逆向工程在3D打印技术中的应用

胡彦萍

(兰州石化职业技术学院 机械工程学院，甘肃 兰州 730060)

0 引言

逆向工程(RE)是在只有产品实物的前提下，使用测量设备获取实物的表面数据，通过三维几何建模的方法重构实物的数字模型，然后将数字模型进行产品分析和再设计、模具制造和加工生产的过程[1]。运用逆向工程技术，能够得到物体的表面数据模型，并进行相应的设计加工，从而实现对工艺品、文物等物品的保护和开发[2]。本文以马踏飞燕工艺品为例，介绍了逆向工程在3D打印中的应用。

1 获取数字化模型

本文采用Handyscan300手持式三维激光扫描仪和VXelements软件来实现马踏飞燕模型(如图1所示)的三维数据采集与优化。采集前需要在模型上贴标志点，并采用扫描表面的方式进行扫描，在多角度扫描并拟合拼接后，会得到一个完整的模型表面数据，并将此数据文件保存文件名为:马踏飞燕.stl。然后将此文件导入Geomagic Design X逆向工程软件中，进行填孔、删除特征、平滑和再面片化等处理，提高面片的品质，模型扫描完成后(如图2所示)继续保存成stl格式。

2 3D打印

2.1 切片

打印前需要用配套的切片软件对模型进行分层切片，本文使用Einstart-S桌面3D打印机，打印精度在0.1 mm～0.4 mm之间，可以根据需要自行调节，这款打印机的打印原理是采用FDM(Fused Deposition Modeling，熔融沉积)技术，配套的切片软件是3dStar软件。

在3dStar软件环境下打开处理好的面片数据(马踏飞燕.stl)，将模型缩放至合适比例，旋转到合适方向后移动到平台中心，如图3所示。在“程序设置”中选择设备类型为【E-s】(如图4所示)，在“路径生成设置”中选择打印模式为【细腻】(即精度最高，层高为0.1 mm)，参数设置选择【内外支撑】(如图5所示)。点击【生成路径】，软件自动将模型按照设置的参数进行分层切片。切片完成后，可以在路径查看器中查看打印时间和分层数等信息(如图6所示)，也可以查看填充效果(如图7所示)，如果不满意可以重新设置后进行切片。最后将软件切片后生成的文件(马踏飞燕.gsd)存入打印机SD卡中，将文件名重命名为matafeiyan.gsd。

图1 马踏飞燕模型

图2 扫描处理完成后的模型

图3 模型放置合适比例和位置

2.2 打印与后处理

先将SD卡插入打印机卡槽，再打开打印机(注意：必须先插卡，再打开机器，否则打印机不能识别到SD卡)，完成打印丝的穿丝操作后，在打印界面选择要打印的模型(matafeiyan.gsd)，点击【OK】按键即可。打印完成后(如图8所示)需要手动去除支撑，用工具将内外支撑都去除后马踏飞燕作品就完成了，如图9所示。

图4 程序设置

图5 路径生成设置

图6 路径查看器

图7 支撑与填充效果

图8 打印完成后的模型

图9 最终完成的作品

3 结语

工艺品、文物和艺术浮雕等物品，通常具有曲面造型复杂、细节特征明显、缺少CAD数据等特点，难以用正向设计的方式得到这些物体的数字模型[3]。逆向工程技术在复杂曲面建模方面具有建模速度快、复原精度高、开发周期短等特点。本文以马踏飞燕工艺品为例介绍了逆向建模和3D打印的过程，对于激发学生的学习兴趣，培养学生的工程实践能力起到了积极作用。