逆向工程及3D打印技术的应用与精度分析

李继明

（甘肃能源化工职业学院，甘肃 兰州 730207）

0 引言

中国科学技术在世界上已经处于领先的地位，中国的制造业在世界上所占的份额和比重也越来越大，中国也逐步成为全球制造行业的聚集地。这对中国制造行业来说既是一个重大的机会，但随之而来的需要面对的是更多的艰难和挑战。新型技术3D打印技术的出现对于制造业来说是一项非常重大的变革，而逆向工程又会对3D打印技术起到促进的作用。传统的设计方式是设计师先画出产品的图纸，然后按照图纸进行生产、加工[1]。这种传统的设计方式已经不能够适应市场的快速变化。这也就催生出3D打印技术与逆向工程在工业制造中的广泛应用。

1 逆向工程的产生意义

逆向工程是一种全新的产品设计思路，是根据对已有产品的逆向推理从而分析出产品的设计流程、人员框架、性能指标、技术特性等，是一种反向的产品设计形式。逆向工程的产品成果与原有产品相近，但是又绝对不是简单的抄袭而已，产品存在差异性。反向思维来源于军事上对产品的硬件逻辑进行分析，核心作用是在不能够获得一些产品的技术特性和性能参数时，利用成品进行反向推导，从而得出产品的重要性能参数和技术指标，意义重大。

1.1 可以有效的节约设计的时间，较少设计费用

在竞争激烈的当今社会，提高产品竞争力的一个重要手段就是降低产品的成本，在竞争激烈的市场长价格的优势往往是其他的优势所比拟不了的。逆向工程的出现大大节约了设计的时间，时间就是金钱，节约了大量的人力和物力，这也就直接导致了产品成本的降低。在整个产品设计流程中，在开始设计的时候，首先应该去建立一个电脑的三维模型，这个过程需要设计师花费大量的时间和精力在上面。而逆向工程的出现只需要通过用计算机去扫描已有产品计算机会自动的去生成产品的3D模型，这也就使得建模的时间大大减少。除此之外，某些模型的一些修改也可以利用3D打印技术来实现，大大降低了设计的难度，节约了设计成本[2]。

1.2 让设计变得更加的随心所欲

对于一个产品设计的评价方向是多种多样的，在产品设计领域，对于一个产品的评价并不会把使用效果最优来作为对一个产品设计最核心的评价准则。因为产品的设计是一个及其复杂的过程，尤其对一些曲面造型特别复杂的产品，在建立模型时很难实现，或者说根本不可能实现。所以说即便是设计产品的最优解决方案最后会也很可能被否决掉。逆向工程的出现解决了这一难题，产品是不是非常复杂与建模的难易程度不会相关，两者是完全独立的形式。无论多么复杂的产品，都可以通过计算机扫描的形式来直接获取模型，这也就大大降低了产品设计人员对建模设计的难度，从而有更的时间和精力来研究优化产品的具体功能，让设计变得更加随心所欲，不用再受制于建模能否实现[3]。

2 逆向工程在实际工业设计中的应用

2.1 产品新部件的开发

在制造业产品设计过程中，产品的设计不能非常容易的用概念词汇来表达，因为有些产品的形式非常复杂，用概念描述的方式很难表述明白。为了让产品表述的更加形象和清晰，产品的设计开发人员会通过创建物理模型的形式来描述产品的功能和外观结构。运用反向思维的形式建立起来的产品模型，如果需要产品的升级或者改动，只需要在原有的模型上修改，而不需要重新建立模型，大大的方便了设计人员的设计开发工作。

2.2 现存部件产品的复制

在不知道原有产品的设计图纸或者重要性能参数的条件下，先进的技术可以实现用计算机扫描产品实物后自动生成产品的3D模型，将产品实物转换为数字化的产品模型。这样的情况下，就可以运用反向思维的方式实现对产品部件的复制，可以利用此技术顺利的去探索产品的设计目的和设计原理，也有助于在原有基础上对产品进行升级和改造。

2.3 已经损坏的部件的重现

当产品的部件遭受损坏时，也可以利用计算机扫描的方式来获取产品部件的模型，在获取模型的基础上对产品进行修补，可以轻易地获得原有产品的替代模型，这样不仅可以大大节约设计的开发时间而且更能提高工作的效率，也增加了设备的使用时长。

2.4 方便产品的不断修改，有助于产品部件精度提升

在对产品的外形进行设计时，开发人员需要先对产品的部件进行一个概念化的设计，在概念设计过程中要充分地考虑到产品的功能需求和外观度的美观程度，在这个过程中是不需要花费过多的时间在精度提升上，因为这个阶段属于产品还没有定性，需要不断的去改进和完善，只需要创建一个模型表述概念。计算机的扫描在这个过程中发挥着非常重要的作用，可以运动反向思维的方式实现模型的创建、修改和精度的提升，直至创建出符合要求的产品[4]。

