基于逆向工程和快速成型技术的零件制造
逆向工程和快速成型的手机外型快速设计
06 手机外型设计未来发展趋 势预测
个性化定制服务需求增长
1 2
用户参与设计
消费者越来越希望参与到手机外型设计的过程中， 表达自己的独特审美和个性化需求。
3D打印技术应用
3D打印技术的成熟使得个性化手机外壳的定制 成为可能，满足用户对于独特外观的追求。
3
定制化软件支持
手机外型设计软件的发展，为用户提供更加便捷 的设计工具，降低个性化定制门槛。
与艺术家、设计师跨界合作，将手机外型设 计提升为艺术品，展现科技与艺术的完美结 合。
时尚元素的引入
借鉴时尚界的流行元素和设计理念，打造具有时尚 感的手机外型，引领潮流趋势。
多元文化交融
汲取不同国家和民族的文化精髓，设计出具 有多元文化背景特色的手机外型，满足全球 市场需求。
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02 手机外型设计现状及挑战
当前手机外型设计趋势
全面屏设计
追求更高的屏占比，减少边框 和额头，增加视觉冲击力。
多摄像头配置
采用多个摄像水功能
加入无线充电和防水功能，提 高用户便利性和手机耐用性。
轻薄化和多彩配色
追求更轻薄的手机身材和多样 化的颜色搭配，满足用户个性
材质、颜色还原与快速成型技术结合
材质还原
通过分析手机外型的材质特性，选择合适的3D打印材料，如PLA、 ABS等，以还原真实的质感。
颜色还原
采用多色3D打印技术，将手机的颜色信息进行精确还原，实现彩色 打印。
快速成型
利用3D打印技术，将重建后的三维模型进行快速成型，得到手机外型 的实体模型。
创新设计思路及实践案例分享
感谢您的观看
消费者需求多样化
消费者对手机外型的需求 多样化，包括颜色、材质、 形状等。
基于逆向工程和快速成型的硅橡胶模具制造研究
２ 快 速成 型 制 造 技 术
快速成 型 制造 技 术 （ ａ ｉ Ｐ ｏｏｙ ｉｇ Ｍａ ｕ Ｒ ｐｄ ｒ ｔｔｐｎ ｎ － ｆｃｕｉｇＴｅｈ ｏｏ ｙ Ｒ Ｍ） 它 的全过 程可 以简 单 ａｔｒ ｃ ｎ ｌｇ ， Ｐ ， ｎ 描述 为 ： 分层 ／ 叠加 ， 者 ： 散／ 或 离 堆积 。即把 零 件 的 数字模 型 ， 一定 的厚 度切 片（ 按 离散 ） 再把 它与成 型 ， 参数结 合 ， 转换 成控制 成型机工 作 的 ＮＣ代码 ， 制 控
３ １ 数 字 化 模 型 的 建 立 ．
逆 向工程 对 于工 业设 计 品 的 曲面 的建立 ， 般 一
扫描 仪快速测量 现 有 的工 件 或样 件 ， 得 大量 轮 廓 获 坐标数 据 ， 过 曲面建 构 、 经 编辑 、 修改 后 ， 到工件 或 得 样件数 字模 型 ， 依此 设计 模 具 ， 由 Ｃ 再 ＮＣ加 工 制 作 模 具 。另一种方 法是 基 于 工件 或 样 件数 字 模 型 ， 以
制 造过程及 思路 的可行性 和优越 性 。
关 键 词 ： 向 工 程 ； 速 成 型 ； 橡 胶 模 具 ；ｍａ ｅ ｒ ； ｒ ／ 逆 快 硅 Ｉ ｇ ｗａ ｅ ｐ ｏ Ｅ
中图分 类号 ： ； Ｇ ６ ５ ＴＧ ６ ９ ＴＧ ７ Ｔ ６ ； ６
文献标 志码 ： Ａ
模具制 造业是 整 个 制造 业 的基 础 ， 国 民经 济 在 发展 中起着举 足轻 重 的作 用 ， 着模 具 行 业 的快 速 随
《 新技术 新工艺 》・ 字技术 与机械 加工 工艺装 备 数 ２０ ０ ８年 第 １ 期 ・２ 。 ３
维普资讯
基于逆向工程的快速成型技术的应用
．
图 1
扫描 点 云 数据处 理 图
，
m
。
通过扫描
获 得 了 零 件 曲面 的 点 云 数 据 之 后 据导 入 到
Im
a
，
将扫描所 得到 的点 云 数
