逆向工程技術及其在模具設計制造中的運用

吳治明 任紅星

（陜西國防工業職業技術學院 陜西省西安市 710300）

隨著我國制造行業的不斷發展，逆向工程技術作為新型的技術手段，在實踐中不僅僅可以減少設計制造時間，也可以有效地提升模具質量，達到提升整體經濟效益的目的。在制造企業中最為關鍵的就是強化技術研究分析，逆向工程技術在模具生產設計中合理應用可以有效提升模具質量。

1 逆向工程技術

在人們生活水平不斷提升過程中，現代化工藝產品更新換代速度越來越快，產品的功能呈現多樣化的發展趨勢。也就要求在模具制造中要做到速度快、質量好、更新快。而傳統的模具設計制造無法滿足客戶的需求，通過現代化模具制造技術進行處理，通過三維掃描逆向技術可以有效地滿足現代工業生產的實際需求。

逆向工程技術也稱之為反向工程技術，反向工程技術等等，就是基于工程塑件實物基礎之上，通過三維掃描技術進行處理，獲得三維點云數據信息，利用逆向的工程軟件進行模型處理以及設計，最終獲得工程塑件的各項模型參數信息。

2 逆向工程技術及其在模具設計分析

2.1 集成軟件應用

（1）CAD集成軟件主與逆向工程技術的融合，可以將數字化點輸入系統中，通過系統進行處理，分析各項數據信息變化，在將獲得的信息輸入在其中。

（2）構造模型特征結構，做好二次曲面劃分處理。

（3）通過在相關點數據之上建立模型，提升實物模型的清晰度。

（4）制造模具，對模具進行合理處理分析。

2.2 三維數據收集處理

三維數據收集主要就是通過三維激光掃描系統進行處理，通過對系統中各項標記以及數據信息進行全面掃描分析，整合各項信息數據對其進行科學的合并處理。在進行信息掃描階段要利用自定位基礎充分保障測量精準度，將精度控制在0.1～0.5mm毫米中，利用十字激光技術掃描合并之后的數據，產生三角面。為了保障數據可靠穩定，就要通過STL的方式進行數據輸出處理。

2.3 零件實物集合建模

通過逆行工程設計進行分析處理零件實物是關鍵內容。此種方式就是三維數據處理過程，通過將獲得的數據信息以及數據特征進行整合處理，分析模型曲面以及連接位置的光滑程度，分析模型以及實物零件的連接位置是否吻合。

3 逆向工程技術及其在模具實施步驟

3.1 采集點云數據

利用三維掃描技術進行處理是基礎的逆向設計方式，利用三維掃描的方式提取原始點云數據信息，將其作為設計處理的依據參數。點云數據真實性是影響逆向建模的關鍵參數。利用三維掃描分析點云數據信息，在測量中通過接觸、非接觸的方式進行處理。例如，進行近甲醇泵殼體測量中利用非接觸的方式進行測量分析，通過EXASCAN手持式三維掃描儀進行處理，應用便捷，可以集合影

響以激光結合的方式進行處理，可以將測量精度確定在0.04毫米，分辨率為0.05毫米。掃描中噴涂顯影劑，然后進行掃描。

3.2 處理點云數據

通過三維技術進行掃描處理獲得大量點云信息數據，將其作為三維坐標點。因為掃描設備性能以及被測物體等多種因素作用造成測量數據點數不同，其區間范圍在幾百點到幾百萬點之間。利用三維激光掃描儀進行處理，分析產品的外形坐標信息數據可以發現，多數的點分布較為混亂，邊界位置與尖銳的角位置中的數據失真，存在一定的數據誤差問題。對此，在對其進行逆向建模處理中要做好云數據的處理分析。

利用CAD建模處理，做好各項信息數據的預處理，通過分割數據點、充足、精減等方式對其進行預先處理，為后續處理提供數據支持。主要通過GeomagicStudio的方式進行處理，實現手動注冊分析、噪點清除以及邊界優化處理。點云數據處理中要利用曲面以及曲線建設網絡模型，形成初步框架結構，其建模的模型通過NURBS曲面擬合算法進行處理，生成一個封閉的光滑的曲面結構，通過分析曲面延伸、拼接以及剪裁等方式進行優化處理，增強模型表面的完整性，提升光滑性。通過IGS格式存儲文件信息，利用三維軟件的文件格式進行運輸機處理分析要刪除信息數據，避免出現亂碼等問題。

3.3 實體建模

通過UGNX打開文件信息，完善細節內容，將獲得的曲面進行實體切割處理，獲得殼體以及表面模型符合的模具參數，便于生產模型信息。

4 制造模具與應用

4.1 制造模具

通過逆向的工程技術進行模具的設計與制造處理可以提升效率，降低成本以及時間。綜合CAD技術，聯合應用逆向工程技術，利用UGNX進行壓鑄模型處理可以實現加工工藝優化，產生加工代碼參數。

