逆向工程和3D 打印技术在工业设计中的应用

2021-11-26高志凯

设备管理与维修 2021年20期

高志凯

（德州职业技术学院，山东德州 253034）

0 引言

随着我国计算机技术的不断发展，在设计师进行工业设计的过程中，不仅可以应用正向工程技术进行产品设计，还可应用逆向工程技术进行产品设计，并通过逆向工程技术用过程中所获得的三维数据进行产品的3D 打印，打破了原有的产品设计模式，使产品设计的周期变短，更有利于产品的改革与创新。

1 逆向工程技术的原理与应用方法

1.1 逆向工程技术的概念

在进行零件、模型加工的过程中，通过工程技术，将零件或模型转换为工程概念与数字模型的过程，就是针对逆向工程技术进行应用的过程[1]。这一技术在进行应用时，可以将应用技术与分析方法等多种技术进行有效的结合，并加以消化与统一，通过这样的方式，就能够让逆向工程技术，成为一个独立的技术。逆向工程技术在进行应用的过程中通常会以软件或是图像作为技术的研究对象，在进行研究的过程中采用生产工程学、设计方法理论等多种专业知识，利用先进的产品设备进行分析研究，从而开发更加高级的同类产品。通过针对逆向工程的应用，可以实现产品再现，还可以针对某一产品进行复制。不仅如此，还可以在进行复制或再现的过程中进行产品的改进与创新。

1.2 逆向工程技术的特点

逆向工程技术通常情况下，会被应用于产品开发与研究，也可以应用于产品的改造与创新、产品的质量分析以及新产品的测试。由于逆向工程业务有一定的局限性，因此它的业务范围通常是进行小批量的零件制造，通过针对这一技术进行有效的应用，可以有效地针对产品的设计周期进行缩短，提升产品换代的效率，还能够针对新产品开发、测试、改进的成本进行有效的降低[2]。

1.3 逆向工程的实施

逆向工程技术在实际应用的过程中，能够快速而全面的针对物理原型的3D 数据进行获取。在逆向工程技术进行应用的过程中，数据的真实性非常重要，因此想要进行逆向工程技术的应用，就必须要让逆向工程技术在进行应用的过程中完成数据采集。通常情况下，只需要利用测量设备针对测量物体表面的多个点进行几何坐标数据的测量搜集与建立，就可以完成数据的采集，并通过采集来的数据传输进入计算机的方式进行产品的快速制造（图1）。在进行数据采集的过程中，不仅可以通过接触测量物体的方式完成数据采集，还可以通过不接触测量物体的方式进行数据采集[3]。

图1 逆向设计工作流程

2 逆向工程与3D 打印技术在工业设计过程中的优势

2.1 针对工业设计与开发过程进行相应的优化

在进行工业设计的过程中，对逆向工程技术进行应用，并采取创新的设计方法进行创新，能够有效地为企业节省进行产品设计与开发的时间，还能够通过这样的方式，针对创新产品的不足之处进行修正，有效的提升产品的生产速度。

在逆向工程技术与3D 打印技术引入工业设计之后，工作人员就可以通过扫描产品的方式进行对于逆向工程技术与3D打印技术的应用，完成对于整个产品的构建。工业设计师可以从产品营销的工作人员那里了解到目前消费者对产品的需求，并了解同类产品的整体情况，进行产品改革的过程中，对这些情况作为产品改正的设计基础，并实现现有产品理念的革新，从这样的革新获取新的设计理念，在进行产品设计的过程中探寻新的表现形式，针对原来产品设计过程中，从未考虑过的设计概念进行探索，从而实现产品各个方面的全新突破，将这一系列的概念设计生成为产品的设计图纸，与有关人员进行相应的讨论。讨论结束后，图解的设计人员就可以根据讨论过程中所提出的一些问题、想法等进行图纸的修改。在将逆向工程引入设计过程后，设计过程往往会变得更加简单，也会变得更加有效率。

