基于逆向工程的紫砂茶壺模具的制作方法＊

張家驊 陳志祥 徐連強(qiáng) 任建清

(無(wú)錫工藝職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇宜興 214206)

基于逆向工程的紫砂茶壺模具的制作方法＊

張家驊 陳志祥 徐連強(qiáng) 任建清

(無(wú)錫工藝職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇宜興 214206)

目前紫砂茶壺模具制作仍然采用的是傳統(tǒng)手工方法。該方法工人工作量大,效率低。逆向工程技術(shù)在很多領(lǐng)域已得到應(yīng)用。將逆向工程技術(shù)應(yīng)用到紫砂茶壺的模具制作中,為模具制作提供了一條先進(jìn)、快速的制作方法。該方法也可為其它陶瓷藝術(shù)品模具制作所參考。

逆向工程 紫砂茶壺 模具 制作方法

宜興紫砂陶始于北宋,盛于明清,繁榮于當(dāng)今。傳統(tǒng)紫砂陶手工制作技藝在2006年入選首批國(guó)家非物質(zhì)文化遺產(chǎn)名錄。宜興紫砂又以壺類為代表,以其獨(dú)特的實(shí)用性和藝術(shù)魅力而聞名于世。

紫砂壺的制作目前主要分為:手工成形,半手工成形和注漿成形。除了手工成形,另外兩種制壺方式均需要用到模具,特別是石膏模具。傳統(tǒng)的制作石膏模具的方法是通過(guò)手工放尺、車制等一系列過(guò)程。但該方法效率較低,工人工作量大。利用計(jì)算機(jī)CAD/ CAM技術(shù),可以快速地加工出模具。但這種方法要求設(shè)計(jì)陶瓷產(chǎn)品的設(shè)計(jì)人員具有較高的三維建模水平,而且設(shè)計(jì)者和加工者必須是同一人。但目前的情況是,宜興大量的茶壺設(shè)計(jì)者仍然是通過(guò)畫草圖,做樣壺。然后,設(shè)計(jì)者將樣壺托付給專門加工地方制作模具。如何能夠在模具制作中采用先進(jìn)的CAD/CAM技術(shù),關(guān)鍵在于如何能將不懂或不擅長(zhǎng)計(jì)算機(jī)操作的茶壺設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)出的樣壺轉(zhuǎn)換為數(shù)字模型。

1 逆向工程技術(shù)

逆向工程技術(shù)也稱為反向工程或反求工程,它是將實(shí)物轉(zhuǎn)換為CAD模型的相關(guān)數(shù)字化技術(shù)、幾何模型重建技術(shù)及產(chǎn)品制造技術(shù)的總稱。該技術(shù)在飛機(jī)工業(yè)、汽車工業(yè)、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。近年來(lái),在文物保護(hù)和陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)中也得到應(yīng)用。

筆者利用逆向工程技術(shù),得到紫砂茶壺的數(shù)字化模型(CAD模型)。然后通過(guò)該數(shù)字化模型,利用三維CAD軟件,制作出可供后續(xù)數(shù)控加工的模具模型。整個(gè)模具制作過(guò)程如圖1所示。

圖1 模具制作過(guò)程

2 樣壺模型CAD過(guò)程

2.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集是指采用某種測(cè)量方法和設(shè)備測(cè)出實(shí)物各表面的若干組點(diǎn)的幾何坐標(biāo)。在表面數(shù)字化技術(shù)中,根據(jù)測(cè)量方式的不同可以將數(shù)據(jù)采集方法分為接觸式和非接觸式兩大類。接觸式數(shù)據(jù)采集精度高,但容易損傷側(cè)頭和劃傷被測(cè)零件的表面。本文數(shù)據(jù)采集采用了柯尼卡美能達(dá)非接觸三維掃描儀(V IV ID 9i)。圖2是樣壺實(shí)體。在數(shù)據(jù)測(cè)量中,根據(jù)物體的幾何形狀復(fù)雜程度,進(jìn)行相應(yīng)的操作。由于壺蓋的特征小而復(fù)雜,需要使用廣角鏡頭。壺柄和壺嘴的某些區(qū)域可能一次難以掃描,利用參考點(diǎn)重合,不斷調(diào)整壺體擺放位置,獲得完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。圖3是經(jīng)過(guò)掃描儀數(shù)據(jù)采集后的點(diǎn)云模型。

圖2 樣壺實(shí)體

圖3 樣壺點(diǎn)云模型

2.2 數(shù)據(jù)處理及曲面重構(gòu)

數(shù)據(jù)處理的目的是為了獲得正確的數(shù)據(jù)信息,生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)文件。這個(gè)過(guò)程通過(guò)逆向工程軟件完成。本文采用geomagic6.0軟件,對(duì)獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。在geomagic軟件中,整個(gè)數(shù)據(jù)處理過(guò)程為:點(diǎn)云階段,多邊形階段,曲面階段。

