【3D打印實戰(zhàn)教程】汽車離合器殼體的三維掃描及逆向建模

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3D打印離不開3D數(shù)據(jù)模型，簡而言之就是3D打印需通過在電腦端建模，生成模型數(shù)據(jù)，再將這些數(shù)據(jù)發(fā)到3D打印機中，3D打印機根據(jù)這些數(shù)據(jù)打印出模型。3D數(shù)模通常都是由設(shè)計人員通過三維設(shè)計軟件建模設(shè)計生成，也就是CAD建模，這是一個正向設(shè)計的過程；還有一種數(shù)模是逆向工程的方式獲取。為了讓大家對逆向工程有一個清晰地概念，今天小編請我們的工程師編寫了一個逆向工程的3D打印教程。來，我們一起去學(xué)學(xué)！

逆向工程（又名反向工程，Reverse Engineering-RE）是對產(chǎn)品設(shè)計過程的一種描述，是一種產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)再現(xiàn)過程，即對一項目標(biāo)產(chǎn)品進(jìn)行逆向分析及研究，從而演繹并得出該產(chǎn)品的處理流程、組織結(jié)構(gòu)、功能特性及技術(shù)規(guī)格等設(shè)計要素，以制作出功能相近，但又不完全一樣的產(chǎn)品。

逆向工程可能會被誤認(rèn)為是對知識產(chǎn)權(quán)的嚴(yán)重侵害，但是在實際應(yīng)用上，反而可能會保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)所有者。例如在集成電路領(lǐng)域，如果懷疑某公司侵犯知識產(chǎn)權(quán)，可以用逆向工程技術(shù)來尋找證據(jù)。在2007年初，我國相關(guān)的法律為逆向工程正名，承認(rèn)了逆向技術(shù)用于學(xué)習(xí)研究的合法性。

下面我們通過一個具體的實例來看看

一、三維掃描數(shù)據(jù)采集

1、準(zhǔn)備工作

特點1：HandySCAN手持式三維掃描儀操作簡單，容易上手，并且攜帶方便。

特點2：設(shè)備連接1分鐘以內(nèi)就能完成。

2、工作臺及目標(biāo)點的布置準(zhǔn)備。

關(guān)于目標(biāo)點的布置，我們有兩種方式

方法一：

如上圖所示，在工作臺上布置目標(biāo)點，點與點之前間隔20-100mm。 我們給到的建議，您可以單獨設(shè)置一間掃描室，有一個專門的工作臺（尺寸可以稍大些），在工作臺上布置好目標(biāo)點。只要有需要掃描的工件來了，無論工件個數(shù)都可放在工作臺上同時采集數(shù)據(jù)。這樣布置目標(biāo)點可重復(fù)利用，一定程度上也節(jié)省了目標(biāo)點。

方法二：

如果工件夠大，我們的目標(biāo)點也可直接貼在工件上。

3、開始掃描

（1）我們建議把工件適當(dāng)抬高，脫離桌面，這樣做會方便后面的數(shù)據(jù)處理

（2）打開激光掃描儀幾十秒鐘的時間，數(shù)據(jù)就可采集完畢

（3）通過掃描軟件選擇桌面等不需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除

（4）導(dǎo)出數(shù)據(jù)進(jìn)行逆向建模

二、逆向建模

逆向建模目的：

我們都知道通過三維掃描設(shè)備獲得的數(shù)據(jù)都是點云或無數(shù)個小三角面，這種模型的特征不是很規(guī)整，尤其模型邊緣效果不好。是無法滿足汽車或各種工業(yè)行業(yè)實際生產(chǎn)和設(shè)計圖要求的。 這個時候逆向建模就起到了非常重要的作用。

逆向建模流程： （我們以Design X軟件為例）

1、導(dǎo)入數(shù)據(jù)及劃分領(lǐng)域

劃分領(lǐng)域的作用：Design X會自動根據(jù)曲率，把模型上的特征用不同的顏色劃分開，領(lǐng)域劃分是對齊坐標(biāo)和建模的前提。

2、對齊坐標(biāo)

這里的對齊坐標(biāo)就是把掃描數(shù)據(jù)隨機的空間坐標(biāo)對齊到軟件中的原點坐標(biāo)系。

3、逆向建模

我們所說的逆向建模就是以原有數(shù)據(jù)為參考，重新構(gòu)建模型。新建的模型要做到與原數(shù)據(jù)相近，所以，我們在建模時需要盡可能站在原型設(shè)計者的角度去思考，只有清楚了原型建模思路就能開始我們的逆向建模了。

（1）從數(shù)據(jù)上截取草圖輪廓

（2）做草圖的同時打開偏差分析。

檢查草圖與原數(shù)據(jù)偏差大小，并修正草圖。

（3）用所畫草圖來做旋轉(zhuǎn)特征

從這一步開始所有的建模過程類似于常規(guī)的正向建模軟件（SolidWorks、UG等），也非常容易學(xué)習(xí)及上手操作。

（4）之后的特征也是用以上的方法截取草圖再做特征。

（5）整體形狀處理完之后的效果

（6）整體形狀完成之后再追加細(xì)節(jié)特征

一般我們掃描的數(shù)據(jù)都是最終產(chǎn)品，這對于我們了解產(chǎn)品成型過程會有些困難。這時需要反復(fù)推敲，直到找出最符合原型的結(jié)構(gòu)形式。

（7）曲面做完做實體加厚

（8）做一些孔的特征

（9）最后的效果圖

（10）可以借助色譜圖看一下偏差

4、導(dǎo)出（轉(zhuǎn)換）

Design X 還支持SolidWorks、Creo、UG、Inventor、SolidEdge、AutoCAD實時轉(zhuǎn)換。

（我們以轉(zhuǎn)換SolidEdge ST6為例）

經(jīng)過逆向重建的模型與正向設(shè)計出的模型效果是一致的，這樣就能進(jìn)行后續(xù)出二維圖紙，生產(chǎn)加工或者設(shè)計優(yōu)化等等。

在工程技術(shù)人員的一般概念中，產(chǎn)品設(shè)計過程是一個從設(shè)計到產(chǎn)品的過程，即設(shè)計人員首先在大腦中構(gòu)思產(chǎn)品的外形、性能和大致的技術(shù)參數(shù)等，然后在詳細(xì)設(shè)計階段完成各類數(shù)據(jù)模型，最終將這個模型轉(zhuǎn)入到研發(fā)流程中，完成產(chǎn)品的整個設(shè)計研發(fā)周期。這樣的產(chǎn)品設(shè)計過程我們稱為“正向設(shè)計”過程。逆向工程產(chǎn)品設(shè)計可以認(rèn)為是一個從產(chǎn)品到設(shè)計的過程。簡單地說，逆向工程產(chǎn)品設(shè)計就是根據(jù)已經(jīng)存在的產(chǎn)品，反向推出產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)（包括各類設(shè)計圖或數(shù)據(jù)模型）的過程。從這個意義上說，逆向工程在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用已經(jīng)很久了。比如早期的船舶工業(yè)中常用的船體放樣設(shè)計就是逆向工程的很好實例。

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