论逆向工程技术及其在模具设计制造中的应用

李辉 卢涛

【摘 要】逆向工程技术是通过对原始产品信息的研究和分析来获得产品的外观特征，并将其作为模具设计和制造方法的基础，这是一种广泛使用的方法。本文主要讨论逆向工程技术及其在模具设计和制造中的应用，对逆向工程技术的应用规范性进行分析，以求為模具设计制造技术的发展贡献一份力量。

【关键词】逆向工程;模具设计;制造应用

引言

随着我国制造业的不断发展，逆向工程技术作为一种新型的技术媒介，不仅可以减少实践中的设计制造时间，还可以有效地提高制造质量，达到提高整体经济效益的目的。在制造公司中最重要的事情是加强技术研究和分析，在模具生产设计中合理应用逆向工程技术可以有效提高模具质量。

一、传统模具设计制造技术

以精密铸造生产的普通机床零件为制造工艺，属于传统模具制造的范畴。在传统的模具制造中，通常采用以下两种方法：一种是使用液压三维模具铣床制作比例模型，另一种是使用三维雕刻机制作比例模型。但是，这种制造方法存在许多空白，除了产品尺寸的精确性较差外，产品稳定性也较差，还需要大量的人力成本，这对企业的可持续发展造成极大阻碍。在这种情况下，无疑将给以后的数控加工和质量检验工作带来困难。由于实际的铸模在某种程度上也可以归纳为一种产品生产，因此不可避免地会有偏差和收缩，并且用这种模具生产的产品肯定会有一定的缺陷性。

二、逆向工程技术的应用概述

在人民生活水平不断提高的过程中，现代技术产品的更新速度越来越快，产品功能呈现出多元化的发展趋势。传统的模具设计和制造无法满足客户的需求，通过现代模具制造技术和反向3D扫描技术进行加工可以有效满足现代工业生产的实际需求。

逆向工程技术也称为逆向3D技术等，它是基于工程零件的物理基础，通过3D扫描技术进行处理，获得相应的点云数据信息，使用逆向工程的3D软件执行模型设计和处理，最后从工程零件模型中获取参数信息。

（一）原始点云数据

逆向设计中的3D扫描技术是最基本的技术形式。通过3D扫描从零件中提取原始数据也是逆向设计中最重要的方法和内容。逆行设计过程的主要基础是原始点云数据。因此，点云数据的真实性也将对反向建模的成功产生严重影响。通过三维扫描获取的点云数据可以在测量过程中以接触和非接触方式使用。

（二）点云数据的实际应用

在3D扫描技术中，需要获取大量的点云数据，并且该数据是以3D坐标点的形式展示出来的。由于扫描设备的性能和被测物体的工作方式的影响，测量数据点的数量也不同，通常在几百点到几百万点之间。产品的产品坐标数据点通过三维激光扫描仪进行分析，这些激光散射后会导致在极限位置和锐角位置的数据测量不准确，进而导致数据错误。因此，需要注意反向建模中的点云数据处理。可以在CAD建模之前对相关数据进行预处理，包括数据点的分割和重新排列以及点云数据的缩小。在点云数据处理过程中，主要使用Geomagic Studio的处理方法，包括手动测量、噪声消除和边界优化。

（三）建模过程

首先打开文件，可以使用UGNX将其打开并进一步改善Geomagic尚未处理的位置，同时对所获得的曲面进行立体切割，以得到与s体形状匹配的模具与表面模型。由于采用了模具外壳，因此主体的形状与原始对象完全相同，因此可以用于以后的产品模型的生产。

三、逆向工程技术及其在模具设计制造中的应用

（一）几何建模

制造商提供的原始信息材料不能确保数据的实际应用性，必须完整考虑客户提供的信息的完整性。这方面可以有效地防止模型设计仅依赖于CAD，另一方面，可以有效地促进逆向工程技术与CAD/CAM系统的结合，从而提高模具设计的质量。当前阶段逆向工程技术的广泛应用和三维仿真技术的实践为模型设计带来了新的发展空间，将新颖创新的想法变为现实。

