胡彥萍

(蘭州石化職業(yè)技術學院 機械工程學院，甘肅 蘭州 730060)

0 引言

逆向工程(RE)是在只有產品實物的前提下，使用測量設備獲取實物的表面數據，通過三維幾何建模的方法重構實物的數字模型，然后將數字模型進行產品分析和再設計、模具制造和加工生產的過程[1]。運用逆向工程技術，能夠得到物體的表面數據模型，并進行相應的設計加工，從而實現(xiàn)對工藝品、文物等物品的保護和開發(fā)[2]。本文以馬踏飛燕工藝品為例，介紹了逆向工程在3D打印中的應用。

1 獲取數字化模型

本文采用Handyscan300手持式三維激光掃描儀和VXelements軟件來實現(xiàn)馬踏飛燕模型(如圖1所示)的三維數據采集與優(yōu)化。采集前需要在模型上貼標志點，并采用掃描表面的方式進行掃描，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據，并將此數據文件保存文件名為:馬踏飛燕.stl。然后將此文件導入Geomagic Design X逆向工程軟件中，進行填孔、刪除特征、平滑和再面片化等處理，提高面片的品質，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行分層切片，本文使用Einstart-S桌面3D打印機，打印精度在0.1 mm～0.4 mm之間，可以根據需要自行調節(jié)，這款打印機的打印原理是采用FDM(Fused Deposition Modeling，熔融沉積)技術，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據(馬踏飛燕.stl)，將模型縮放至合適比例，旋轉到合適方向后移動到平臺中心，如圖3所示。在“程序設置”中選擇設備類型為【E-s】(如圖4所示)，在“路徑生成設置”中選擇打印模式為【細膩】(即精度最高，層高為0.1 mm)，參數設置選擇【內外支撐】(如圖5所示)。點擊【生成路徑】，軟件自動將模型按照設置的參數進行分層切片。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置后進行切片。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卡插入打印機卡槽，再打開打印機(注意：必須先插卡，再打開機器，否則打印機不能識別到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 程序設置

圖5 路徑生成設置

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 結語

工藝品、文物和藝術浮雕等物品，通常具有曲面造型復雜、細節(jié)特征明顯、缺少CAD數據等特點，難以用正向設計的方式得到這些物體的數字模型[3]。逆向工程技術在復雜曲面建模方面具有建模速度快、復原精度高、開發(fā)周期短等特點。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)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的工程實踐能力起到了積極作用。