能以及被測物體工作方式等方面的影響，使得測量數(shù)據(jù)的點數(shù)也不同，一般為幾百點到幾百萬個點之間。通過三維激光掃描儀對產(chǎn)品外形坐標數(shù)據(jù)點進行分析，這些點呈散亂分布，導致邊界以及尖銳角位置的數(shù)據(jù)測量不準確，進而產(chǎn)生數(shù)據(jù)誤差。因此在逆向建模中需要注重云數(shù)據(jù)的處理?？梢栽贑AD建模前，對相關(guān)數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，包括對數(shù)據(jù)點的分割、重組以及數(shù)據(jù)點云的精減等。在點云的處理過程中，主要采用的為Geomagic Studio的處理方式，包括手動注冊、噪點清除、邊界優(yōu)化等。在點云數(shù)據(jù)的處理過程中，需要通過大量的曲面和曲線特定進行網(wǎng)絡(luò)模型建設(shè)，并形成初步的模型框架。同時將形成的模型，利用NURBS曲面擬合算的方式，生成封閉光滑的曲面，通過對這些曲面的延伸、拼接和剪裁等處理，保證曲面模型的光滑性和完整性。在進行文件保存時，需要采用IGS格式，這是一種三維軟件的通用文件格式。因此在云數(shù)據(jù)處理中，必須要對點云數(shù)據(jù)進行刪除，防止曲面模型存在亂碼。

（三）實體建模

首先打開文件，可以采用UGNX打開，并對Geomagic沒有處理好的位置進行進一步的完善，同時通過獲得的曲面進行實體切割，進而獲得殼體形狀與表面模型相符的模具，由于模具的殼體形狀與原物體完全相同，因此可以用于之后產(chǎn)品的模型生產(chǎn)。

二、模具制造

在模具的設(shè)計和制造中，通過逆向工程技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效降低模具設(shè)計以及制造的時間，降低模具的設(shè)計和制造成本，提升模具的加工質(zhì)量以及模具的利用效率。逆向工程技術(shù)需要與CAD進行結(jié)合應(yīng)用，通過UGNX的壓鑄模型，完成數(shù)控加工工藝設(shè)計，并生成加工代碼。完成實體CAD建模后，需要通過快速制造技術(shù)的應(yīng)用轉(zhuǎn)化虛擬數(shù)字模型的原型，進而對設(shè)計的結(jié)果進行評估，同時加強功能檢測，進而加強對模型制造產(chǎn)品的研發(fā)。在快速制造技術(shù)的應(yīng)用中，銑床加工轉(zhuǎn)速已經(jīng)超過50000轉(zhuǎn)每分鐘，快速成型技術(shù)的基礎(chǔ)為快速工裝模具，快速精鑄以及快速成型技術(shù)?？焖俪尚图夹g(shù)是一個新概念，具體的方法如下：

（一）立體光固化

具體指的是以光敏樹酯為主要的加工原料，并通過計算機對紫外激光束進行控制，通過對零件各層輪廓的掃描，使液態(tài)樹脂薄層由于光聚合反應(yīng)而固化。并通過對工作臺的移動，將已經(jīng)固化的樹脂浸入到液態(tài)的樹脂，再進行掃描，直到新層也在固化層上進行粘結(jié)。通過反復的操作，直到整個原型的制造完成。這種方式制造的原型質(zhì)量好、精度高。

（二）分層物體制造法

主要采用的材料為復合材料以及紙張，這些材料需要單面涂有熱熔膠，同時通過對二氧化碳高功率光速零件分層輪廓的切割，使層間的熱壓裝置進行有效的粘合，這種材料的制作方式成本低，同時材料的來源比較廣泛。

（三）選擇性激光燒結(jié)

選擇的材料為陶瓷、金屬、塑料等材料，通過磙子進行鋪粉，同時利用二氧化碳高功率的激光束以零件的分層輪廓為基礎(chǔ)，對零件的邊界進行掃描燒結(jié)。這種方式不需要設(shè)計，同時材料的利用率比較高。

（四）熔化沉積造型法

主要采用的原材料為蠟、金屬等熔點比較低的物質(zhì)，需要將這些材料拉成絲狀，然后在噴頭的位置進行加熱，使其呈半流動狀態(tài)。同時對噴頭進行控制，將零件的輪廓作為填充運動的基礎(chǔ)，通過噴頭的擠壓使熔融的材料形成基礎(chǔ)層，這種方式的結(jié)合度比較好，同時容易成型，但是也存在一定的不足，這種方式形成的模具過于粗糙，精度低。

三、結(jié)語

綜上所述，逆向工程技術(shù)的應(yīng)用重點在于對原始點云數(shù)據(jù)的收集、處理和曲面構(gòu)建，其中存在的難點為點云與曲面的吻合度。通過與CAD技術(shù)的結(jié)合，有利于獲取原實物的數(shù)字模型，并以此為基礎(chǔ)進行修改和完善，為模具的設(shè)計和加工帶來更大的便利，對模具設(shè)計和加工行業(yè)的發(fā)展具有重要的作用。

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作者簡介：韓佳（1984-），男，陜西戶縣人，碩士，講師，研究方向：材料成型及控制工程。