，
3
零件快速成 型
快速成型技术 (Ra
p id
Im
a
g
e w a r e
软 件 中进 行 处 理
形 到 图纸
。
而 逆 向工 程 的设 计是从 零 件或 实物原
，
在产 品丌 发过 程 中
，
由于 形 状 复 杂
，
，
含许多空间曲面
很 难 直接 建市 数据模 型
常 常需 要 以
、
、
实物模 型 (样 件 ) 为依据 或参考 原 型 进 行仿 型
或造 型设计
。
本 文 以 导 流 罩 的逆 向反 求 为 例
，
通 常用 于 仿制没 有 设 计
，
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图纸 文 件 的产 品
。
是对存在 的实物模型进行测量
，
并根
修改
、
据测 得 的数据重 构 出数据 模 型 检验
、
进 而进行分析
。
、
加工
，
然 后 制 造 出 产 品 的过 程
，
传统设 计 和 制造 其 巾包
改型
是从 图纸到零 件
譬 受
也 各 有 不 同 ，但 是 ， 其 基 本 原 理 都 是 一 样 的 ， 那 就 是 “ 层 制 造 ，逐 层 叠 加 ” 分 。快 速 成 型 （ ） 技 术 可 以 在 无 ＲＰ 需 准 备 任 何 模 具 、 刀 具 和 工 装 夹 具 的 情 况 下 ， 直 接 接 受 产 品设 计 （ ＡＤ）数 模 的 数 据 ，快 速 制 造 出 新 产 品 的 样 Ｃ
基于逆向工程的复杂工艺品设计及快速成型
No2Apr第2期（总第225期）2021年4月机 械 工 程 与 自 动 化MECHANICAL ENGINEERING & AUTOMATION文章编号= 1672-6413（2021）02-0052-03基于逆向工程的复杂工艺品设计及快速成型櫜夏会芳，汤剑，张琳琅，苏秀芝（武汉华夏理工学院智能制造学院，湖北武汉430223）摘要：为解决复杂工艺品的逆向建模及成型问题，以兵马俑人俑工艺品为例，应用三维激光扫描设备、Geomagic Wrap 软件、Geomagic Design X 软件、Geomagic Control X 软件和3D 打印技术进行逆向设计和快速成型，实现模型的快速复制，提高了复杂型面产品的开发能力，降低了产品的研发成本。
关键词：逆向工程；工艺品；快速成型中图分类号： TP3917 文献标识码： A0 引言1. 1 扫描前处理逆向工程（Reverse Engineering ）也称反求工程或 逆向设计，是将已有产品模型（实物模型）转化为工程 设计模型和概念模型，并在此基础上解剖、深化和再创 造的一系列分析方法和应用技术的组合［1］。
逆向工程的过程大致如下：首先由数据采集设备 获取样件表面数据，其次导入专门的数据处理软件或 带有数据处理的三维CAD 软件进行前处理，然后进 行曲面和三维实体重构，在计算机上复现实物样件，并 在此基础上进行修改和创新设计，最后对再设计的对 象进行实物制造。
其中从数据采集到CAD 模型的建 立是反求工程中的关键技术。
本文以兵马俑人俑工艺品为研究对象，利用逆向 工程技术对人俑模型进行逆向建模。
1人俑三维数据采集本次扫描选用日本柯尼卡美能达三维扫描仪 RANGE7对人俑模型进行数据采集。
柯尼卡美能达 三维扫描仪属于非接触式光学扫描仪，物体表面明暗 程度会影响扫描数据的质量，另外要获得物体表面完 整的数据，需多方位扫描［］。
所以扫描前处理主要是 表面处理、贴标记点。
《逆向工程及快速成型技术》课程标准
《逆向工程与快速成型技术》课程标准一、基本信息1．课程地位：逆向工程与快速成型技术是“模具设计与制造专业”的一门专业选修课程，通过本课程学习，学生应掌握逆向工程的基本概念和技术体系，了解学科发展趋势；掌握面向实物样件的数字化、数据处理、模型重建与评价的基本理论与技术；培养学生建立面向机电产品的逆向工程方法论，初步掌握一种支持逆向工程的应用软件工具。
