論逆向工程技術及其在模具設計制造中的應用

李輝 盧濤

【摘?要】逆向工程技術是通過對原始產品信息的研究和分析來獲得產品的外觀特征，并將其作為模具設計和制造方法的基礎，這是一種廣泛使用的方法。本文主要討論逆向工程技術及其在模具設計和制造中的應用，對逆向工程技術的應用規范性進行分析，以求為模具設計制造技術的發展貢獻一份力量。

【關鍵詞】逆向工程;模具設計;制造應用

引言

隨著我國制造業的不斷發展，逆向工程技術作為一種新型的技術媒介，不僅可以減少實踐中的設計制造時間，還可以有效地提高制造質量，達到提高整體經濟效益的目的。在制造公司中最重要的事情是加強技術研究和分析，在模具生產設計中合理應用逆向工程技術可以有效提高模具質量。

一、傳統模具設計制造技術

以精密鑄造生產的普通機床零件為制造工藝，屬于傳統模具制造的范疇。在傳統的模具制造中，通常采用以下兩種方法：一種是使用液壓三維模具銑床制作比例模型，另一種是使用三維雕刻機制作比例模型。但是，這種制造方法存在許多空白，除了產品尺寸的精確性較差外，產品穩定性也較差，還需要大量的人力成本，這對企業的可持續發展造成極大阻礙。在這種情況下，無疑將給以后的數控加工和質量檢驗工作帶來困難。由于實際的鑄模在某種程度上也可以歸納為一種產品生產，因此不可避免地會有偏差和收縮，并且用這種模具生產的產品肯定會有一定的缺陷性。

二、逆向工程技術的應用概述

在人民生活水平不斷提高的過程中，現代技術產品的更新速度越來越快，產品功能呈現出多元化的發展趨勢。傳統的模具設計和制造無法滿足客戶的需求，通過現代模具制造技術和反向3D掃描技術進行加工可以有效滿足現代工業生產的實際需求。

逆向工程技術也稱為逆向3D技術等，它是基于工程零件的物理基礎，通過3D掃描技術進行處理，獲得相應的點云數據信息，使用逆向工程的3D軟件執行模型設計和處理，最后從工程零件模型中獲取參數信息。

（一）原始點云數據

逆向設計中的3D掃描技術是最基本的技術形式。通過3D掃描從零件中提取原始數據也是逆向設計中最重要的方法和內容。逆行設計過程的主要基礎是原始點云數據。因此，點云數據的真實性也將對反向建模的成功產生嚴重影響。通過三維掃描獲取的點云數據可以在測量過程中以接觸和非接觸方式使用。

（二）點云數據的實際應用

在3D掃描技術中，需要獲取大量的點云數據，并且該數據是以3D坐標點的形式展示出來的。由于掃描設備的性能和被測物體的工作方式的影響，測量數據點的數量也不同，通常在幾百點到幾百萬點之間。產品的產品坐標數據點通過三維激光掃描儀進行分析，這些激光散射后會導致在極限位置和銳角位置的數據測量不準確，進而導致數據錯誤。因此，需要注意反向建模中的點云數據處理。可以在CAD建模之前對相關數據進行預處理，包括數據點的分割和重新排列以及點云數據的縮小。在點云數據處理過程中，主要使用Geomagic Studio的處理方法，包括手動測量、噪聲消除和邊界優化。

（三）建模過程

首先打開文件，可以使用UGNX將其打開并進一步改善Geomagic尚未處理的位置，同時對所獲得的曲面進行立體切割，以得到與s體形狀匹配的模具與表面模型。由于采用了模具外殼，因此主體的形狀與原始對象完全相同，因此可以用于以后的產品模型的生產。

三、逆向工程技術及其在模具設計制造中的應用

（一）幾何建模

制造商提供的原始信息材料不能確保數據的實際應用性，必須完整考慮客戶提供的信息的完整性。這方面可以有效地防止模型設計僅依賴于CAD，另一方面，可以有效地促進逆向工程技術與CAD/CAM系統的結合，從而提高模具設計的質量。當前階段逆向工程技術的廣泛應用和三維仿真技術的實踐為模型設計帶來了新的發展空間，將新穎創新的想法變為現實。

