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逆向工程是一种从物理零件创建数字设计的强大方法,并且可以与 3D 扫描和 3D 打印等技术一起成为原型设计工具包中的宝贵工具。

3D 扫描仪可以非常快速地测量复杂的物体,并且在涉及现实生活参考时可以极大地加快您的设计工作流程。 凭借捕捉和修改物理形状的能力,你可以设计出完美适合各种现有产品的 3D 打印零件。 3D 打印夹具可让您重复定位钻头或锯子,或使用粘合剂精确组装零件。 制作用于喷砂、喷漆或蚀刻的贴身、可重复使用的面罩。

在这篇文章中,我们将逐步介绍后装数字仪表的逆向工程流程,并解释如何扫描零件进行 3D 打印,并提供使用 CAD 软件中正确逆向工程工具的提示 到 3D 扫描仪和 3D 打印机。

1、从物理到数字:网格和实体

人们在将物理对象转换为数字对象时遇到的最大挑战之一是两种不同类型的 3D 模型(网格和实体)之间的主要不兼容性。

3D 扫描仪输出网格,而不是建设性的“实体”模型。 网格需要进行逆向工程才能使其可编辑。

网格是所有 3D 扫描仪的主要输出,也是 3D 打印机 (STL) 普遍理解的格式。 网格表示具有大量边与边相连的三角形的形状的表面。 除了定义形状的三角形的位置之外,网格模型不包含有关对象的任何信息。

另一方面,工程师接受过使用实体模型的培训。 实体模型保存有关如何设计对象的信息,并且该信息作为逻辑步骤“堆栈”中的特征显式编码到模型中。 在实体 CAD 中,可以更改单个特征的尺寸,并且模型的其余部分将更新以适应更改。

由于网格缺乏有关对象构造的信息,因此更改网格模型的方式受到限制 - Solidworks 和 Onshape 等 CAD 软件无法直接修改网格。 如果你需要对扫描零件的基础设计进行重大修改,则需要将网格转换为实体 CAD 绘图:此过程是逆向工程。

2、逆向工程工作流程

当你想要创建引用或合并旧设计的新零件(而原始 CAD 设计无法访问)时,逆向工程非常重要。

例如,你可以创建与损坏的现有零件的原始设计相匹配的替换零件,或者使用逆向工程流程将现有对象的复杂表面集成到可 3D 打印的夹具中,这在修改批量制造和手工制作的产品时非常有用。

为了演示逆向工程工作流程的基本步骤,让我们看一下为安装在大众高尔夫通风口上的后装数字仪表创建装配夹具的过程。

2.1 准备扫描对象

在物体上喷涂临时哑光粉末,以提高扫描精度。 即使是稍微有光泽的表面也会降低扫描质量,而如果没有哑光涂层,则根本无法扫描反射和透明表面。

使用临时哑光粉末可以提高物体的扫描精度

2.2 3D 扫描物体

使用高精度 3D 扫描仪捕获零件的重要部分。 桌面结构光或激光扫描仪是完成这项工作的正确工具,精度可达 ±100 或更高。

注意:如果物体有很深的凹陷,你可能需要多次定向和重新扫描物体。

2.3 细化网格

一些扫描仪会生成非常大的网格文件,这将使后续步骤陷入停滞。

扫描仪软件可修复小间隙并简化扫描,使数据在 CAD 中更易于管理。 尝试在不破坏重要细节的情况下尽可能缩小模型。

提示:如果你需要更多控制,Meshmixer 是细化扫描网格的绝佳选择。

2.4 将网格导入 CAD

将网格导入配备逆向工程工具的 CAD 软件中。 Geomagic for Solidworks 是重铺复杂有机形状表面的强大选择。

如果你对具有更简单平面的零件进行逆向工程,Xtract3D 是一种更便宜、重量轻的替代方案。

在此步骤中,移动并旋转扫描网格,使其与任何现有设计组件对齐。

提示:通过旋转和对齐扫描件以面向正交视图方向,使绘图变得更容易。

2.5 提取重要表面

提取扫描形状以创建可使用 CAD 工具编辑的实体模型有三种途径:半自动曲面设计、自动曲面设计和手动重绘。

  • 半自动表面构造

复杂曲面手工绘制比较困难,因此可以选择使用半自动曲面绘制。 此函数生成适合扫描检测区域的表面。 通过改变表面检测功能的灵敏度,将发现不同的表面。

提示:Geomagic for Solidworks 会检测扫描上的曲面以拟合 3D 曲线。 使用“画笔”手动添加或减去每个区域的扫描区域。

你可能需要使用不同的灵敏度设置重复此过程多次才能检测所有表面。 然后可以修剪这些表面并将其编织在一起以创建可编辑的实体。

当稍后需要最大程度的可编辑性并且锐边精度很重要时,可以使用半自动曲面设计来重新创建弯曲形状。

  • 自动表面构造

自动曲面设计可通过任何防水扫描生成实体模型。 你可以使用标准 CAD 工具对这个自动曲面实体进行减去和添加,但在实体本身上移动基本特征会更加困难。

你可能不需要控制边缘放置。 例如,如果正在扫描人体的一部分以创建定制的符合人体工程学形状的产品,或者想要创建夹具来精确或可重复地修改手工制作的物体。 在这些情况下,自动曲面设计是节省建模时间的好方法。

注意:将自动曲面加工与半自动曲面加工的结果进行比较:损失了一些精度,尤其是在锐利边缘周围。
  • 手动重绘

对于凸台、孔和凹槽等简单特征,使用扫描模型作为参考重新绘制特征通常是最快且最准确的。 逆向工程软件允许你创建与扫描上的平面对齐的草图平面,并从扫描网格中提取横截面,这有助于你匹配原始对象的形状。

2.6 集成新对象

一旦扫描被转换为实体,就可以从另一个实体中减去它,以创建一个牢固地固定原始零件的夹具。

新仪表组件的设计还参考了扫描尺寸,使用半自动曲面提取的曲线。

2.7 3D 打印新设计

在 Formlabs 立体光刻 (SLA) 3D 打印机上打印夹具可为你提供与工程级 3D 扫描仪输出相当的高精度。 使用 Formlabs Rigid 4000 Resin 的强度和精度。

完成这些步骤后,3D 打印夹具就可以用于将新仪表组装到 OEM 通风口上。


原文链接:How to Use 3D Scanning and 3D Printing for Reverse Engineering

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