逆向工程和3D 打印技術在工業設計中的應用

高志凱

（德州職業技術學院，山東德州 253034）

0 引言

隨著我國計算機技術的不斷發展，在設計師進行工業設計的過程中，不僅可以應用正向工程技術進行產品設計，還可應用逆向工程技術進行產品設計，并通過逆向工程技術用過程中所獲得的三維數據進行產品的3D 打印，打破了原有的產品設計模式，使產品設計的周期變短，更有利于產品的改革與創新。

1 逆向工程技術的原理與應用方法

1.1 逆向工程技術的概念

在進行零件、模型加工的過程中，通過工程技術，將零件或模型轉換為工程概念與數字模型的過程，就是針對逆向工程技術進行應用的過程[1]。這一技術在進行應用時，可以將應用技術與分析方法等多種技術進行有效的結合，并加以消化與統一，通過這樣的方式，就能夠讓逆向工程技術，成為一個獨立的技術。逆向工程技術在進行應用的過程中通常會以軟件或是圖像作為技術的研究對象，在進行研究的過程中采用生產工程學、設計方法理論等多種專業知識，利用先進的產品設備進行分析研究，從而開發更加高級的同類產品。通過針對逆向工程的應用，可以實現產品再現，還可以針對某一產品進行復制。不僅如此，還可以在進行復制或再現的過程中進行產品的改進與創新。

1.2 逆向工程技術的特點

逆向工程技術通常情況下，會被應用于產品開發與研究，也可以應用于產品的改造與創新、產品的質量分析以及新產品的測試。由于逆向工程業務有一定的局限性，因此它的業務范圍通常是進行小批量的零件制造，通過針對這一技術進行有效的應用，可以有效地針對產品的設計周期進行縮短，提升產品換代的效率，還能夠針對新產品開發、測試、改進的成本進行有效的降低[2]。

1.3 逆向工程的實施

逆向工程技術在實際應用的過程中，能夠快速而全面的針對物理原型的3D 數據進行獲取。在逆向工程技術進行應用的過程中，數據的真實性非常重要，因此想要進行逆向工程技術的應用，就必須要讓逆向工程技術在進行應用的過程中完成數據采集。通常情況下，只需要利用測量設備針對測量物體表面的多個點進行幾何坐標數據的測量搜集與建立，就可以完成數據的采集，并通過采集來的數據傳輸進入計算機的方式進行產品的快速制造（圖1）。在進行數據采集的過程中，不僅可以通過接觸測量物體的方式完成數據采集，還可以通過不接觸測量物體的方式進行數據采集[3]。

圖1 逆向設計工作流程

2 逆向工程與3D 打印技術在工業設計過程中的優勢

2.1 針對工業設計與開發過程進行相應的優化

在進行工業設計的過程中，對逆向工程技術進行應用，并采取創新的設計方法進行創新，能夠有效地為企業節省進行產品設計與開發的時間，還能夠通過這樣的方式，針對創新產品的不足之處進行修正，有效的提升產品的生產速度。

在逆向工程技術與3D 打印技術引入工業設計之后，工作人員就可以通過掃描產品的方式進行對于逆向工程技術與3D打印技術的應用，完成對于整個產品的構建。工業設計師可以從產品營銷的工作人員那里了解到目前消費者對產品的需求，并了解同類產品的整體情況，進行產品改革的過程中，對這些情況作為產品改正的設計基礎，并實現現有產品理念的革新，從這樣的革新獲取新的設計理念，在進行產品設計的過程中探尋新的表現形式，針對原來產品設計過程中，從未考慮過的設計概念進行探索，從而實現產品各個方面的全新突破，將這一系列的概念設計生成為產品的設計圖紙，與有關人員進行相應的討論。討論結束后，圖解的設計人員就可以根據討論過程中所提出的一些問題、想法等進行圖紙的修改。在將逆向工程引入設計過程后，設計過程往往會變得更加簡單，也會變得更加有效率。

企業在開發新產品前，首先會針對產品的市場情況進行調研，通過調研了解到客戶的真正需求、產品的市場前景如何，避免產品生產后出現滯銷的情況，損害公司的整體效益。如果在市場上已經有了本企業的產品，工作人員也會針對市場上的暢銷產品進行改進。改進后的產品必然會在某一方面，或是某些方面優于現有的產品。通過這樣的方式，促使消費者購買欲望的提升。在設計人員進行原有產品的改革與創新過程中，就可以從現有的產品架構中找到更多的設計亮點，在保護這些設計亮點的基礎上，針對原有的設計缺陷進行改進，通過這樣的方式完成對于產品的有效開發。

