逆向工程技术及其在模具设计制造中的运用

吴治明 任红星

（陕西国防工业职业技术学院 陕西省西安市 710300）

随着我国制造行业的不断发展，逆向工程技术作为新型的技术手段，在实践中不仅仅可以减少设计制造时间，也可以有效地提升模具质量，达到提升整体经济效益的目的。在制造企业中最为关键的就是强化技术研究分析，逆向工程技术在模具生产设计中合理应用可以有效提升模具质量。

1 逆向工程技术

在人们生活水平不断提升过程中，现代化工艺产品更新换代速度越来越快，产品的功能呈现多样化的发展趋势。也就要求在模具制造中要做到速度快、质量好、更新快。而传统的模具设计制造无法满足客户的需求，通过现代化模具制造技术进行处理，通过三维扫描逆向技术可以有效地满足现代工业生产的实际需求。

逆向工程技术也称之为反向工程技术，反向工程技术等等，就是基于工程塑件实物基础之上，通过三维扫描技术进行处理，获得三维点云数据信息，利用逆向的工程软件进行模型处理以及设计，最终获得工程塑件的各项模型参数信息。

2 逆向工程技术及其在模具设计分析

2.1 集成软件应用

（1）CAD集成软件主与逆向工程技术的融合，可以将数字化点输入系统中，通过系统进行处理，分析各项数据信息变化，在将获得的信息输入在其中。

（2）构造模型特征结构，做好二次曲面划分处理。

（3）通过在相关点数据之上建立模型，提升实物模型的清晰度。

（4）制造模具，对模具进行合理处理分析。

2.2 三维数据收集处理

三维数据收集主要就是通过三维激光扫描系统进行处理，通过对系统中各项标记以及数据信息进行全面扫描分析，整合各项信息数据对其进行科学的合并处理。在进行信息扫描阶段要利用自定位基础充分保障测量精准度，将精度控制在0.1～0.5mm毫米中，利用十字激光技术扫描合并之后的数据，产生三角面。为了保障数据可靠稳定，就要通过STL的方式进行数据输出处理。

2.3 零件实物集合建模

通过逆行工程设计进行分析处理零件实物是关键内容。此种方式就是三维数据处理过程，通过将获得的数据信息以及数据特征进行整合处理，分析模型曲面以及连接位置的光滑程度，分析模型以及实物零件的连接位置是否吻合。

3 逆向工程技术及其在模具实施步骤

3.1 采集点云数据

利用三维扫描技术进行处理是基础的逆向设计方式，利用三维扫描的方式提取原始点云数据信息，将其作为设计处理的依据参数。点云数据真实性是影响逆向建模的关键参数。利用三维扫描分析点云数据信息，在测量中通过接触、非接触的方式进行处理。例如，进行近甲醇泵壳体测量中利用非接触的方式进行测量分析，通过EXASCAN手持式三维扫描仪进行处理，应用便捷，可以集合影

响以激光结合的方式进行处理，可以将测量精度确定在0.04毫米，分辨率为0.05毫米。扫描中喷涂显影剂，然后进行扫描。

3.2 处理点云数据

通过三维技术进行扫描处理获得大量点云信息数据，将其作为三维坐标点。因为扫描设备性能以及被测物体等多种因素作用造成测量数据点数不同，其区间范围在几百点到几百万点之间。利用三维激光扫描仪进行处理，分析产品的外形坐标信息数据可以发现，多数的点分布较为混乱，边界位置与尖锐的角位置中的数据失真，存在一定的数据误差问题。对此，在对其进行逆向建模处理中要做好云数据的处理分析。

利用CAD建模处理，做好各项信息数据的预处理，通过分割数据点、充足、精减等方式对其进行预先处理，为后续处理提供数据支持。主要通过GeomagicStudio的方式进行处理，实现手动注册分析、噪点清除以及边界优化处理。点云数据处理中要利用曲面以及曲线建设网络模型，形成初步框架结构，其建模的模型通过NURBS曲面拟合算法进行处理，生成一个封闭的光滑的曲面结构，通过分析曲面延伸、拼接以及剪裁等方式进行优化处理，增强模型表面的完整性，提升光滑性。通过IGS格式存储文件信息，利用三维软件的文件格式进行运输机处理分析要删除信息数据，避免出现乱码等问题。

3.3 实体建模

通过UGNX打开文件信息，完善细节内容，将获得的曲面进行实体切割处理，获得壳体以及表面模型符合的模具参数，便于生产模型信息。

4 制造模具与应用

4.1 制造模具

通过逆向的工程技术进行模具的设计与制造处理可以提升效率，降低成本以及时间。综合CAD技术，联合应用逆向工程技术，利用UGNX进行压铸模型处理可以实现加工工艺优化，产生加工代码参数。

