基于逆向工程的紫砂茶壶模具的制作方法＊

张家骅 陈志祥 徐连强 任建清

(无锡工艺职业技术学院 江苏宜兴 214206)

基于逆向工程的紫砂茶壶模具的制作方法＊

张家骅 陈志祥 徐连强 任建清

(无锡工艺职业技术学院 江苏宜兴 214206)

目前紫砂茶壶模具制作仍然采用的是传统手工方法。该方法工人工作量大,效率低。逆向工程技术在很多领域已得到应用。将逆向工程技术应用到紫砂茶壶的模具制作中,为模具制作提供了一条先进、快速的制作方法。该方法也可为其它陶瓷艺术品模具制作所参考。

逆向工程 紫砂茶壶 模具 制作方法

宜兴紫砂陶始于北宋,盛于明清,繁荣于当今。传统紫砂陶手工制作技艺在2006年入选首批国家非物质文化遗产名录。宜兴紫砂又以壶类为代表,以其独特的实用性和艺术魅力而闻名于世。

紫砂壶的制作目前主要分为:手工成形,半手工成形和注浆成形。除了手工成形,另外两种制壶方式均需要用到模具,特别是石膏模具。传统的制作石膏模具的方法是通过手工放尺、车制等一系列过程。但该方法效率较低,工人工作量大。利用计算机CAD/ CAM技术,可以快速地加工出模具。但这种方法要求设计陶瓷产品的设计人员具有较高的三维建模水平,而且设计者和加工者必须是同一人。但目前的情况是,宜兴大量的茶壶设计者仍然是通过画草图,做样壶。然后,设计者将样壶托付给专门加工地方制作模具。如何能够在模具制作中采用先进的CAD/CAM技术,关键在于如何能将不懂或不擅长计算机操作的茶壶设计者设计出的样壶转换为数字模型。

1 逆向工程技术

逆向工程技术也称为反向工程或反求工程,它是将实物转换为CAD模型的相关数字化技术、几何模型重建技术及产品制造技术的总称。该技术在飞机工业、汽车工业、医学领域中得到广泛应用。近年来,在文物保护和陶瓷产品设计中也得到应用。

笔者利用逆向工程技术,得到紫砂茶壶的数字化模型(CAD模型)。然后通过该数字化模型,利用三维CAD软件,制作出可供后续数控加工的模具模型。整个模具制作过程如图1所示。

图1 模具制作过程

2 样壶模型CAD过程

2.1 数据采集

数据采集是指采用某种测量方法和设备测出实物各表面的若干组点的几何坐标。在表面数字化技术中,根据测量方式的不同可以将数据采集方法分为接触式和非接触式两大类。接触式数据采集精度高,但容易损伤侧头和划伤被测零件的表面。本文数据采集采用了柯尼卡美能达非接触三维扫描仪(V IV ID 9i)。图2是样壶实体。在数据测量中,根据物体的几何形状复杂程度,进行相应的操作。由于壶盖的特征小而复杂,需要使用广角镜头。壶柄和壶嘴的某些区域可能一次难以扫描,利用参考点重合,不断调整壶体摆放位置,获得完整的点云数据。图3是经过扫描仪数据采集后的点云模型。

图2 样壶实体

图3 样壶点云模型

2.2 数据处理及曲面重构

数据处理的目的是为了获得正确的数据信息,生成相应的数据文件。这个过程通过逆向工程软件完成。本文采用geomagic6.0软件,对获得数据进行处理。在geomagic软件中,整个数据处理过程为:点云阶段,多边形阶段,曲面阶段。

1)点云阶段。在点云阶段,可以使用简化工具,简化点云数据,而不影响几何形状,调整杂点。主要通过删除体外孤点,删除非连接项,减少噪音,统一采样等命令,对无关点,噪声点和点云数量进行优化。这个过程与扫描设备,扫描质量和操作过程密切相关。如果扫描质量好,操作准确,所需修改并不大。

2)多边形阶段。点云阶段结束后,通过包覆(w rap)命令将点云文件转换成多变形资料,并保存成STL文件格式。生成的多边形模型,由于扫描和包覆过程中会产生缺陷,这些缺陷需要修复。在扫描时用于定位的参考点,也需要删除。上述问题,都要在该阶段进行处理。利用填充孔,去除特征等命令完成对多边形模型的修复与检测。图4是修复完成后的多边形模型。

图4 修补后的多边形模型

3)曲面阶段。完成多边形阶段后,可以将模型转换为NURBS曲面,从而获得CAD模型。

该过程可以通过自动获得曲面完成。将该模型保存为IGS格式,可以供其他CAD软件进行操作。图5是导入UG软件后壶身的CAD模型。

图5 壶身CAD模型

图6 壶身模具型腔

图7 UG数控加工模拟

3 模具制作

由于陶瓷烧成之后有收缩,根据其烧成收缩率,对产品进行放尺。在geomagic软件中通过放大命令对产品进行放大。

然后将放大后的模型导入UG。由于导入的CAD模型都是一个个独立的面片,通过缝合命令将其组合成一个整体。通过布尔运算,曲面修剪命令,可以得到模具型腔。图6为最终获得的模具型腔。利用UG/CAM加工,即可加工出所需的模具。图7为精加工模拟后的结果,最后保存G代码。

4 结语

笔者利用非接触式扫描仪、逆向工程软件及三维CAD软件对一款紫砂茶壶模具进行了制作。将现代化的制作手段融入传统工艺制作中,为紫砂壶产品的开发、制作提供了一条先进、快速、简捷的方法。该方法也为其它陶瓷艺术品模具制作提供了参考。

1 陈坤怀,张和贵.宜兴紫砂的历史和未来.中国陶瓷, 2003,39(5):52～54

2 张丽雅.紫砂发展的几个阶段和特点.江苏陶瓷,2006, 39(2)增刊:5

3 倪建军.浅谈紫砂陶艺的传承与创新.中国陶瓷,2002, 38(6):30～31

4 李家驹.日用陶瓷工艺学.武汉:武汉理工大学出版社, 1992

5 何六一,何文君.徒手制作与模具相佐的完美结合—紫砂茶具制作之我见.江苏陶瓷,2005,38(3):43～44

6 申屠国洪.紫砂注浆成形工艺之点滴.江苏陶瓷,2007, 40(1):45～46

7 陈志祥.基于CAXA系列CAD/CAM软件的陶瓷产品设计及模具加工技术.江苏陶瓷,2004(9):16～19

8 王海南,邱望标,黄克.贵州少数民族文化遗产的逆向工程应用研究.工程设计学报,2009(10):379～382

9 盖宇春,唐先智,刘飞.陶瓷产品的数字化逆向设计研究及应用.现代制造工程,2006(5):70～72

Manufacturing Method of Purple-clay Teapot Mold Based on Reversing Engineering

Zhang Jiahua,Chen Zhixiang,Xu Lianqiang,Ren Jianqing(Wuxi Insitute of A rts&Tenchnolgy,Jiangsu,Yixing,214206)

Traditionalmauufacturing method of purp le-clay mold is heavy and low-efficient hunman work.Reversing engineering has been app lied in many indursty field.Using reversing engineering into mold manufacturing p rocess is a advanced and efficientmethod.Thismethod is also can be used in other ceramicsmold.

Reversing engineering;Purp le-clay teapot;Mold;Manufacturing method

TQ174.73

:B

:1002-2872(2010)12-0032-03

张家骅(1982-),硕士,讲师;研究方向为机电教研。E-mail:zhaojun-xie@126.com