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毕业设计-基于Geomagic studio的塑料玩具逆向设计.pdf
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摘要】
随着社会的不断发展,现如今正在处在第三次工业革命的阶段,逆向工程技
术便是第三次工业革命的产物。本文针对灰太狼塑料玩具进行逆向设计,论述了
逆向工程技术关键技术、玩具设计原则、Geomagic studio 逆向设计软件等。详
细阐述了灰太狼塑料玩具逆向设计过程,并运用快速打印技术完成了产品的成
型。实践证明,运用逆向工程和快速打印技术,缩短了产品设计时间。
【关键词】:逆向工程;塑料玩具;快速打印;Geomagic studio
目录
引言 .................................................................... 3
一、逆向工程的基本概念 .................................................. 4
(一)逆向工程技术的定义.................................................. 4
(二)逆向工程的应用领域.................................................. 5
(三)逆向工程的关键技术.................................................. 6
(四)小结................................................................ 8
二、玩具设计的定位 ...................................................... 8
(一)玩具的发展历程以及发展趋势.......................................... 8
(二)玩具类型以及消费定位可行性分析...................................... 9
(三)小结............................................................... 10
三、逆向软件的介绍(Geomagic、UG) ..................................... 10
(一)Geomagic 工作界面 .................................................. 10
(二)Geomagic 模块简介 .................................................. 11
(三)Geomagic 基本操作 .................................................. 11
(四)Geomagic 的处理流程 ................................................ 12
(五)小结............................................................... 13
四、玩具逆向设计造型具体制作 ........................................... 13
(一)点云数据的采集..................................................... 13
(二)点云数据的编辑..................................................... 15
(三)玩具模型再现....................................................... 16
(四)灰太狼曲面修改..................................................... 17
(五)曲面成型........................................................... 19
(六)成型后曲面分析..................................................... 20
(七)小结............................................................... 20
五、逆向成型 UG 效果渲染呈现 ............................................ 20
六、灰太狼的快速打印与内部雕刻成型 ..................................... 22
(一)3D 打印技术 ........................................................ 22
(二)灰太狼的快速成型................................................... 22
(三)激光内部雕刻....................................................... 23
总结 ..................................................... 错误!未定义书签。
参考文献 ................................................. 错误!未定义书签。
谢辞 ..................................................... 错误!未定义书签。
引言
随着社会的不断发展,现如今的社会正在处在第三次工业革命的阶段,逆向
工程技术便是第三次工业革命的产物,欧美国家从 1980 年开始的许多学校以及
工业界,已经开始着手研究逆向工程,初各个学术界的人们在 1990 年投入了大
量的人力着手研发逆向工程,并且公布的研发的成果。
近年来,逆向工程在国内仍在研发和发展之中,台湾工研院曾写过一套关于
逆向工程软件,学术界里不少的研究团队也将逆向工程作为研究主题,研发出了
具不同功能的逆向系统软件,逆向工程,有的人也叫反求工程,英文是reverse
engineering。
逆向工程,意思就是根据已有的设计师设计的油泥模型,通过分析从而推导
出另外一个物体方法。逆向工程的出现实现了将实物模型数据转化成概念模型,
然后进行设计,在原有的实物基础上对实物进行分析修改以及优化,从而成产出
更好的产品。逆向工程软件通常用来处理和优化密集的点云从而生成规则的点云
数据,然后把规则的点云应用于快速成型,或者是根据这些规则的点云构造出
NURBS 曲面以输入到 CAD 软件中进行后续的结构以及功能设计等工作。
在当今社会中仿制是产品发展的原动力,因此逆向工程变成了当今社会必不
可少的技术,逆向工程能够把三坐标测量机、CNC 机床、CAD/CAM/CAE 等软件又
好又高效地结合在一起,成为了当今产品研发和生产的一个高效和便捷的途径。
逆向工程不仅仅应用于产品的仿制,它也被应用于数学模型的还原以及再设
计的优化等多项重任,实现了对现实产品进行改造,实现了产品在生产中的一种
超越。为当今设会的发展带来了巨大的贡献。
伴随逆向技术同时发展的还有 3D 打印技术,又称快速成型技术,将逆向完
成的模型利用 3D 打印机快速打印真实的 3D 模型,3D 逆向的流程便是如此。
3
一、逆向工程的基本概念
(一)逆向工程技术的定义
逆向工程技术(reverse engineering)又称反求工程,它是将产品模型或
实物油泥模型(如图 1-1 所示)转换为三维的点云数据的 CAD 数据模型,这种数
字化技术的集合模型重建技术便是逆向工程技术的总称。将现有的实际产品转化
为设计模型和概念模型,并在此基础上对现有产品进行解剖和在创造的过程。快
速建立新产品的三维模型,大大的缩短了新产品研发的周期,提高了企业对新产
品设计开发以及生产的效率,这便是逆向技术的特点。如图 1-2 所示。
图 1-1 油泥模型
图 1-2 逆向工程流程图
4
在传统的设计中,新产品的出现是从无到有的过程,设计开发人员都是先对
产品的外观性能以及大致的技术参数进行构思,利用工业设计软件进行外观模
拟,然后利用 CAD 三维建模软件建立数字模型,数据确定以后转入制造流程,
这是一个产品完整的设计制造周期,次过程称之为“正向设计”。而逆向工程是
“反向设计”,打破从无到有的传统设计流程,是一个从有到无的过程,根据设
计出来的油泥模型反向设计推出产品的设计数据,包括产品的三维模型甚至是设
计图纸,实现产品的批量化生产。
他们各自流程如图 1-3 和 1-4 所示:
1-3 传统工业产品设计制造流程
1-4 逆向工程设计制造流程
(二)逆向工程的应用领域
逆向技术在目前社会广泛运用各行各业,尤其是在 CAD/CAM 领域已经成
为研究的热点。普遍应用于机械产品的测量与造型、计算机的视觉分析、医学上
由切片数据进行影像重建等行业。而逆向工程技术的应用在制造业领域内也是相
当的广泛,以下情形是将实物数据转换为 CAD 数据模型的范例:
1.在计算机技术运用于辅助设计的时代,随着日益强大的功能遍布各种商
业软件,但就目前设计水平还是不能满足部分具有复杂的曲面的零件要求,很多
设计方案采用粘土或者泡沫代替 CAD 进行设计,将实物转化为三维数据模型成
为逆向技术的核心。
2.一般外观设计师为了达到产品的外观要求,获得外形的好评倾向将产品
设计为比例模型,将逆向技术运用到外观设计,用数字模型表现出产品的比例模
型,再在此基础上调整设计参数获得完美的外观。
3.就目前学科发展水平,完全采用 CAE 技术对零件机械性能功能的分析
还未能实现,仍旧需要实际试验确定最后的零件模型。
5
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