1、第8章 逆向工程與快速成形技術 1）現代機械產品的設計一般有兩條基本途徑：一種途徑是基于機械CAD軟件平臺的概念設計；另一種途徑是基于已有樣品或手工模型的反求工程技術（或稱逆向工程技術）。2）概念設計是從“無”到“有”的過程，而逆向工程技術是從已“有”的產品樣品或手工模型經過專用的測繪設備，通過數據采集和處理得到樣品或手工模型的幾何信息及其他信息的過程。 概念2D圖紙3DCAD軟件樣件掃描機數據處理軟件產品3D模型8.1 反求工程技術（Reverse Engineering，RE）反求工程技術（Reverse Engineering，RE）又稱逆向工程技術，是20世紀80年代末期發展起來的一項

2、先進制造技術，是以產品及設備的實物、軟件(圖紙、程序及技術文件等)或影像(圖片、照片等)等作為研究對象，反求出初始的設計意圖，包括形狀、材料、工藝、強度等諸多方面。簡單說，反求就是對存在的實物模型或零件進行測量并根據測量數據重構出實物的CAD模型，進而對實物進行分析、修改、檢驗和制造的過程。 反求工程主要用于已有零件的復制、損壞或磨損零件的還原、模型精度的提高及數字化模型檢測等。 實物樣件數據采集坐標測量機激光掃描儀數據處理：專用數據處理軟件，如Surfacer等通用的CAD/CAM軟件，如UG等三維CAD模型構建二維工程圖紙CNC數控加工快速原型制作系統：光固化成型（SLA）疊層實體制造（L

3、OM）選擇性激光燒結（SLS）熔融沉積制造（FDM）8.1 反求工程技術（Reverse Engineering，RE） 數據采集的主要方法：三坐標測量法、投影光柵法、激光三角形法、核磁共振和CT法等。 基本原理是將周期性的光柵投影到被測曲面上，受到被測曲面輪廓高度的調制，光柵影線發生變形，解調變形光柵圖象，建立變形光柵圖象與被測曲面輪廓高度的函數關系，求出被測曲面形狀的三維信息投影光柵法 數據采集的主要方法：激光三角形法基本原理是由半導體激光器發出的激光通過聚光透鏡在被測曲面上結成光點并反射，光敏元件(如PSD)接收其散射光，根據其在PSD 上的位置，即可測出故測點的空間坐標。反求工程中的數

4、據采集與處理技術 3、數據優化。測量所得的數據文件通常非常龐大，往往被形象地稱為數據云或者海量數據，需要對測量數據進行優化處理，主要問題有：如何合理的分布數據點，在盡量保有各種特征信息的基礎上合理簡化數據；如何使數據真實反映形面的保凸特性；如何減少人工交互，提高數據區域劃分中的自動化與效果。4、曲面重構研究。在反算控制點時仍然存在反算標準及精度的問題；對于起伏劇烈的數據點群，使用單塊曲面描述會有較大差異；如何解決有關曲面重構算法的有效性、效率以及誤差問題；曲面在三角離散和層切時的不確定性問題等。反求工程技術實施的軟件條件 目前比較常用的通用逆向工程軟件有Surfacer、Delcam、Cima

5、tron以及Strim。 一些大型CAD軟件也逐漸為逆向工程提供了設計模塊。例如Pro/E的ICEM Surf和Pro/SCANTOOLS模塊，可以接受有序點(測量線)，也可以接受點云數據。 企業只能拿到真實零件而沒有圖紙，又要求對此零件進行分析、復制及改型； 在汽車、家電等行業要分析油泥模型，對油泥模型進行修改，得到滿意結果后將此模型的外型在計算機中建立數字模型； 對現有的零件工裝等建立數字化圖庫； 在模具行業，往往需要用手工修模，修改后的模具形腔數據必須要及時地反映到相應的CAD設計之中，這樣才能最終制造出符合要求的模具。反求工程中的數據采集與處理技術 逆向工程常用軟件美國Imagewar

