逆向工程技术及其在模具设计制造中的应用分析

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　　摘 要：本文主要对逆向工程技术进行分析，并对其在模具设计制造中的具体应用进行阐述，具体分析三维激光扫描仪以及逆向软件的云数据处理等方面的问题。验证逆行工程技术在模具设计制造中的具体应用价值。
　　关键词：逆向工程技术;模具设计制造;应用
　　 在模具设计制造的过程中，对于一些已经形成成品的产品要了解其具体的设计，需要通过模具逆推的方式获得。逆向工程技术可以通过对原始产品的研究，获得产品的外形，并以此为基础实现对模具的制造和设计。因此逆向工程技术也是当前模具设计制造中应用比较广泛的一种方式。
　　一、逆向工程技术的实施步骤
　　（一）采集点云数据
　　逆向设计中三维扫描技术是最基础的技术形式，通过三维扫描对原始点云数据进行提取，这也是逆向设计中最主要的手段和内容。逆行设计处理中主要的依据为原始点云数据。因此点云数据的真实性也会对逆向建模是否成功造成严重的影响。通过三维扫描获取的點云数据，在测量的过程中，可以采用接触以及非接触式两种方式。比如甲醇泵壳体的测量采用的为非接触式的测量方式，采用的仪器为EXASCAN手持式三维扫描仪，这种三维扫描仪的应用便捷，能够对汽车内饰进行扫描，同时采用影像与激光结合的方式，可以将测量的精度调到0.04毫米，分辨率达到0.05毫米。在扫描的过程中需要先进行显影剂喷涂，然后再进行扫描。
　　（二）处理点云数据
　　三维扫描技术中会获取大量的点云数据，而这些数据为三维坐标点。由于扫描设备的性能以及被测物体工作方式等方面的影响，使得测量数据的点数也不同，一般为几百点到几百万个点之间。通过三维激光扫描仪对产品外形坐标数据点进行分析，这些点呈散乱分布，导致边界以及尖锐角位置的数据测量不准确，进而产生数据误差。因此在逆向建模中需要注重云数据的处理。可以在CAD建模前，对相关数据进行预处理，包括对数据点的分割、重组以及数据点云的精减等。在点云的处理过程中，主要采用的为Geomagic Studio的处理方式，包括手动注册、噪点清除、边界优化等。在点云数据的处理过程中，需要通过大量的曲面和曲线特定进行网络模型建设，并形成初步的模型框架。同时将形成的模型，利用NURBS曲面拟合算的方式，生成封闭光滑的曲面，通过对这些曲面的延伸、拼接和剪裁等处理，保证曲面模型的光滑性和完整性。在进行文件保存时，需要采用IGS格式，这是一种三维软件的通用文件格式。因此在云数据处理中，必须要对点云数据进行删除，防止曲面模型存在乱码。
　　（三）实体建模
　　首先打开文件，可以采用UGNX打开，并对Geomagic没有处理好的位置进行进一步的完善，同时通过获得的曲面进行实体切割，进而获得壳体形状与表面模型相符的模具，由于模具的壳体形状与原物体完全相同，因此可以用于之后产品的模型生产。
　　二、模具制造
　　在模具的设计和制造中，通过逆向工程技术的应用，能够有效降低模具设计以及制造的时间，降低模具的设计和制造成本，提升模具的加工质量以及模具的利用效率。逆向工程技术需要与CAD进行结合应用，通过UGNX的压铸模型，完成数控加工工艺设计，并生成加工代码。完成实体CAD建模后，需要通过快速制造技术的应用转化虚拟数字模型的原型，进而对设计的结果进行评估，同时加强功能检测，进而加强对模型制造产品的研发。在快速制造技术的应用中，铣床加工转速已经超过50000转每分钟，快速成型技术的基础为快速工装模具，快速精铸以及快速成型技术。快速成型技术是一个新概念，具体的方法如下：
　　（一）立体光固化
　　具体指的是以光敏树酯为主要的加工原料，并通过计算机对紫外激光束进行控制，通过对零件各层轮廓的扫描，使液态树脂薄层由于光聚合反应而固化。并通过对工作台的移动，将已经固化的树脂浸入到液态的树脂，再进行扫描，直到新层也在固化层上进行粘结。通过反复的操作，直到整个原型的制造完成。这种方式制造的原型质量好、精度高。
　　（二）分层物体制造法
　　主要采用的材料为复合材料以及纸张，这些材料需要单面涂有热熔胶，同时通过对二氧化碳高功率光速零件分层轮廓的切割，使层间的热压装置进行有效的粘合，这种材料的制作方式成本低，同时材料的来源比较广泛。
　　（三）选择性激光烧结
　　选择的材料为陶瓷、金属、塑料等材料，通过磙子进行铺粉，同时利用二氧化碳高功率的激光束以零件的分层轮廓为基础，对零件的边界进行扫描烧结。这种方式不需要设计，同时材料的利用率比较高。
　　（四）熔化沉积造型法
　　主要采用的原材料为蜡、金属等熔点比较低的物质，需要将这些材料拉成丝状，然后在喷头的位置进行加热，使其呈半流动状态。同时对喷头进行控制，将零件的轮廓作为填充运动的基础，通过喷头的挤压使熔融的材料形成基础层，这种方式的结合度比较好，同时容易成型，但是也存在一定的不足，这种方式形成的模具过于粗糙，精度低。
　　三、结语
　　综上所述，逆向工程技术的应用重点在于对原始点云数据的收集、处理和曲面构建，其中存在的难点为点云与曲面的吻合度。通过与CAD技术的结合，有利于获取原实物的数字模型，并以此为基础进行修改和完善，为模具的设计和加工带来更大的便利，对模具设计和加工行业的发展具有重要的作用。
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　　作者简介：韩佳（1984-），男，陕西户县人，硕士，讲师，研究方向：材料成型及控制工程。
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