2．课程任务：本课程教学任务是使学生认识逆向工程与正向设计的关系，掌握逆向工程的设计思路；掌握几种快速原型制造工艺，具备面向实物样件的数字化、数据处理、模型重建与评价的基本理论与技术的能力。
3．课程衔接：《数控加工工艺与编程》、《UG设计基础》、《CAD制图》、《三维扫描与逆向建模》等课程。
三、课程目标本课程目的是使学生掌握逆向工程的基本概念和技术体系，了解学科发展趋势；掌握面向实物样件的数字化、数据处理、模型重建与评价的基本理论与技术；培养学生建立面向机械产品的逆向工程方法论，初步掌握一种支持逆向工程的应用软件工具。
四、课程理念1．课程设计原则：围绕专业知识、能力与素质矩阵，根据本课程教学内容，结合后续课程及工程技术岗位的需要，优化课程教学内容，分解课程知识与能力模块，以实施理论与实践双融合教学为理念，借助课堂精讲（或精品课程平台、工厂实际操作视频），完成课程理论知识的教学，以实验设计和生产问题解决形式（课内训练、课外作业）实现动手能力训练。
通过“教、学、做、评一体化”完成该课程教学。
2．课程内容结构：（1）课程项目学习安排：课内以项目讨论学习为主，过课堂教学和应用实践等多个环节，使学生掌握快速成型与快速制模的理论原理、技术方法和工程应用，为今后从事相关领域的科学技术研究，解决工程实际问题奠定坚实的基础。
通过实验，了解逆向工程中原始数据的采集方法和应注意的问题；掌握三维结构光扫描装置的基本操作和相关知识元；掌握Geomagic软件的基本操作。
了解快速成型的原理及其与传统加工工艺的区别；了解不同快速成型方式的优点、缺陷和应用范围。
基于逆向工程与快速成型技术的产品设计
１ ． 引 言
随着 经济 与 科 技 的发 展 ，用户 对 产 品 的 要求 越 来越 高 ， 除 了要 求能 满足 出 了新颖 性 和个 性 化 的要 求 ， 因此许 多 产 品就 需要 有 着较 为 美观 的异性 曲面 ，包 括 机械 、电子 、 日
在 产 品 数据 提 取步 骤 中 ，尤为 关键 的 是 系统 标 定计 算 和立 体 拍摄 这 两个 步 骤 。 在 系 统标 定计 算 过程 中 ，主 要 是 建立 起 拍 摄 坐标 并 设置 零 点 ，通 过调 整 相机 的不 同 角 度进 行 ６ 次空 拍摄 获取 零 点 的６ 个 标 定 数
出发 ，经过 精 密测 量 ，三 维 重 构 ，再现 其 小 龙人 点 云数 据进 行 处 理 。是美 国杰魔 软 人模 型 的缺 口进 行 补 修 ，并得 到 更光 滑 的 件 公司 推 出 的逆 向软 件 ，该 软件 是 目前对 面 。结 合 以下 方法 ：① 利 用填 充 孔功 能 可 形状 结 构特 征 并获 得 所有 制 造 加工 数据 ， 在缺 失 数据 的区域 里 来创 建一 个 基于 曲率 然 后 或 经 过柔 性制 造 系 统输 出产 品 ，或 经 点 云处 理及 三 维 曲面 构 建最 强 大 的软件 ， ｃ ｕ ｒ ｖ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ — ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｆ ｉ Ｕ ｉ ｎ ｇ ） 或 一 过快 速 原 型制 造做 出样 品原 型 ，加 以修 改 从 点云 处 理 到三 维 曲面 重建 的时 间通 常是 的填充 （ ｆ ｌ ａ ｔ ｆ ｉ ｌ １ ） ，把 小 龙人 多 边 后 再进 入 柔性 制造 系 统 。逆 向工程 信 息流 其 他软 件 的三 分 之一 。数据 处 理遵 循 点阶 个 平 面填 充 （ 如 图１ 所示 。 段一 多 边形 阶 段一 成 型阶 段三 个 密 不可 分 的 形 多边 形 模型 的 孔进 行填 充 ；② 通过 打 磨 工 具对 小 龙人 模 型表 面 凹 凸不平 的地 方 进 下面 以小龙 人玩 具 为设 计 对 象 ，介绍 阶 段作 业 流程 ，可 以轻 易地 从 点 云创 建 出