1)點(diǎn)云階段。在點(diǎn)云階段,可以使用簡(jiǎn)化工具,簡(jiǎn)化點(diǎn)云數(shù)據(jù),而不影響幾何形狀,調(diào)整雜點(diǎn)。主要通過(guò)刪除體外孤點(diǎn),刪除非連接項(xiàng),減少噪音,統(tǒng)一采樣等命令,對(duì)無(wú)關(guān)點(diǎn),噪聲點(diǎn)和點(diǎn)云數(shù)量進(jìn)行優(yōu)化。這個(gè)過(guò)程與掃描設(shè)備,掃描質(zhì)量和操作過(guò)程密切相關(guān)。如果掃描質(zhì)量好,操作準(zhǔn)確,所需修改并不大。

2)多邊形階段。點(diǎn)云階段結(jié)束后,通過(guò)包覆(w rap)命令將點(diǎn)云文件轉(zhuǎn)換成多變形資料,并保存成STL文件格式。生成的多邊形模型,由于掃描和包覆過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生缺陷,這些缺陷需要修復(fù)。在掃描時(shí)用于定位的參考點(diǎn),也需要?jiǎng)h除。上述問(wèn)題,都要在該階段進(jìn)行處理。利用填充孔,去除特征等命令完成對(duì)多邊形模型的修復(fù)與檢測(cè)。圖4是修復(fù)完成后的多邊形模型。

圖4 修補(bǔ)后的多邊形模型

3)曲面階段。完成多邊形階段后,可以將模型轉(zhuǎn)換為NURBS曲面,從而獲得CAD模型。

該過(guò)程可以通過(guò)自動(dòng)獲得曲面完成。將該模型保存為IGS格式,可以供其他CAD軟件進(jìn)行操作。圖5是導(dǎo)入U(xiǎn)G軟件后壺身的CAD模型。

圖5 壺身CAD模型

圖6 壺身模具型腔

圖7 UG數(shù)控加工模擬

3 模具制作

由于陶瓷燒成之后有收縮,根據(jù)其燒成收縮率,對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行放尺。在geomagic軟件中通過(guò)放大命令對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行放大。

然后將放大后的模型導(dǎo)入U(xiǎn)G。由于導(dǎo)入的CAD模型都是一個(gè)個(gè)獨(dú)立的面片,通過(guò)縫合命令將其組合成一個(gè)整體。通過(guò)布爾運(yùn)算,曲面修剪命令,可以得到模具型腔。圖6為最終獲得的模具型腔。利用UG/CAM加工,即可加工出所需的模具。圖7為精加工模擬后的結(jié)果,最后保存G代碼。

4 結(jié)語(yǔ)

筆者利用非接觸式掃描儀、逆向工程軟件及三維CAD軟件對(duì)一款紫砂茶壺模具進(jìn)行了制作。將現(xiàn)代化的制作手段融入傳統(tǒng)工藝制作中,為紫砂壺產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、制作提供了一條先進(jìn)、快速、簡(jiǎn)捷的方法。該方法也為其它陶瓷藝術(shù)品模具制作提供了參考。

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2 張麗雅.紫砂發(fā)展的幾個(gè)階段和特點(diǎn).江蘇陶瓷,2006, 39(2)增刊:5

3 倪建軍.淺談紫砂陶藝的傳承與創(chuàng)新.中國(guó)陶瓷,2002, 38(6):30～31

4 李家駒.日用陶瓷工藝學(xué).武漢:武漢理工大學(xué)出版社, 1992

5 何六一,何文君.徒手制作與模具相佐的完美結(jié)合—紫砂茶具制作之我見(jiàn).江蘇陶瓷,2005,38(3):43～44

6 申屠國(guó)洪.紫砂注漿成形工藝之點(diǎn)滴.江蘇陶瓷,2007, 40(1):45～46

7 陳志祥.基于CAXA系列CAD/CAM軟件的陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)及模具加工技術(shù).江蘇陶瓷,2004(9):16～19

8 王海南,邱望標(biāo),黃克.貴州少數(shù)民族文化遺產(chǎn)的逆向工程應(yīng)用研究.工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào),2009(10):379～382

9 蓋宇春,唐先智,劉飛.陶瓷產(chǎn)品的數(shù)字化逆向設(shè)計(jì)研究及應(yīng)用.現(xiàn)代制造工程,2006(5):70～72

Manufacturing Method of Purple-clay Teapot Mold Based on Reversing Engineering

Zhang Jiahua,Chen Zhixiang,Xu Lianqiang,Ren Jianqing(Wuxi Insitute of A rts&Tenchnolgy,Jiangsu,Yixing,214206)

Traditionalmauufacturing method of purp le-clay mold is heavy and low-efficient hunman work.Reversing engineering has been app lied in many indursty field.Using reversing engineering into mold manufacturing p rocess is a advanced and efficientmethod.Thismethod is also can be used in other ceramicsmold.

Reversing engineering;Purp le-clay teapot;Mold;Manufacturing method

TQ174.73

:B

:1002-2872(2010)12-0032-03

張家驊(1982-),碩士,講師;研究方向?yàn)闄C(jī)電教研。E-mail:zhaojun-xie@126.com