在CAD建模之后要转化模型圆形，利用快速制造技术进行处理，评估设计结果，检测各项功能参数。快速成型技术具有快速精铸以及快速成型的特征，其主要方法如下：

4.1.1 立体光固化

将光敏树脂作为主要加工材料，利用计算机控制紫外激光束，扫描零件轮廓特征，在光聚合作用之下实现液态数值薄层的固化。转移工作台将固化之后的树脂在液态树脂中浸泡，再次扫描，通过重复的操作直至完成原型制造，此种方式质量好，精度较高。

4.1.2 分层物体制造法

复合材料与纸张是主要材料，在材料表面涂抹热熔胶，利用二氧化碳等高功率特征的光速零件对其进行轮廓的分层切割处理，有效压缩热压装置，此种方式成本低廉，应用广泛。

4.1.3 选择性激光烧结技术

应用陶瓷、金属等材料作为主要原料，利用磙子作为辅助材料，在二氧化碳高功率激光束等通过零件的分层轮廓作为基础，扫描烧结零件边界位置，此种方式无需设计处理利用效率较高。

4.1.4 熔化沉积造型

将金属等一些低熔点的物质作为主要材料，通过处理将材料拉成丝状物质，在喷头位置进行近加热处理，使其成为板流动的状态。加强对喷头的控制，将零件轮廓作为填充基础，在喷头挤压作用之下使得熔融材料形成基础层，此种方式具有良好的结合度，容易成型，但是此种模具精度不足。

4.2 应用

4.2.1 模具定性

为了提升模具质量，保障其符合规范的设计要求。在设计中就要综合具体状况进行调整优化，不断地修正设计内容。通过设计修正获得的模具信息会消除存在的各种问题，最终展示已经建模处理之后的信息数据。在模具定性中通过此种技术，利用数字化的功能则可以提升模具的完善性，增强合理性。

同时，在设计阶段其存在的问题也逐渐凸显，这样就会影响后期的效果。在实践中最为关键的就是优化制造技术，在设计中要降低生产成本，提升生产效率质量。

4.2.2 工程技术以及仿真技术集合

逆行工程以及仿真技术的集合是进行模具的创新。设计制造人员综合两种技术手段，创新新型的模型，做好模具设计的创新，达到提升模具质量的目的。通过多次反复的实验可以实现创新发展。

4.2.3 模具修复

整体上来说，模具修复并没有构建科学、完善以及合理的有效指导方式。尚未构建完善的公信力，缺乏信服的评判标准。

对此，在此种状况之下要减少修复费用，降低修复成本；通过强化模具强度的方式，延长模具的使用寿命参数。逆向工程技术可以提升修复工作效率，这样不仅仅可以降低工作强度，有利于推动模具行业的持续发展。

4.2.4 模具结构评估

模具质量评估分析可以检测分析其潜在的问题与参数，保障模具符合要求以及规范要求，进而提升模具制造质量。通过逆行基础进行评估分析，可以设计环节以及实际制造，保障各项工作高效开展。

4.3 案例分析

4.3.1 塑件更改方案对比分析

以冰箱果菜盒为例，其内底面属于大平面，并没有任何形状。通过优化设计之后底部添加了十条均匀分布的凸起形状。对其进行升级之后增加了美观性，则减少了摩擦力，有效地增加了应用寿命。塑件更改前后如图1所示。

4.3.2 模具三维扫描

此模具在生产没有最终的三维图形数据信息，无法直接的进行数控加工处理。对此，在处理中通过三维扫描技术以及逆向成像技术建模，利用UG以及Geomagic DesignX结合的方式进行建模处理，获得三维数据信息。4.3.3 三维扫描准备

拆解模具零部件，全面清洗模具的型腔，抛光生锈位置，保障整体质量。在模具表面喷洒显像剂，摇均之后排出空气；距离模具表面30cm左右的位置均匀喷洒；最后粘贴标志点，为了获得理想的点云数据信息，要避免标志点呈直线分布状态，避免有规律的设置位置，将其设置在平坦的区域位置中，避免其与边界位置过于接近。

4.3.4 标定三维扫描仪

图1：塑件更改前后图

图2：逆向建模设计图像

三维扫描仪主要是通过高精密的工业级别立体视觉传感器以及三维数据处理系统软件、标定系统共同构成，在应用之前要做好标定。

4.3.5 三维扫描生产点云

三维扫描中在距离工件300mm的位置，按照设计扫描件进行扫描分析。注意扫描技巧，观察物体结构特征避免扫描盲区。在扫描一个区域之后快速移动位置之后继续扫描，直至获得满意的扫描结果。最后通过软件旋转观察是否完整性，导出数据，生成三角网格。

4.3.6 逆向建模

在完成设计之后，综合客户塑件需求，在逆向设计完成之后可以基于三维图形进行创新分析，获得最终的图像，如图2。

4.3.7 编程加工综合客户需求，进行升级优化，整改方式，根据工艺要求进行加工处理。

5 结束语

逆向工程技术的应用重点就是加强对原始点云数据信息的收集、处理以及构建曲面结构，利用现代化的软件以及技术手段，便于数据模型的构建，将其作为基础进行不断地完善优化，可以提升模具设计加工质量，有利于行业建设发展。