6、e公司產品Surfacer7.1、英國DelCAM公司產品CopyCAD、英國MDTV公司的STRIM andSurface Reconstruction、英國Renishaw 公司的TRACE，在一些流行的CAD/CAM集成系統中也開始集成了類似模塊，如Unigrahics中的PointCloud功能、Pro/Engineering中的Pro/SCAN功能、Cimatron90中的Reverse Engineering功能模塊等。在我國，有關反求工程的研究與開發工作也在不少單位內展開，如浙江大學、華中理工大學、西安交通大學、西北工業大學等，并取得一定的成果，如浙江大學推出了Re-Soft軟件

7、系統。 8.2 快速原型技術快速成型（也稱快速原型）制造技術(Rapid Prototyping & Manufacturing，RP&M或RP)是借助計算機、激光、精密傳動和數控等現代手段，將計算機輔助設計（CAD）和計算機輔助制造（CAM）集成于一體根據計算機上構造的三維模型，能在很短時間內直接制造產品樣品而無須傳統的機械加工機床和模具的先進制造技術。 快速成形 (RP-Rapid Prototyping)技術： 快速成形技術是一種基于離散堆積成形思想的新型成形技術，是集成計算機、數控、激光和新材料等最新技術而發展起來的先進的產品研究與開發技術。RP技術的基本過程由CAD軟件設計出所需零件

8、的計算機三維曲面或實體模型；將三維模型沿一定方向離散成一系列有序的二維層片（習慣稱為分層）；根據每層輪廓信息，進行工藝規劃，選擇加工參數，自動生成數控代碼；成形機制造一系列層片并自動將它們聯接起來，得到三維物理實體。 快速成形過程示意圖 這樣將一個物理實體的復雜的三維加工離散成一系列層片的加工，大大降低了加工難度，且成形過程的難度與待成形的物理實體形狀和結構的復雜程度無關?？焖僭图夹g的優越性（1）設計者受益（設計者在設計的最初階段，就能拿到實在的產品樣品，在單個零件和裝配部件的級別上，對產品設計進行校驗和優化，并可在不同階段快速地修改、重做樣品，甚至做出試制用工模具及少量的產品。這將給設計者

9、創造一個優良的設計環境，提供一個快捷、有力的物理模擬手段，無需多次反復思考、修改，即可盡快得到優化結果，從而能顯著地縮短設計周期和降低成本。 ）（2）制造者受益（制造者在產品設計的最初階段，也能拿到實在的產品樣品、甚至試制用的工模具及少量產品，這使得他們能及早地對產品設計提出意見，做好原材料、標準件、外協加工件、加工工藝和批量生產用工模具等的準備，最大限度地減少失誤和返工，大大節省工時、降低成本和提高產品質量。 ） （3）推銷者受益（推銷者在產品設計的最初階段也能拿到實在的產品樣品甚至少量產品，這使得他們能據此及早、實在地向用戶宣傳和征求意見，以及進行比較準確的市場需求預測，而不是僅憑抽象的產

10、品描述或圖紙、樣本來推銷。 ） （4）用戶受益（用戶在產品設計的最初階段，也能見到產品樣品甚至少量產品，這使得他們能及早、深刻地認識產品，進行必要的測試，并及時提出意見，從而可以在盡可能短的時間內，以最合理的價格得到性能最符合要求的產品。 ） 快速原型技術的優越性快速原型技術的工藝方法1）光固化成型工藝 ，以光敏樹脂為原料，通過計算機控制紫外激光使其凝固成型。（1984年美國Charles Hull ）2）疊層實體制造工藝，是幾種最成熟的快速成型制造技術之一。（1991年 組成：計算機處理系統、原材料存儲及送進機構、熱粘壓機構、激光切割系統、可升降工作臺和數控系統和機架等組成 ） 1激光器 2壓滾 3紙材 4材料送進滾筒 5升降臺6疊層 7當前疊層輪廓線快速原型技術的工藝方法快速原型技術的工藝方法4）選擇性激光燒結工藝，利用粉末材料（金屬粉末或非金屬粉末）在激光照射下燒結的原理，在計算機控制下層層堆積成形。1989年 1）在產品設計中的應用 a.概念模型可視化 b.設計評價 c.裝配校核 d.性能和功能測試2）快速模具的母模 3）在鑄造領域的應用 4）在醫學領域的應用 a.設計和制作可植入假體 b.外科手術規劃 c.骨骼修復 快速原型技術的應用 母模翻制的硅膠模具及產品 砂型鑄造產品及木模 快速原型技