（二）三维数据采集技术

为了使零件扫描过程更加方便和准确，需要进行初步准备，例如设置基准、喷涂显影剂、软件校准、仪器校准等。相关人员可以使用三维激光扫描复印系统，精确扫描准备阶段初期建立的一系列标记，在此基础上，合并扫描数据，并可以直接从扫描源头获得数据。在扫描过程中，可以将新型的自动定位技术应用于此过程，将测量精度设置为0.1mm/0.5m，使用交叉激光扫描实时处理数据，最后生成一个三角形表面。为了确保没有重叠的数据的准确性，避免数据冗余，可以使用.STL格式进行数据输出。扫描时，必须使用三维激光扫描系统在各个方向和多个角度扫描整个零件。

（三）三维几何建模

建模过程看似简单，但实际上涉及复杂的数据处理。对于数据处理，需要应用到相应的图表，这些图表不仅可以通过数据拟合、密集度修改方法来获得，还可以通过区域裁剪、数据平滑来获得。

要提取剖面线，必须进行一系列准备工作，最重要的是对齐零件的点云。要对齐零件点云，首先必须使用相关软件来扫描通过扫描Transfer获得的点云文件，然后必须以特定方式执行相应的辅助参考点（例如分析目标云的云特征）等。提取点云数据后不会立即对其进行处理，并且由于原始数据通常非常复杂，因此需要进行大量的后优化处理，这需要过滤这些参数，然后进行平滑处理等后优化处理并完善缺失点。只有这样，才能处理不必要的数据并降低点云的密度，才能加快数据处理的速度和精度，并有效地构建零件的对称参考平面。

如果要重建模型，则需要注意要素线的有效提取。在此过程中，必须首先根据零件的外部特性划分平面，孔，槽，圆柱面和其他二次曲面等区域。然后必须分割零件点云，并且必须通过分割来划分二次曲面，确保点云符合构造平面，内孔，凹槽和圆柱面的需要。另外，零件的外部特性也可以直接完成，可以使用直线较差的方式来确定平面，也可以使用矢量或截面线来确定圆柱面或内孔。该过程需要将实际测量数据与系统扫描数据结合在一起。表面的特征线必须根据自由曲面构造。想要获得自由形状的表面，必须首先获得所需的截面线，该截面线是根据零件点云完成的，然后在删除冗余点云之后执行点平滑处理，处理后的点云进行调整以获得曲线。

四、实际加工过程概述

（一）立体光固化加工技术

具体地讲，以光敏树脂为主要加工原料，计算机控制紫外激光束并扫描零件各层的轮廓，从而使液态树脂薄层通过光聚合固化。在移动工作台时，将固化的树脂浸入液态树脂中，然后进行扫描，直到新层也粘附到固化层上。通过重复操作，整个原型就完成了。以这种方式生产的原型具有高质量和高精度。

（二）固体分层制造技术

使用的主要材料是复合材料和纸张，这些材料的一侧应涂有热熔胶，同时，通过将轮廓切割成高速二氧化碳部分的光层，各层之间的热压装置能够进行有效粘合，这种材料的成本低，并且材料的来源也比较广泛。

（三）融化凝固加工技术

所使用的主要原材料是蜡、金属和其他熔点相对较低的材料。这些材料必须拉伸成细丝，然后在喷嘴位置加热，以使其变为半流体。同时，控制喷嘴，并将零件轮廓用作填充运动的基础，喷嘴的挤压能够使熔融材料形成基础层，以这种方式形成的模具太粗糙并且缺乏精度。

五、结束语

总之，逆向工程技术的应用重点在于原始点云数据的收集、处理和表面构造，困难在于点云和表面的一致性。结合CAD技术，有利于获得原始的物理数字模型，并将其用作修改和改进的基础，这为模具设计和加工提供了更多便利，对设计行业的发展具有重要意义。在实际应用过程中，必须结合实际的设计制造要求进行综合技术的应用，通过多种现代化技术确保设计生产的精确性和效益性，为企业的发展打下良好的技术基础。

参考文献：

[1] 邓锐，吴俊超，黄坚.逆向工程技术及其在模具设计制造中的应用初探[J].山东工业技术，2017（21）：108.

[2] 李波，向思颖.逆向工程技术在模具设计制造中的应用分析[J].西部皮革，2016，38（18）：9.

[3] 王劲锋.模具设计制造中逆向工程技术应用分析[J].硅谷，2013，6（04）：20+163.

[4] 成思源，张湘伟，黄曼慧.逆向工程技术及其在模具计制造中的应[J].机械设计与制造，2009（06）：233-235.

（作者单位：焦作科瑞森重装股份有限公司）