3D打印技术在产品逆向工程中的拓展性探究

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇3D打印技术在产品逆向工程中的拓展性探究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘 要： 如今逆向工程在产品设计中的应用得到了快速发展，与之相协调的快速成型技术也在不断更新。3d打印技术作为第三次工业革命的标志，正逐渐渗透到产品设计的各个环节，特别是产品逆向工程对3D打印技术的需求更为强烈。本文在概述了3D打印技术和逆向工程的概念与原理的基础上，通过对具体实例的分析，阐述3D打印技术在产品逆向工程的拓展性方法与集成应用，以实现产品快速设计、快速制造，最后强调该技术在逆向工程中的发展前景。

关键词： 3D打印；逆向工程；拓展性方法；集成应用

1.概述

1.1 3D打印的概念

3D打印技术是结合了机械、材料、软件以及数控等多学科知识，属于多学科交叉的一种先进的制造技术，该技术是快速成型技术的一种，它是以数字模型文件为基础，通过对材料（粉末、金属、光敏树脂等）层层叠加制造，由3D打印机在X-Y平面内通过扫描形式形成数字模型的截面，并且在Z坐标方向间断地作层面厚度的位移，最终形成所需要的三维模型。根据材料的形成和加工成形方式的不同，可以将3D打印技术分为SLA、SLS、3DP、LOM、FDM五种类型。

1.2 逆向工程的概念

逆向工程又称为逆向技术，主要是针对于正向工程而言。正向工程是从产品设计到产品生产，是一种“从无到有”的设计过程，而逆向工程则是对一种产品设计技术再现的过程，既通过一定的技术和手段对产品进行逆向分析和探究，通过数字化设备和技术以及CAD等制图软件构造曲面或者实体，形成一个三维模型，进而演绎并且得出该产品的生产流程、功能特点、结构特征以及技术规格等设计要素，最终制作出功能相近，但又和原产品不同的一种“从有到新”的设计过程。

2.3D打印技术在产品逆向工程中的拓展性方法

2.1逆向工程的现状

目前逆向工程已经广泛应用于各个设计领域，它独特的设计过程受到很多设计公司的青睐。逆向工程主要是在现有产品的基础上推陈出新，快速的设计出市场所需求的产品。它主要的设计流程为样品3D测绘点云数据采集重构模型曲面完成三维模型快速成型产品模具开发、生产。

对于现有样品进行点云数据扫描采集是逆向工程中最为重要的环节，它决定了后续模型曲面或实体的重建能否方便、准确地进行。对噪声点和异常点的处理，将决定产品后期建模的完善程度。在此环节中需通过3D激光扫描仪利用激光光刀对贴在样品上表面的点进行扫描，进而通过软件形成点云的集合，再通过Geomagic Studio对扫描的数据进行分析整合，从而完成点云数据的采集。但是在此过程中需要专业的技术人员进行操作，而且现有的3D激光扫描仪对大型的样品如汽车、摩托车等的外形覆盖件进行数据扫描时，由于对产品的特征和约束的识别度有限，从而影响对产品曲面的重构。并且对于大型的产品而言，从设计草图到油泥模型再到逆向工程，较长的设计周期会影响产品的生产效率，在整个过程中需要大量的专业人士的参与延长了设计周期，而3D打印技术的出现将会缩短逆向工程的周期，减少流程环节，促进设计与生产的结合。

2.2 3D打印技术在产品逆向工程中的拓展方法

3D打印技术与产品逆向工程的应用，是指在产品的反向演绎和制造的过程中，采用3D打印技术以实现产品的快速成型、产品分析与检测、产品重构与制造等一体化过程。3D打印技术的应用不仅会缩短产品研发周期，而且有利于产品的分析与生产。3D打印技术与逆向工程的集成流程：样品扫描点云数据重构网格曲面模型检测、数据分析模型3D打印打印产品分析产品开模投产，产品出现问题再回到点云数据扫描，这样的一种循环过程。在此流程中，设计师还需要对初步打印的产品进行数据整合于分析，结合工程师对产品结构的建议不断对产品外观进行改进，最后打印精度高、质量优良的产品。

