第九章逆向工程1

1、第九章 逆向工程与快速成形技术,91逆向工程,9.1.1逆向工程原理,逆向工程是在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没 有 CAD 模型的情况下，按照现有零件的实物模型（或称 为零件原形），利用各种数字化技术重新构造原形三维模 型的过程。,所谓逆向工程技术（Reverse Engineering, RE，也称为 反求工程、反向工程），是指用一定的测量手段对实物 或模型进行测量，根据测量数据通过三维几何建模方法重 构实物的CAD模型的过程。,逆向工程技术综合了三维测量、计算机辅助设计、快 速成形等高新技术。,9.1.2 逆向工程方法,1快速准确测量出实物零件或 模型的三维轮廓坐标数据 （数据采集

2、）,即利用测量装置采集实物模型 表面数据。,常用三维数据测量方式: 接触式三坐标测量、 非接触式激光扫描测量 逐层扫描测量等方式。,1、接触式测量方法:通常采用三坐标测量机或机器人手臂进 行测量，需接触被测物体的表面；,接触式测量的优点 是： 1）准确性及可靠 性高。 2）对被测物体的 材质和反射特性 无特殊要求不受 工件表面颜色及 曲率的影响。,接触式测量的缺点是： 1）测量速度慢。 2）接触头易磨损， 故需经常校正探 头直径。 3）不能对软质材料 和超薄形物件进 行测量，而且对 细微部分的扫描 受到限制等。,4) 探针与物体接处会有盲点并且使软件物体容易变形,2、非接触式激光扫描测量,非接

3、触式扫描仪扫描速 度快、精确度适当，并且可 以扫描立体的物品获得大量 点云数据，以利曲面重建， 扫描完后在计算机读出数据， 通常这部份称为反求工程前 处理。,非接触式三维扫描仪很多，根据传感方法不同，常用的有基于激光扫描测量、结构光扫描测量和工业CT等的， 分别代表市面上主流的三维激光扫描仪，照相式三维扫描仪，和CT断层扫描仪等。,CS-300型,复合式三坐标测量机,应 用,2根据三维轮廓数据重构曲面并建立CAD模型 （重构曲面模型）,即用处理的数据 重构曲面模型，从 而实现对零件的分 析和加工。 处理大量点云的 步骤是：先处理数 据点，从数据点提 取曲线，由曲线构 建线框模型，曲面 重构。,

4、实物数据采集数据处理三维造型过程:,9.1.3逆向工程的应用,(1) 产品仿制,(2) 新产品设计,（3）旧产品改进,（4）损坏或磨损产品的还原修复,破损的艺术品或缺乏供 应的损坏零件等，,（5）数字化模型的检测,（6）其他应用 随着产品的单件、小批量和用户对产品的不同要求.,9.2.1 快速成形技术概述,快速成形技术（Rapid Prototyping, RP，又称快速原 型制造技术）是20世纪80年代后期发展起来的，被认为是 近20年来制造领域的一次重大突破。 快速成形技术综合了机械工程、CAD/CAM、数控技术、 激光技术及材料科学技术，可以自动、直接、快速、精确 地将设计思想转变为具有

5、一定功能的原型或直接制造零件， 原型的制造甚至可以在办公室进行，从而可以对产品设计 进行快速评估、修改和功能试验，大大缩短了产品的研制 周期。,9.2.2 快速成形技术方法与工艺,光固化成形法是最早出现的快速成形工艺。 其原理是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。 这种液态材料在一 定波长和强度紫外光 的照射下能迅速发生 光聚合反应，相对分 子质量急剧增大，材 料也就从液态转变成 固态。,1光固化成形法,光固化成形法是目前RP技术领域中研究最多的方法，也 是技术上最为成熟的方法。 该工艺成形的零件精度较高。 该工艺的精度能达到或小于0. l mm， 表面质量好，原材料利用率将近100%， 能制

6、造形状特别复杂（如空心零件）、 特别精细（如首饰、工艺品等）零件。,零件制作完成后，还需要在紫外光 的固化箱中二次固化，用以保证零件 的强度。所以，光固化工艺运行费用 高，设备的运行费用也高。,叠层法工艺采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等作为成 形材料，片材表面事先涂覆上一层热熔胶。成形时，用CO2、 激光在刚粘接的新层上切割出零件截面轮廓和工件外框， 并在截面轮廓与外 框之间多余的区域 内切割出上下对齐 的网格；,2.叠层法,易于制造大型、实体零件。零件的精度较高（0.15mm)。工件外框与截面轮廓之间的多余材料在加工中起到了支撑作用，所以叠层法工艺无需加支撑。,材料利用率很低。 此外CO2激光

7、器的使 用寿命约为1万h， 二次投入大。,激光烧结法工艺是利用粉末材料（金属粉末或非金属粉 末）在激光照射下烧结的原理，在计算机控制下层层堆积 成形。采用co2激光器作能源，在工作台上均匀铺上一层 很薄（0.10.2mm）的粉末， 激光束在计算机控制下按照 零件分层轮廓有选择性地进 行烧结，一层完成后再进行 下一层烧结。全部烧结完后 去掉多余的粉末，再进行打 磨、烘干等处理便获得零件。,3激光烧结法,利用热塑性塑料的热熔性、粘结性，在计算机控制下 层层堆积成形。 熔融挤压成形法原理是 材料先抽成丝状，通过送丝 机构送进喷头，在喷头内被 加热熔化，喷头沿零件截面 轮廓和填充轨迹运动，同时 将熔化

8、的材料挤出，材料迅 速固化，并与周围的材料粘 结，层层堆积成形。,4熔融挤压成形法,该方法不用激光，因此使用、维护简单，成本较低。 用石蜡成形的零件原型，可以直接用于熔模铸造， 用ABS工程塑料制造的原型因具有较高强度而在产品设计、 测试与评估等方面得到广泛应用。 优点是国内外现有设备中运行成本最低的。 此种工艺的特点是既可以将零件的壁内做成 网状结构，也可以将零件的壁做成实体结构。 由于FDM工艺的一大优点是可以翻移任意 复杂程度的零件，所以经常用于成形具 有很复杂的内腔、孔等零件。,三维打印法工艺与激光烧结法工艺类似，采用粉末材料 成形，如石膏粉末、陶瓷粉末和金属粉末。 所不同的是材料粉末不是通过烧结连接起来的，而是通 过喷头用粘结剂（如硅胶）将零件的截面“印刷”在