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魔猴3D掃描案例

逆向設(shè)計(jì)專題（一）：逆向設(shè)計(jì)的概念和基本步驟

結(jié)合快速發(fā)展的3D打印技術(shù)和數(shù)字控制等技術(shù)，逆向設(shè)計(jì)在航天、汽車、工業(yè)制造、醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域得到了較快的發(fā)展和應(yīng)用，集中體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1) 新產(chǎn)品研發(fā)  

企業(yè)為了適應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)需要不斷完善自己的產(chǎn)品，并將工業(yè)美學(xué)設(shè)計(jì)逐漸納入創(chuàng)新設(shè)計(jì)的范疇，使產(chǎn)品朝著美觀化、藝術(shù)化的方向發(fā)展。在汽車、飛機(jī)等產(chǎn)品的外形設(shè)計(jì)中，首先由工業(yè)設(shè)計(jì)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(píng)價(jià)并確定產(chǎn)品的外形，然后通過(guò)逆向工程技術(shù)將其轉(zhuǎn)化為CAD模型，進(jìn)而得到精確的數(shù)字定義。這樣不但可以充分利用CAD技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，還能適應(yīng)智能化、集成化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造過(guò)程中的信息交換需求。

(2) 產(chǎn)品的仿制和改型設(shè)計(jì)

利用逆向設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量和數(shù)據(jù)處理，重建與實(shí)物相符的CAD模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行后續(xù)的操作。如模型修改、零件設(shè)計(jì)、有限元分析、誤差分析、數(shù)控加工指令生成等，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的仿制和改進(jìn)。這是常見(jiàn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法，也是消化、吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法和理念從而提高自身設(shè)計(jì)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(fù)、改造和創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

(3) 產(chǎn)品局部區(qū)域的還原修復(fù)

利用逆向工程技術(shù)可從破損的零部件中提取出相應(yīng)的特征或特征參數(shù)，進(jìn)行自主設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，或從表面數(shù)據(jù)中獲取特征信息對(duì)其進(jìn)行面貌恢復(fù)以及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的推算，或?qū)Ξa(chǎn)品的局部區(qū)域進(jìn)行還原修復(fù)。

(4) 快速模具制造

逆向工程技術(shù)在快速模具制造中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:一種情況是以樣本模具為對(duì)象，對(duì)已符合要求的模具進(jìn)行測(cè)量，重建其CAD模型，并在此基礎(chǔ)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(shí)物零件為對(duì)象，逆向反求其幾何CAD模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。

(5) 文物的保護(hù)和監(jiān)測(cè)

大型的戶外文物常年風(fēng)吹日曬，容易發(fā)生風(fēng)化而遭破壞。利用逆向設(shè)計(jì)技術(shù)定期對(duì)其進(jìn)行測(cè)量掃描，把表面數(shù)據(jù)輸人計(jì)算機(jī)進(jìn)行模型重構(gòu)，通過(guò)兩次模型的比較，找出風(fēng)化破壞點(diǎn)，從而制定相應(yīng)的保護(hù)措施，或者進(jìn)行相應(yīng)的修復(fù)，使其保持原樣。

(6) 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用結(jié)合

CT、MRI等先進(jìn)的醫(yī)學(xué)技術(shù)，逆向設(shè)計(jì)可以根據(jù)人體骨骼和關(guān)節(jié)的形狀進(jìn)行假體的設(shè)計(jì)和制造。通過(guò)對(duì)人體表面輪廓測(cè)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(yīng)的特種服裝，如頭盔、座椅以及航空宇航領(lǐng)域中宇航服裝的制造等。逆向設(shè)計(jì)方法結(jié)合3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)上有廣泛的應(yīng)用需求，如外科手術(shù)植人和修復(fù)設(shè)計(jì)等。

(7) CAE模型分析

將實(shí)物零件轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)表達(dá)的產(chǎn)品數(shù)字模型，以便充分利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)輔助分析(CAE) 技術(shù)對(duì)其進(jìn)行模擬仿真分析，評(píng)估其性能指標(biāo)，是逆向工程的一個(gè)新的發(fā)展方向。對(duì)于加工后的零部件，進(jìn)行掃描測(cè)量，利用逆向設(shè)計(jì)中的曲面重構(gòu)技術(shù)構(gòu)造CAD模型，將該模型與原始設(shè)計(jì)的幾何模型在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，可以檢測(cè)制造誤差，提高檢測(cè)精度。另外，借助工業(yè)CT技術(shù)，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(wú)損探傷的重要手段。