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魔猴3D掃描案例

逆向設計專題（一）：逆向設計的概念和基本步驟

結合快速發(fā)展的3D打印技術和數(shù)字控制等技術，逆向設計在航天、汽車、工業(yè)制造、醫(yī)療等多個領域得到了較快的發(fā)展和應用，集中體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1) 新產(chǎn)品研發(fā)  

企業(yè)為了適應競爭需要不斷完善自己的產(chǎn)品，并將工業(yè)美學設計逐漸納入創(chuàng)新設計的范疇，使產(chǎn)品朝著美觀化、藝術化的方向發(fā)展。在汽車、飛機等產(chǎn)品的外形設計中，首先由工業(yè)設計師使用油泥、木?；蚺菽芰献龀僧a(chǎn)品的比例模型，易于從審美角度評價并確定產(chǎn)品的外形，然后通過逆向工程技術將其轉(zhuǎn)化為CAD模型，進而得到精確的數(shù)字定義。這樣不但可以充分利用CAD技術的優(yōu)勢，還能適應智能化、集成化的產(chǎn)品設計制造過程中的信息交換需求。

(2) 產(chǎn)品的仿制和改型設計

利用逆向設計技術進行數(shù)據(jù)測量和數(shù)據(jù)處理，重建與實物相符的CAD模型，并在此基礎上進行后續(xù)的操作。如模型修改、零件設計、有限元分析、誤差分析、數(shù)控加工指令生成等，最終實現(xiàn)產(chǎn)品的仿制和改進。這是常見的產(chǎn)品設計方法，也是消化、吸收國內(nèi)外先進的設計方法和理念從而提高自身設計水平的一種手段。 該方法被廣泛地用于摩托車、家用電器、玩具等產(chǎn)品外形的修復、改造和創(chuàng)新設計。

(3) 產(chǎn)品局部區(qū)域的還原修復

利用逆向工程技術可從破損的零部件中提取出相應的特征或特征參數(shù)，進行自主設計開發(fā)，或從表面數(shù)據(jù)中獲取特征信息對其進行面貌恢復以及其結構設計的推算，或?qū)Ξa(chǎn)品的局部區(qū)域進行還原修復。

(4) 快速模具制造

逆向工程技術在快速模具制造中的應用主要體現(xiàn)在兩個方面:一種情況是以樣本模具為對象，對已符合要求的模具進行測量，重建其CAD模型，并在此基礎上生成加工程序，這樣可以提高模具的生成效率，降低模具的制造成本;另一種情況是以實物零件為對象，逆向反求其幾何CAD模型，并在此基礎上進行模具設計。

(5) 文物的保護和監(jiān)測

大型的戶外文物常年風吹日曬，容易發(fā)生風化而遭破壞。利用逆向設計技術定期對其進行測量掃描，把表面數(shù)據(jù)輸人計算機進行模型重構，通過兩次模型的比較，找出風化破壞點，從而制定相應的保護措施，或者進行相應的修復，使其保持原樣。

(6) 醫(yī)學領域的應用結合

CT、MRI等先進的醫(yī)學技術，逆向設計可以根據(jù)人體骨骼和關節(jié)的形狀進行假體的設計和制造。通過對人體表面輪廓測量所獲得的數(shù)據(jù)，建立人體幾何模型，從而制造出與表面輪廓相適應的特種服裝，如頭盔、座椅以及航空宇航領域中宇航服裝的制造等。逆向設計方法結合3D打印技術在醫(yī)學上有廣泛的應用需求，如外科手術植人和修復設計等。

(7) CAE模型分析

將實物零件轉(zhuǎn)化為計算機表達的產(chǎn)品數(shù)字模型，以便充分利用現(xiàn)有的計算機輔助分析(CAE) 技術對其進行模擬仿真分析，評估其性能指標，是逆向工程的一個新的發(fā)展方向。對于加工后的零部件，進行掃描測量，利用逆向設計中的曲面重構技術構造CAD模型，將該模型與原始設計的幾何模型在計算機上進行數(shù)據(jù)比較，可以檢測制造誤差，提高檢測精度。另外，借助工業(yè)CT技術，逆向工程不僅可以產(chǎn)生物體的外部形狀，而且可以快速發(fā)現(xiàn)、定位物體的內(nèi)部缺陷，從而作為工業(yè)產(chǎn)品無損探傷的重要手段。