逆向工程及快速成型技术
逆向工程及快速成型技术引言逆向工程和快速成型技术是当今数字化时代强有力的工具，对各个行业都有着深远的影响。
逆向工程是通过分析和推导一个产品的设计、构造和功能，来理解并重新构建该产品的过程。
快速成型技术则是通过一系列自动化的加工过程，将数字化设计数据通过三维打印等方式快速转化为实体产品。
本文将介绍逆向工程和快速成型技术的基本概念、应用领域以及未来发展方向。
逆向工程基本概念逆向工程（Reverse Engineering）是指通过分析和推导产品的设计、构造和功能，来理解并重新构建该产品的过程。
它包括对产品的结构、性能、工艺和使用特性等方面的解析，以及对产品的复制和改进。
逆向工程通常通过采集、处理和分析产品的物理数据、CAD模型和软件程序等信息来实现。
应用领域逆向工程可以应用于各个行业和领域。
其中，制造业是逆向工程的主要应用领域之一。
在制造业中，逆向工程技术可以帮助企业快速获取竞争对手的产品信息，对其进行分析和研究，从而提升自己的技术优势。
逆向工程还可以用于产品的维修和改进，通过分析产品的结构和工艺，找出产品存在的问题并进行改进。
此外，逆向工程还可以应用于艺术、文化遗产保护等领域。
发展趋势随着信息技术的不断发展，逆向工程的方法和工具也在不断更新和改进。
目前，逆向工程主要应用于物理产品的分析和复制，但随着虚拟现实和增强现实等技术的发展，逆向工程将更多地应用于数字产品和软件的研究和分析。
此外，随着机器学习和人工智能技术的进一步发展，逆向工程将可以更加自动化和智能化，提高工作效率和准确性。
快速成型技术基本概念快速成型技术（Rapid Prototyping）是一种通过自动化的加工方法，将数字化设计数据快速转化为实体产品的技术。
它通过将设计数据转化为三维模型，并通过三维打印等方式进行快速制造。
快速成型技术可以减少产品开发周期和成本，提高生产效率。
应用领域快速成型技术被广泛应用于工业设计、医疗器械、汽车制造、航空航天等领域。
关于“反求工程与快速成型一体化应用研究”的学习总结
关于“反求工程与快速成型一体化应用研究”的学习总结——机研0804 朱晓博（104972081074）快速成型技术(Rapid Prototyping&Manufacturing,RP&M)是20 世纪80 年代末期发展起来的一项先进制造技术, 它借助计算机、激光、精密传动、精密伺候等现代化手段, 将计算机辅助设计(CAD) 、计算机辅助制造(CAM) 、计算机数字控制(CNC) 集成于一体, 根据在计算机上构造的三维模型, 能在短时间内运用一定材料制造产品样品, 无需传统的机械加工机床和模具的一种添加成型技术[1]。
反求工程技术(Reverse Engineering, RE) 又称逆向工程技术, 是以产品及设备的实物、软件( 图样、程序及技术文件) 或影像(图片、照片)等作为研究对象, 反求出初始的设计意图。
简单说, 反求就是对存在的实物模型或零件进行测量并根据测量数据重构出实物的CAD 模型, 进而对实物进行分析、修改、检验和制造的过程。
这里所指的反求是实物反求。
反求工程是快速成型制造的重要数据来源之一, 将反求工程与快速成型技术相结合, 能够在已有样件或原型的基础上进行复仿制, 进行迅速评价、修改和产品的创新再设计, 并自动快速地将设计转化为具有相应结构和功能的原型产品或直接制造出零部件, 缩短新产品的设计和研制周期, 降低新产品的研制成本和风险, 从而快速响应市场需求, 提高企业竞争力。