企业在开发新产品前，首先会针对产品的市场情况进行调研，通过调研了解到客户的真正需求、产品的市场前景如何，避免产品生产后出现滞销的情况，损害公司的整体效益。如果在市场上已经有了本企业的产品，工作人员也会针对市场上的畅销产品进行改进。改进后的产品必然会在某一方面，或是某些方面优于现有的产品。通过这样的方式，促使消费者购买欲望的提升。在设计人员进行原有产品的改革与创新过程中，就可以从现有的产品架构中找到更多的设计亮点，在保护这些设计亮点的基础上，针对原有的设计缺陷进行改进，通过这样的方式完成对于产品的有效开发。

2.2 提升了设计师与产品之间的联系

在设计师进行设计的时候，通常会在进行产品设计时展示出一定的前瞻性。但是从本质上来讲，这种前瞻性的设计思维，其实也只是一种单向设计行为。在进行产品的设计过程中将逆向工程技术与3D 打印技术进行引入，设计人员在按照自己的思路进行产品设计的过程中，还可以利用逆向工程与3D 打印技术快速呈现产品模型，设计人员通过这样的方式能够在产品之间产生实时的互动与响应。通过这样的方式使设计师能够及时的接收到产品的反馈信息，设计师就可以以反馈信息为依据，进行设计合理性的讨论研究。设计师想要进行产品设计，首先要进行对于产品的概念设计。在设计师进行概念设计的过程中，由于概念设计本身非常抽象，因此设计师通常无法针对产品的整体结构尺寸等进行全方位的考虑，这就意味着设计师无法通过概念设计进行产品的优化。这种情况不仅会让设计师在进行产品设计的过程中浪费更多的时间，还大大提升了由于设计师在进行产品设计时考虑不够全面而导致返工的可能性。但是在设计师进行设计的过程中，通过逆向工程技术与3D 打印技术有效结合，就可以迅速的在设计的初始阶段就获得产品的真实样品，并通过对于真实样品的研究完成对于产品问题的快速修改，要进行产品设计的过程中逆向工程技术甚至支持进行少量样品的制作，以供设计人员进行产品的研究，并根据样品进行产品的改进。这种方式为设计人员在进行产品设计的过程中提供了更好的设计环境，使设计人员在进行产品设计修改的过程中能够直观的了解到目前产品设计还有哪些不足，从而尽快地完成优化。另外，进行产品设计时，首先制作出产品样本，就可以使营销商以及未来用户针对这一产品样品进行使用，并给出相应的评价和意见。设计师就可以针对这些评价与意见进行产品的改进，使产品在大面积推广后能够满足更多的需求。在设计师进行产品设计的早期阶段，制造商方面如果能够尽早拿到产品设计样品，就能够尽早针对产品的制造材料、加工技术方面进行意见的提出，通过这样的方式保证设计方案的成本都有所降低的同时，还能够提升产品的质量。

另外，在营销人员进行工作的过程中，还可以针对市场上现有的畅销产品数据进行收集，并将这些数据回传给设计师，设计师就可以通过这些数据，进行产品的设计，使自己的产品在进行设计的过程中，不仅吸纳其他同类产品的长处，还尽量规避其他同类产品的短处，从而提升本产品上市后在市场上的竞争力。另外，在设计师进行产品设计的过程中，通过针对逆向工程与3D打印技术进行应用，还能够使一部分产品用户更早的看到产品样品，甚至进行产品样品的试用。

总之，在进行产品设计的过程中，逆向工程技术与3D 打印技术的应用能够有效的让设计师与消费者之间产生互动，打破了传统的设计师进行单项设计的局面，使设计师在进行产品设计的同时，还能够接受到消费者、经销商、制造商等多个方面关于产品的信息反馈，从而使设计师真正的能够与产品进行互动，提升设计师设计方案的完整性与准确性。另外在进行逆向工程和3D 打印技术应用的过程中，由于这两种技术仍然在应用的过程中有一定的局限性，因此，建模结构与零件细节往往会与原始的目标产品出现很大的不同，而这些差异在设计师进行设计的过程中，也可以帮助设计师进行创新设计方法的拓展，通过这样的方式体现出设计产品的产品特性。