2.2 提升了設計師與產品之間的聯系

在設計師進行設計的時候，通常會在進行產品設計時展示出一定的前瞻性。但是從本質上來講，這種前瞻性的設計思維，其實也只是一種單向設計行為。在進行產品的設計過程中將逆向工程技術與3D 打印技術進行引入，設計人員在按照自己的思路進行產品設計的過程中，還可以利用逆向工程與3D 打印技術快速呈現產品模型，設計人員通過這樣的方式能夠在產品之間產生實時的互動與響應。通過這樣的方式使設計師能夠及時的接收到產品的反饋信息，設計師就可以以反饋信息為依據，進行設計合理性的討論研究。設計師想要進行產品設計，首先要進行對于產品的概念設計。在設計師進行概念設計的過程中，由于概念設計本身非常抽象，因此設計師通常無法針對產品的整體結構尺寸等進行全方位的考慮，這就意味著設計師無法通過概念設計進行產品的優化。這種情況不僅會讓設計師在進行產品設計的過程中浪費更多的時間，還大大提升了由于設計師在進行產品設計時考慮不夠全面而導致返工的可能性。但是在設計師進行設計的過程中，通過逆向工程技術與3D 打印技術有效結合，就可以迅速的在設計的初始階段就獲得產品的真實樣品，并通過對于真實樣品的研究完成對于產品問題的快速修改，要進行產品設計的過程中逆向工程技術甚至支持進行少量樣品的制作，以供設計人員進行產品的研究，并根據樣品進行產品的改進。這種方式為設計人員在進行產品設計的過程中提供了更好的設計環境，使設計人員在進行產品設計修改的過程中能夠直觀的了解到目前產品設計還有哪些不足，從而盡快地完成優化。另外，進行產品設計時，首先制作出產品樣本，就可以使營銷商以及未來用戶針對這一產品樣品進行使用，并給出相應的評價和意見。設計師就可以針對這些評價與意見進行產品的改進，使產品在大面積推廣后能夠滿足更多的需求。在設計師進行產品設計的早期階段，制造商方面如果能夠盡早拿到產品設計樣品，就能夠盡早針對產品的制造材料、加工技術方面進行意見的提出，通過這樣的方式保證設計方案的成本都有所降低的同時，還能夠提升產品的質量。

另外，在營銷人員進行工作的過程中，還可以針對市場上現有的暢銷產品數據進行收集，并將這些數據回傳給設計師，設計師就可以通過這些數據，進行產品的設計，使自己的產品在進行設計的過程中，不僅吸納其他同類產品的長處，還盡量規避其他同類產品的短處，從而提升本產品上市后在市場上的競爭力。另外，在設計師進行產品設計的過程中，通過針對逆向工程與3D打印技術進行應用，還能夠使一部分產品用戶更早的看到產品樣品，甚至進行產品樣品的試用。

總之，在進行產品設計的過程中，逆向工程技術與3D 打印技術的應用能夠有效的讓設計師與消費者之間產生互動，打破了傳統的設計師進行單項設計的局面，使設計師在進行產品設計的同時，還能夠接受到消費者、經銷商、制造商等多個方面關于產品的信息反饋，從而使設計師真正的能夠與產品進行互動，提升設計師設計方案的完整性與準確性。另外在進行逆向工程和3D 打印技術應用的過程中，由于這兩種技術仍然在應用的過程中有一定的局限性，因此，建模結構與零件細節往往會與原始的目標產品出現很大的不同，而這些差異在設計師進行設計的過程中，也可以幫助設計師進行創新設計方法的拓展，通過這樣的方式體現出設計產品的產品特性。

3 結束語

在設計師進行產品設計的過程中，通過將逆向設計與3D 打印技術相結合，不僅能夠完成對于產品的創新與優化，還能夠在進行產品設計的過程中通過三維數字模型與物理模型進行輔助分析與制造，逆向工程和3D 打印技術的應用能夠有效提升設計師進行產品設計時的效率，也有助于設計師進行產品的改良。