作为一种处理难以用CAD 设计的零件模型以及表面形状极不规则的产品模型的最有利的土具, 可以实现零件的快速三维复制、CAD 建模和快速制造。
它与快速成型的结合形成了一个设计、制造、检测的快速设计制造闭合系统。
本文主要讨论反求工程和快速成型的一些技术, 并举出实例。
1 反求工程数据处理的主要内容1.1 数据处理构造CAD 几何模型前, 反求工程大致分三个阶段: 首先对已有三维实体模型进行数据采集(又称零件数字化) , 生成数据“点云”; 然后对数据“点云”进行滤波去噪处理, 去除点云数据中的“坏点”; 最后通过曲面构造技术对数据点云进行曲面拟合, 生成三维曲面模型。
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基于逆向工程和快速成型技术的零件制造
摘要：随着当前制造业的快速发展和用户对产品的要求不断地提高，产品更新
换代越来越快，这对产品开发提出了更高的要求。
利用先进设计与制造理念和手段，对现有产品进行再设计以满足用户要求的产品开发方法是缩短产品开发周期
和降低产品研制开发成本的一种可行方法。
关键词：逆向工程；快速成型技术；零件制造
1基于逆向工程的产品数字化建模流程
1.1改良设计任务
一家专门生产高级液体鞋油的公司所用的塑料油瓶外包给另一家塑胶模具公司。
由于模具公司设计部电脑受到黑客攻击导致所保存的原鞋油瓶的所有设计图
档等数据全部丢失。
前期有用户在使用该款鞋油时反馈瓶盖过于光滑，不易扭开。
经过前期的市场调研，公司决定在现有瓶身的基础上，重新优化设计鞋油瓶盖，
推出一款新的鞋油产品。
1.2原模型设计数据的获取
（1）扫描仪标定。
在正式扫描之前必须先对扫描仪进行标定以保证扫描的精度，调整扫描距离，将标定板放置在视场中央，通过调整硬件系统的高度以及俯
仰角，使两个十字叉尽可能重合。
将标定板水平放置，调整扫描距离后点击“标定”。
根据界面左上角的标定指示直到完成标定工作。
（2）标志点粘贴。
由于物
品是空间曲面轮廓，不可能一次性扫描完毕，因此需要在待扫描物体上贴上标志点，借助标志点将当前扫描得到的点云数据与前一次扫描得到的点云数据进行拼接，最终完成整个物品的数据拼接。
标志点要尽量贴在工件的平面区域或曲率较
小的曲面，且距离工件边界较远一些。
标志点不要贴在一条直线上，且一定避免
对称粘贴。
公共标志点至少为4个，由于图像质量、拍摄角度等多方面原因，有
些标志点不能正确识别，因而用尽可能多的标志点，一般5—7个为宜。
粘贴的标志点要保证扫描策略的顺利实施，并使标志点在长度、宽度、高度方向均应合理
分布。
（3）扫描过程。
点击“新建工程”按钮，选择“拼接扫描”后确定，软件上出
现了待扫描物品，尽可能地将“十”字光标对准零件的几何中心位置，然后点击“单帧扫描”完成物品数据的第一次获取，然后转动物品再次扫描，直到全部数据扫描完毕。
1.3点云数据前处理
根据鞋油瓶身的结构特点，选择逆向工程点云处理软件GeomagicWrap对点
云数据优化处理。
首先对点云进行优化处理（去噪、去除体外孤点等），然后对
其进行“封装”处理，得到由小三角面片组成的瓶身模型，再对小三角面片进行优
化处理（如简化模型、去除表面特征、砂纸打磨等），得到一个跟原始瓶身相近的、表面较为光滑的瓶身模型。
经“封装”处理得到的模型是表面全部由三角面片
所组成的“壳体”模型，需另存为其他三维软件都能识读的中性格式数据文件，即STL格式文件。
1.4产品CAD三维模型重构
将前一步骤得到的瓶身三角网格模型导入三维设计软件进行进一步的实体化
设计。
