逆向工程在3D打印技術(shù)中的應(yīng)用

胡彥萍

(蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730060)

0 引言

逆向工程(RE)是在只有產(chǎn)品實(shí)物的前提下，使用測量設(shè)備獲取實(shí)物的表面數(shù)據(jù)，通過三維幾何建模的方法重構(gòu)實(shí)物的數(shù)字模型，然后將數(shù)字模型進(jìn)行產(chǎn)品分析和再設(shè)計(jì)、模具制造和加工生產(chǎn)的過程[1]。運(yùn)用逆向工程技術(shù)，能夠得到物體的表面數(shù)據(jù)模型，并進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)加工，從而實(shí)現(xiàn)對工藝品、文物等物品的保護(hù)和開發(fā)[2]。本文以馬踏飛燕工藝品為例，介紹了逆向工程在3D打印中的應(yīng)用。

1 獲取數(shù)字化模型

本文采用Handyscan300手持式三維激光掃描儀和VXelements軟件來實(shí)現(xiàn)馬踏飛燕模型(如圖1所示)的三維數(shù)據(jù)采集與優(yōu)化。采集前需要在模型上貼標(biāo)志點(diǎn)，并采用掃描表面的方式進(jìn)行掃描，在多角度掃描并擬合拼接后，會得到一個完整的模型表面數(shù)據(jù)，并將此數(shù)據(jù)文件保存文件名為:馬踏飛燕.stl。然后將此文件導(dǎo)入Geomagic Design X逆向工程軟件中，進(jìn)行填孔、刪除特征、平滑和再面片化等處理，提高面片的品質(zhì)，模型掃描完成后(如圖2所示)繼續(xù)保存成stl格式。

2 3D打印

2.1 切片

打印前需要用配套的切片軟件對模型進(jìn)行分層切片，本文使用Einstart-S桌面3D打印機(jī)，打印精度在0.1 mm～0.4 mm之間，可以根據(jù)需要自行調(diào)節(jié)，這款打印機(jī)的打印原理是采用FDM(Fused Deposition Modeling，熔融沉積)技術(shù)，配套的切片軟件是3dStar軟件。

在3dStar軟件環(huán)境下打開處理好的面片數(shù)據(jù)(馬踏飛燕.stl)，將模型縮放至合適比例，旋轉(zhuǎn)到合適方向后移動到平臺中心，如圖3所示。在“程序設(shè)置”中選擇設(shè)備類型為【E-s】(如圖4所示)，在“路徑生成設(shè)置”中選擇打印模式為【細(xì)膩】(即精度最高，層高為0.1 mm)，參數(shù)設(shè)置選擇【內(nèi)外支撐】(如圖5所示)。點(diǎn)擊【生成路徑】，軟件自動將模型按照設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行分層切片。切片完成后，可以在路徑查看器中查看打印時間和分層數(shù)等信息(如圖6所示)，也可以查看填充效果(如圖7所示)，如果不滿意可以重新設(shè)置后進(jìn)行切片。最后將軟件切片后生成的文件(馬踏飛燕.gsd)存入打印機(jī)SD卡中，將文件名重命名為matafeiyan.gsd。

圖1 馬踏飛燕模型

圖2 掃描處理完成后的模型

圖3 模型放置合適比例和位置

2.2 打印與后處理

先將SD卡插入打印機(jī)卡槽，再打開打印機(jī)(注意：必須先插卡，再打開機(jī)器，否則打印機(jī)不能識別到SD卡)，完成打印絲的穿絲操作后，在打印界面選擇要打印的模型(matafeiyan.gsd)，點(diǎn)擊【OK】按鍵即可。打印完成后(如圖8所示)需要手動去除支撐，用工具將內(nèi)外支撐都去除后馬踏飛燕作品就完成了，如圖9所示。

圖4 程序設(shè)置

圖5 路徑生成設(shè)置

圖6 路徑查看器

圖7 支撐與填充效果

圖8 打印完成后的模型

圖9 最終完成的作品

3 結(jié)語

工藝品、文物和藝術(shù)浮雕等物品，通常具有曲面造型復(fù)雜、細(xì)節(jié)特征明顯、缺少CAD數(shù)據(jù)等特點(diǎn)，難以用正向設(shè)計(jì)的方式得到這些物體的數(shù)字模型[3]。逆向工程技術(shù)在復(fù)雜曲面建模方面具有建模速度快、復(fù)原精度高、開發(fā)周期短等特點(diǎn)。本文以馬踏飛燕工藝品為例介紹了逆向建模和3D打印的過程，對于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力起到了積極作用。