在CAD建模之后要轉化模型圓形，利用快速制造技術進行處理，評估設計結果，檢測各項功能參數。快速成型技術具有快速精鑄以及快速成型的特征，其主要方法如下：

4.1.1 立體光固化

將光敏樹脂作為主要加工材料，利用計算機控制紫外激光束，掃描零件輪廓特征，在光聚合作用之下實現液態數值薄層的固化。轉移工作臺將固化之后的樹脂在液態樹脂中浸泡，再次掃描，通過重復的操作直至完成原型制造，此種方式質量好，精度較高。

4.1.2 分層物體制造法

復合材料與紙張是主要材料，在材料表面涂抹熱熔膠，利用二氧化碳等高功率特征的光速零件對其進行輪廓的分層切割處理，有效壓縮熱壓裝置，此種方式成本低廉，應用廣泛。

4.1.3 選擇性激光燒結技術

應用陶瓷、金屬等材料作為主要原料，利用磙子作為輔助材料，在二氧化碳高功率激光束等通過零件的分層輪廓作為基礎，掃描燒結零件邊界位置，此種方式無需設計處理利用效率較高。

4.1.4 熔化沉積造型

將金屬等一些低熔點的物質作為主要材料，通過處理將材料拉成絲狀物質，在噴頭位置進行近加熱處理，使其成為板流動的狀態。加強對噴頭的控制，將零件輪廓作為填充基礎，在噴頭擠壓作用之下使得熔融材料形成基礎層，此種方式具有良好的結合度，容易成型，但是此種模具精度不足。

4.2 應用

4.2.1 模具定性

為了提升模具質量，保障其符合規范的設計要求。在設計中就要綜合具體狀況進行調整優化，不斷地修正設計內容。通過設計修正獲得的模具信息會消除存在的各種問題，最終展示已經建模處理之后的信息數據。在模具定性中通過此種技術，利用數字化的功能則可以提升模具的完善性，增強合理性。

同時，在設計階段其存在的問題也逐漸凸顯，這樣就會影響后期的效果。在實踐中最為關鍵的就是優化制造技術，在設計中要降低生產成本，提升生產效率質量。

4.2.2 工程技術以及仿真技術集合

逆行工程以及仿真技術的集合是進行模具的創新。設計制造人員綜合兩種技術手段，創新新型的模型，做好模具設計的創新，達到提升模具質量的目的。通過多次反復的實驗可以實現創新發展。

4.2.3 模具修復

整體上來說，模具修復并沒有構建科學、完善以及合理的有效指導方式。尚未構建完善的公信力，缺乏信服的評判標準。

對此，在此種狀況之下要減少修復費用，降低修復成本；通過強化模具強度的方式，延長模具的使用壽命參數。逆向工程技術可以提升修復工作效率，這樣不僅僅可以降低工作強度，有利于推動模具行業的持續發展。

4.2.4 模具結構評估

模具質量評估分析可以檢測分析其潛在的問題與參數，保障模具符合要求以及規范要求，進而提升模具制造質量。通過逆行基礎進行評估分析，可以設計環節以及實際制造，保障各項工作高效開展。

4.3 案例分析

4.3.1 塑件更改方案對比分析

以冰箱果菜盒為例，其內底面屬于大平面，并沒有任何形狀。通過優化設計之后底部添加了十條均勻分布的凸起形狀。對其進行升級之后增加了美觀性，則減少了摩擦力，有效地增加了應用壽命。塑件更改前后如圖1所示。

4.3.2 模具三維掃描

此模具在生產沒有最終的三維圖形數據信息，無法直接的進行數控加工處理。對此，在處理中通過三維掃描技術以及逆向成像技術建模，利用UG以及Geomagic DesignX結合的方式進行建模處理，獲得三維數據信息。4.3.3 三維掃描準備

拆解模具零部件，全面清洗模具的型腔，拋光生銹位置，保障整體質量。在模具表面噴灑顯像劑，搖均之后排出空氣；距離模具表面30cm左右的位置均勻噴灑；最后粘貼標志點，為了獲得理想的點云數據信息，要避免標志點呈直線分布狀態，避免有規律的設置位置，將其設置在平坦的區域位置中，避免其與邊界位置過于接近。

4.3.4 標定三維掃描儀

圖1：塑件更改前后圖

圖2：逆向建模設計圖像

三維掃描儀主要是通過高精密的工業級別立體視覺傳感器以及三維數據處理系統軟件、標定系統共同構成，在應用之前要做好標定。

4.3.5 三維掃描生產點云

三維掃描中在距離工件300mm的位置，按照設計掃描件進行掃描分析。注意掃描技巧，觀察物體結構特征避免掃描盲區。在掃描一個區域之后快速移動位置之后繼續掃描，直至獲得滿意的掃描結果。最后通過軟件旋轉觀察是否完整性，導出數據，生成三角網格。

4.3.6 逆向建模

在完成設計之后，綜合客戶塑件需求，在逆向設計完成之后可以基于三維圖形進行創新分析，獲得最終的圖像，如圖2。

4.3.7 編程加工綜合客戶需求，進行升級優化，整改方式，根據工藝要求進行加工處理。

5 結束語

逆向工程技術的應用重點就是加強對原始點云數據信息的收集、處理以及構建曲面結構，利用現代化的軟件以及技術手段，便于數據模型的構建，將其作為基礎進行不斷地完善優化，可以提升模具設計加工質量，有利于行業建設發展。