首先，根据产品外形左右对称的特征，提取其三维特征，以瓶底为基准建
立3个相互垂直的基准面（包括中间对称平面）。
然后再结合关键点抽取、草绘
样条曲线、混合或边界曲面、裁剪、镜像、组合等命令，完成产品外观曲面模型
的重构。
由于该设计目的在于瓶盖的改良设计，因此瓶身只要完成其外形曲面造
型即可。
2产品改良创新设计
根据前述步骤已经完成的瓶身曲面模型，应用三维软件设计与之配套的鞋油
瓶盖，根据创新设计方案的可行性、合理性和零件的工艺性，使其拥有合理的产
品料厚和装配结构，进一步完成瓶盖的结构设计。
首先考虑的是防滑设计，根据
鞋油瓶嘴有一定的倾斜，一般拔开的人都会往后向上倾斜45°拔开，这样摩擦力
也会往后上倾斜45°，所以把防滑痕设计成斜向上45°微凸起弯月型，这样既起到
防滑作用，又美观；其次，考虑到大规模大批量生产时的模具脱模的要求，高度
设计为0.15mm；最后，考虑到瓶盖的使用频率较高，在设计时特意在开口面处
设计了3道加强筋以增强盖子的抗变形能力，同时有效防止由于使用过多而导致
盖子损坏。
3快速成型精度分析
3.1快速成型精度影响因素
进行快速成型技术的精度分析一般从尺寸误差、形状误差和表面误差三方面
进行考虑。
快速成型尺寸误差是指快速成型制件与CAD模型在x，y，z方向上尺
寸的差值；快速成型形状误差主要指快速成型件在圆度、翘曲变形、扭曲变形、
局部缺陷等的表现；快速成型表面误差主要指制件的表面粗糙度。
所研究的主要是FDM快速成型工艺的误差。
按照FDM快速成型工艺流程将
误差进行分类，则误差包括数据处理误差、成型加工误差、后处理误差。
快速成型技术的前期数据处理误差包括格式转换误差和分层处理误差。
转换
误差指基于STL的分层方法时需将CAD文件转化为用三角形网格近似表示的STL
文件，从而产生的格式转化误差；分层误差指基于STL模型进行分层时，在分层
厚度和分层方向产生“台阶效应”导致的尺寸和表面误差。
成型加工误差指由于机
器误差、材料性能或加工参数设置不合理等导致的快速成型精度损失。
后处理误
差主要指去除支撑后造成的物体变形及后处理中打磨抛光等表面处理导致的误差。
3.2快速成型精度评价
快速成型精度评价采用扫描快速成型复制物体的方法，对该复制物体的点云
与重构CAD模型之间的差异。
点云数据与CAD模型对齐通常运用六点定位原理即限定点云6个自由度。
在
空间坐标系中，物体具有6个自由度，即沿x，y，z轴移动和绕x，y，z轴转动，可通过限定6个自由度对物体进行定位。
运用对比3D打印复制物体的点云与重构CAD模型之间的差异的方法，将除
了测量误差外的其他误差全部体现到点云与CAD模型之间的偏差。
与逆向工程精度评价方法类似，点云的测量误差Δm为随机误差，运用最大
误差法计算其标准差。
将其他误差用点云与CAD模型偏差反应，视为未定系统误差，采用式（2）进行计算。
由于快速成型过程与复制零件点云测量之间互不相关，误差传递系数ai近似
为1。
根据式（2）对快速成型误差进行合成，其总体误差为
式中：Δm为测量误差；Δpcc为点云比较误差。
运用σrp对快速成型的精度进行评价，σrev越小，快速成型精度越高。
结论
逆向工程不是简单地将原有物体还原，而是在还原的基础上进行二次创新；
3D打印技术也不只是快速地将模型打印出来，更多的是有思想的创造模型；逆向工程与3D打印技术的结合可以快速地还原物体原貌并快速制作出创新设计的实
物模型，其二者的互补已广泛应用于工业领域并取得了重大的经济和社会效益。
参考文献：
[1]别亮亮.基于TRIZ理论与专利数据分析的产品创新设计机理研究及应用［D］.广州：广东工业大学，2017.
[2]李耀土.并行工程在企业新产品开发活动中的应用［J］.企业经济，2018（01）：22-25.。