3 3D打印技术的重要意义

普通的计算机打印技术可以打印出一些平面的实物，图纸或者照片等等。3D打印技术的打印原理与普通打印的原理基本相同，不过可以打印出来的作品是立体的，是具体的实物。另外，3D打印技术与普通打印技术的原材料也是不一样的，普通打印所需要的原材料可能是墨粉等，而3D打印技术需要一些符合粘合剂等。3D打印技术很大程度上提高了产品的成型速度，并且产品的精度也比较高，表面的水平也非常好，适合用在一些对材料的标准不是很高的产品生产上。

4 3D打印技术的应用领域

3D打印技术的应用领域非常的广泛，涉及医学、航天、海事等非常多的领域。

4.1 在医学上的应用

目前在日本已经可以实现利用3D打印的技术制作出人体肝脏的立体模型，通过模型可以清楚的看清肝脏内的结构和血管的走向，这项技术可以用很低的成本制作出每位患者的肝脏模型，当医生给患者治病时，可以更精准的摸清患者的肝脏情况，有助于治疗过程的顺利进行，也有助于向患者形象的阐述病灶及治疗原理。并且模型的简历是基于患者的一些其他的检查结果而建立的，整体的形状线条表述出患者肝脏的整体构造，也可以形象地表述出肝脏内部的细节。另外，3D打印技术在医学上还可以用在打印头盖骨、打印脊椎植入人体、打印手掌治疗残疾、打印心脏治疗先天性心脏病的人群、打印制药、打印胸腔、打印血管等众多的方面[5]。

4.2 在建筑行业的应用

用3D打印的形式建造房屋早已经不再是神话，早在2014年，中国的上海已经实现了打印房屋的交付，10幢房屋仅仅用了24个小时就完成了，速度真的让人惊叹。在打印之前，先用计算机设计出房子的图纸和结构，然后就可以用一台庞大的打印机去完成。还有在2015年在西安利用3D打印技术打造出的别墅，仅仅用了三个小时就可以做到放好家具可以随时入住的状态。不得不说，3D打印技术的速度真的在传统的建造行业力是想都不敢想的，传统的建筑行业建造一个小区的住宅楼通常需要几年的时间去完成，且需要花费大量的人力、物力和财力。3D打印完美的解决了这些问题，你和朋友吃个饭聊聊天的时间也许一所房子就建成了。

4.3 在汽车制造行业的应用

3D打印技术在汽车行业的应用不是单纯的指用3D的技术直接打印出来一台汽车，更多的是应用在汽车零部件的打印上，这会很大程度上降低零部件生产的成本，提高生产的效率。目前，3D打印应用比较多的两个方面一个是试验原件的模型和产品功能的原型。相对于原来的非常复杂的模型设计流程，3D打印技术直接可以从计算机中录入进去相关的信息参数，直接可以得到所要求的原件。所以说，3D打印技术在保证产品质量的情况下最大程度的节约了生产的时间，降低了生产的成本[6]。

4.4 传统制造行业

在原有的制造产业方面，也有很多的地方可以用3D打印技术来替代原有的生产方式，毕竟这种先进的生产形式无论是在降低企业成本或者是提高企业效率方面都起到显著的成效。并且3D打印技术较之前的传统生产方式更加的精确。在传统制造行业，3D打印技术适合规模比较大的产品的生产，所以企业这项技术的应用对企业来说是一个重大的福音，对企业产品的质量也是一个重要的保证。

4.5 在文物保护领域的应用

文物的单一性决定了文物保护这项工作的意义非常的重大，有关于文物保护的问题一直是考古领域里面的难题，因为文物是历史遗留下来的物品，不可能做到再生。如果文物受到损坏的话将再也不会有第二件存在。3D打印技术的出现，将给文物考古领域以新的思路，对考古行业意义非常的重大，利用3D打印技术可以精确的还原出文物的样貌，帮助人类去记忆历史中发生的变迁。比如非常之著名的文物秦兵马俑，刚刚被挖掘出来时色泽非常的漂亮，可是经过空气的氧化色泽就变得非常的暗淡，丧失了原有的风采。

5 结语

逆向工程及3D打印技术的出现对于制造行业来说意义非常的重大，对于一些外观比较复杂的产品设计来说更是降低了开发的难度，很大程度上实现了为企业的节本增效。设计人员可以轻易的去进行产品模型的修改和升级，更有利于将时间精力用在产品的功能设计上面，可谓是一举多得。但由于目前的状态下，这两项技术在很多的领域发展的还不是非常的完善，技术方面也存在一些缺陷，需要广大的科研工作者共同努力促进逆向工程和3D打印技术的广泛运用。