3D打印技术应用于产品逆向工程的广泛性不仅体现在二者的集成流程，更重要的是在掌握两者技术的基础上，根据二者的特点开展新的研究方法，缩短产品研发周期，提升产品研发质量，降低研发成本。

对于所使用的材料而言，由于不同的材料所打印出的产品的精度不同，能够展示的细节也各不相同。由低精度到高精度的打印方式可以弥补目前在对产品细节处理时的不足，这就需要数模师对产品设计师的草图有深刻的理解。数模师可以通过Alias、Rhino、UG等软件建立简单的三维模型，由3D打印机打印出低精度草模，再经过产品设计师对产品线条、细节的推敲完善草图后交于数模师和工程师进行处理、增效，经过这样的循环过程会大大缩短产品研发周期，降低产品研发费用，提高效率。

对于产品研发而言，许多设计团队都采用正逆向工程相结合的手段来完成，而在这样的设计环境中，3D打印技术可以发挥它巨大优势。正逆向工程的结合在一定程度上可以弥补双方设计流程上的不足，3D打印技术作为快速成型技术的一种则需要成为连接正逆向工程的纽带。在此过程中，可以先按照正向工程的流程选择低精度的材料打印出所设计的模型，对于一些细节部分由产品设计师进行细化，由油泥师对打印的模型进行改良，待整体的外观确定后，再经过三维扫描出需要优化的曲面点云信息，经过数模师和工程师的处理，打印出高精度模型，交由甲方。这样的工作流程平衡了各设计师的作用，弱化了刮油泥模型的过程，缩短了整个流程的周期，发挥3D打印技术的优势，有利于产品的研发与生产。

3.实例分析

微车发动机风扇开发

微车发动机风扇开发过程完全采用了产品逆向设计的工作流程。首先是采用三维流动式光学扫描仪对参考样机风扇进行全部特征扫描，对一些瑕疵点进行过滤，通过Geomagic Studio修正残缺点云，达到优化目的。然后通过Imageware和UG 8.0对风扇曲面和结构进行重构，包括点云的提取与合并、曲面修剪、加强筋设计、拔模角度设计等方面。完善风扇的外形和结构后，对其进行数据分析，包括风扇曲面的光顺行、曲率、拔模等，避免出现倒拔和曲面错层，影响产品打印。数据分析完毕，产品达到要求后，进行风扇3D打印制造。打印完成后对产品的表面进行打磨处理，使成型件的表面质量达到最佳。

4.结束语

3D打印制造技术与产品逆向工程的结合，通过一系列的硬件设备和使用软件从而构建了一个快速产品开发的系统。这样的快速设计系统在缩短产品研发周期的基础上，加快了产品造型的系列化设计，降低了新产品开放的成本与风险。由于该技术的便捷性，材料的廉价性，在逆向工程的流程中的地位也会越来越重要。这种重要性不仅仅体现在设计流程，更体现于对产品整个开发过程的缩减。通过以后数字化技术和3D打印技术的不断发展，以及3D打印机打印产品尺寸的改良，将会逐渐取代产品研发过程中的手工模型的制作工程，在一定程度上影响了产品设计研发的发展趋势，对一个企业乃至于一个国家的产品开发与创新能力的提升将产生巨大的推动作用，促进工业设计的不断发展。 （作者单位：齐鲁工业大学）

参考文献

[1] 中国机械工程学会.3D 打印打印未来[M] .北京：中国科学技术出版社，2013

[2] 胡迪・利普森，梅尔芭・库曼.3D 打印：从想象到现实[M] .北京：中信出版社，2013

[3] “打”出天下，“造”化万物――改变世界的3D打印技术[J].发明与创性，2011.第11期：4-9

[4] 许廷涛.3D 打印技术――产品设计新思维[J].电脑与电信，2012.第9期：5-7

[5] 胡慧芸，陈世健.基于逆向工程与快速成型技术的产品设计[J].科技与企业，2013.11

[6] 龚运息.逆向工程及3D打印技术在微车发动机风扇开发中的集成应用[J].科技专论

[7] 刘勇利.浅谈3D 打印技术在产品设计中的应用[J].中国新技术新产品，2013.12

[8] 江洪，康学萍.3D打印技术的发展分析[J].透视，2013.10