（二）三維數據采集技術

為了使零件掃描過程更加方便和準確，需要進行初步準備，例如設置基準、噴涂顯影劑、軟件校準、儀器校準等。相關人員可以使用三維激光掃描復印系統，精確掃描準備階段初期建立的一系列標記，在此基礎上，合并掃描數據，并可以直接從掃描源頭獲得數據。在掃描過程中，可以將新型的自動定位技術應用于此過程，將測量精度設置為0.1mm/0.5m，使用交叉激光掃描實時處理數據，最后生成一個三角形表面。為了確保沒有重疊的數據的準確性，避免數據冗余，可以使用.STL格式進行數據輸出。掃描時，必須使用三維激光掃描系統在各個方向和多個角度掃描整個零件。

（三）三維幾何建模

建模過程看似簡單，但實際上涉及復雜的數據處理。對于數據處理，需要應用到相應的圖表，這些圖表不僅可以通過數據擬合、密集度修改方法來獲得，還可以通過區域裁剪、數據平滑來獲得。

要提取剖面線，必須進行一系列準備工作，最重要的是對齊零件的點云。要對齊零件點云，首先必須使用相關軟件來掃描通過掃描Transfer獲得的點云文件，然后必須以特定方式執行相應的輔助參考點（例如分析目標云的云特征）等。提取點云數據后不會立即對其進行處理，并且由于原始數據通常非常復雜，因此需要進行大量的后優化處理，這需要過濾這些參數，然后進行平滑處理等后優化處理并完善缺失點。只有這樣，才能處理不必要的數據并降低點云的密度，才能加快數據處理的速度和精度，并有效地構建零件的對稱參考平面。

如果要重建模型，則需要注意要素線的有效提取。在此過程中，必須首先根據零件的外部特性劃分平面，孔，槽，圓柱面和其他二次曲面等區域。然后必須分割零件點云，并且必須通過分割來劃分二次曲面，確保點云符合構造平面，內孔，凹槽和圓柱面的需要。另外，零件的外部特性也可以直接完成，可以使用直線較差的方式來確定平面，也可以使用矢量或截面線來確定圓柱面或內孔。該過程需要將實際測量數據與系統掃描數據結合在一起。表面的特征線必須根據自由曲面構造。想要獲得自由形狀的表面，必須首先獲得所需的截面線，該截面線是根據零件點云完成的，然后在刪除冗余點云之后執行點平滑處理，處理后的點云進行調整以獲得曲線。

四、實際加工過程概述

（一）立體光固化加工技術

具體地講，以光敏樹脂為主要加工原料，計算機控制紫外激光束并掃描零件各層的輪廓，從而使液態樹脂薄層通過光聚合固化。在移動工作臺時，將固化的樹脂浸入液態樹脂中，然后進行掃描，直到新層也粘附到固化層上。通過重復操作，整個原型就完成了。以這種方式生產的原型具有高質量和高精度。

（二）固體分層制造技術

使用的主要材料是復合材料和紙張，這些材料的一側應涂有熱熔膠，同時，通過將輪廓切割成高速二氧化碳部分的光層，各層之間的熱壓裝置能夠進行有效粘合，這種材料的成本低，并且材料的來源也比較廣泛。

（三）融化凝固加工技術

所使用的主要原材料是蠟、金屬和其他熔點相對較低的材料。這些材料必須拉伸成細絲，然后在噴嘴位置加熱，以使其變為半流體。同時，控制噴嘴，并將零件輪廓用作填充運動的基礎，噴嘴的擠壓能夠使熔融材料形成基礎層，以這種方式形成的模具太粗糙并且缺乏精度。

五、結束語

總之，逆向工程技術的應用重點在于原始點云數據的收集、處理和表面構造，困難在于點云和表面的一致性。結合CAD技術，有利于獲得原始的物理數字模型，并將其用作修改和改進的基礎，這為模具設計和加工提供了更多便利，對設計行業的發展具有重要意義。在實際應用過程中，必須結合實際的設計制造要求進行綜合技術的應用，通過多種現代化技術確保設計生產的精確性和效益性，為企業的發展打下良好的技術基礎。

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（作者單位：焦作科瑞森重裝股份有限公司）