逆向工程在塑料牙刷生产中的运用分析

摘要：牙刷在人们的日常生活中属于易耗品，塑料牙刷的生产随着科技的进步，工艺在不断改进优化。在生产塑料牙刷的过程中，将逆向工程运用其中，通过产品模型的数据逆向设计注塑模具，这样在进行生产时就能提高效率，使牙刷的生产能够批量进行。而这种逆向设计模具的方式在模具制造中也能够得到大力的应用。本文对塑料牙刷生产中逆向工程的应用进行了分析，以供参考。

关键词：塑料牙刷;逆向工程;生产;应用

塑料牙刷在生产中缺少适合的检验工具，所以对于尺寸的检测相对来讲较为繁琐，在生产周期以及成本投入方面都有不利的影响，将逆向工程应用其中，可以通过对牙刷数据的获取来反向设计模具，这样牙刷生产的质量和效率都能够得到较好的提高。

1.逆向工程概述

通常产品的设计过程主要是指从结构框架设计到产品形成的过程，也就是说，设计人员需要先将产品的性能、外观以及相关的工艺参数等构思出来，接着进行具体的设计，以此得到数据的模型，然后进行研发，最终出产品。这种产品的设计过程属于正向工程，也是最基本进行的流程。而相反的，逆向工程简单来讲就是从产品倒推到设计，具体是指结合已经存在的产品，对产品设计的相关数据模型设计进行倒推的过程。逆向工程在模具制造方面有较好的应用，最早的船舶行业中有关船体的放样设计就是应用了逆向工程[1]。

2.逆向工程應用的重要作用

逆向工程在产品的尺寸检测、产品仿制以及新产品研发中有较好的应用，其应用过程中具体的优势有，能够使产品的设计研发周期缩短，有了已经存在的产品，对其设计进行倒推，能够使产品的更新升级加快。另外，能够使新产品开发的成本投入减小，降低风险，减少了不断试验优化的过程，从已知产品中进行反向思考，可以减少成本的浪费。再者，对于小批量的部件制造较为适用，特别是在模具的制造中，可以进行直接制模也可以间接制模。直接法就是利用CAD的结果直接制造成型，不需要样件，也不会过多的依靠传统模具制造方式，模具制造方面有较好的应用前景。而间接法就是制造产品部件原型，将原型作为母模，与制模工艺结合将需要的模具制造出来[2]。

3.塑料牙刷生产中逆向工程的应用

3.1收集坐标数据

在逆向工程的应用中，收集坐标数据是首要的工作，这是处理数据、建立模型的最基本的工作。通常在收集数据时，主要的方法有利用简易的工具进行手工测量，或者是通过测量机机械的测量三维坐标的有序点数据，又或者利用数字成像、激光扫描测量三维坐标的数据，得到无序的多点云数据[3]。在逆向工程中使用较为广泛的就是光三维扫描仪来收集数据，这种扫描方法主要是借助于计算机技术，对产品的结构以及外形进行扫描，然后获取到产品外表面的三维坐标。产品的三维信息能够以数字信号的方式进行计算机处理，使模具的制造效率得以提升。利用光的反射收集产品的数据信息，如果产品颜色深或者是透明、高反光，扫描不易被识别出来，需要对产品的表面进行处理，使其能够正常反光时再收集数据。光三维扫描仪的稳定性很好，而且扫描的精度很高，其中有自动转盘，可以使人工操作量减少，这样效率和质量都能够得到提高。在进行扫描操作之前，还需建立扫描平台，给牙刷进行喷粉处理后晾干，然后按照扫描的要求给牙刷贴点，接着将其放置在自动转盘上，开始扫描。

3.3逆向处理

将保存好的两种格式文件导出后再导入到CAD设计软件中，依照点云和线段，使用三维设计软件对塑料牙刷进行逆向设计，然后对逆向设计的结果进行不断的优化完善，从而获得满足要求的模型数据，并应用到牙刷模具的设计中，这样后续在生产塑料牙刷时就可以利用模具批量生产，保证尺寸标准统一，同时对于尺寸的检测也更加方便。

4.逆向工程应用的关键

4.1 Pro/E软件介绍

在CAD设计软件中，Pro/E软件主要是包含设计到生产的机械自动化软件，在三维造型设计中应用较为广泛，属于参数化的实体造型系统，具备数据库的性能。Pro/E软件中的高级曲面扩展功能能够为逆向工程进行建模和规范设计提供较好的环境。Pro/E的交互式曲面扩展功能对其处理技术进行了新的定义，具备曲面建模的能力，灵活性较高。设计人员能够在自由化的参数建模环境中开展工作，实现设计和工程的集成。在Pro/E软件中，参数化建模的基础上对形状多样的物体进行几何建立，工程设计人员能够有较大的灵活发挥空间。

4.2 Pro/E软件曲面建模

在应用逆向工程时，Pro/E软件的曲面建模是其中的重要工作，在生产塑料牙刷的过程中，使用逆向工程通常需要制造模具，利用光三维扫描仪对牙刷的相关数据进行测量，然后经过相应的软件处理收集的数据信息，从而形成三维框架，将其以igs的格式进行保存，接着将处理过后的文件传入到Pro/E软件中，以便能够为后续的设计提供几何参考。利用建模的方法与传统的图纸设计不同，这种方式以三维模型的尺寸作为前提，主要是以构图手板进行设计。塑料牙刷生产过程中，将扫描过的牙刷模型数据作为原型，三坐标数据体现牙刷的数字化模型，有了模型数据，在Pro/E软件中进行曲面建模时，在尺寸方面就不会出现差值，而且牙刷结构的细节问题也能够反映出来，对造型上的要求能够在模型中进行结构优化，这样牙刷模具的制造就能够更好的符合具体要求。对塑料牙刷的建模主要就是通过Pro/E软件中的曲面建模功能，借助于计算机，能够进行函数控制，对图表进行自定义，很多的功能都能够良好的体现。

结束语：

综上所述，利用扫描仪获取塑料牙刷的点云数据，然后通过相应的点云处理软件，对其进行优化，利用优化完善后的数据反向设计牙刷生产的模具，这样可以使牙刷研发的周期缩短，成本投入减少，对于牙刷尺寸的检测也更加便捷，进而提高牙刷生产的质量。

参考文献：

[1]何静宇，崇云雪. 逆向工程在塑料牙刷生产中的运用[J]. 南方农机，2019（12）：184-184.

[2]张栋良. 逆向工程技术在塑料模具设计中的应用分析[J]. 数字化用户，2018，024（028）：96-96.

[3]高东强，杨飞，闫媛媛. 逆向工程在塑料产品及其模具设计中的应用[J]. 中国塑料，2014，28（01）：203-205.

作者简介：周招仁  19800628  男   浙江平阳   大学本科  助理工程师  浙江省超风矿用机械制造有限公司  325401  矿用机械设计及研发（卷扬机与绞车等）