哈尔滨工业大学
逆向工程及快速成形技术的应用
课程报告
题目： 基于逆向工程及快速成形技术的简单应用 院系： 航天学院
班级： 1418202
学号： 1141820221
姓名： 蔡李根
实验时间： 2016年7月9日-7月25日
基于逆向工程及快速成形技术的简单应用
摘要：阐述了逆向工程与快速成型技术的基本概念 , 介绍了逆向工程与快速成形的简单应用。
关键词：逆向工程；快速成型；3D打印；三维扫描；曲面重构。
概述：
随着基于信息和知识的产品的高速发展, 激烈的全球市场竞争要求制造业快速响应市场的需求, 则要求产品设计、制造周期进一步缩短。以计算机技术和信息技术为代表的高新技术正在逐步改善和取代传统的制造模式, 形成了全新概念的现代先进制造技术。逆向工程、并行工程、智能制造、敏捷制造、精细制造、虚拟制造等新思想、新概念、新方法层出不穷, 快速制造技术就是其中给制造业带来革命性变化的关键技术, 随着快速原型、快速制模、快速制造技术的不断成熟, 其在制造业中的应用将日益广泛。其中, 逆向工程与快速成型技术结合日益紧密, 在机械制造业的发展日趋重要。
针对一现有的样品, 利用3D数字化测量仪器准确、快速地将其轮廓坐标量得, 并进行三维CAD曲面重构, 编辑修改后, 传至一般的CAD/CAM系统, 再由CAM产生刀具的N C加工路径送至CN加工设备制作所需的模具, 或者送到快速成型机 (RP) 将样品制作出来, 这一过程称为逆向工程。
逆向工程与快速成型技术一体化是指在产品的反求和制造时, 采用先进的设备与方法以实现产品的快速设计与快速制造, 目前, 在家电、轻工行业、汽车制造业、医学仿真人体器官模型、艺术雕塑品的仿真等等方面有着广泛的应用 。
3D打印技术是增材制造（additive manufacturing，AM）技术的俗称，与传统的制造方法相互补充。3D打印技术的出现，使传统的模具制造技术有了重大的改革和突破。3D打印机的工作原理与传统的喷墨打印机的工作原理相似，3D打印机喷出的是粘结剂、蜡、塑料或树脂,而不是墨水。 按喷出材料的不同，可分为不同种类的3D打印技术，如粘结剂打印技术、熔融蜡打印技术、熔融沉积成形（FDM）。 如果把打印头换成激光头，则由激光选区熔融技术（SLM）、激光选区烧结技术（SLS）、光固化立体成形技术（SLA）技术和分层实体制造（LOM）。这些3D打印的技术成形原理都是相似的，首先通过 CAD 软件进行建模，然后对模型进行分层切片处理，最后使用 3D打印机进行逐层打印，形成三维实体。 a )逆向工程与 CAD技术的关系
逆向工程技术是随着计算机技术的发展和成熟及数据测量技术的进步而发展起来的一门新兴学科与技术。它的出现, 改变了原来CAD系统中从图样到实物的设计模式 , 为产品的迅速开发以及快速原型化设计提供了一条新的途径。但是, 逆向工程是在原有 CAD技术上发展起来的,逆向工程的最终结果是由CAD技术完成和实现的,因此 , CAD技术贯穿于逆
向工程的大部分过程 。
b )逆向工程与快速成型技术的关系
快速成型技术是制造业发展的关键技术之一, 在快速成型中由于逆向工程的应用, 使产品的开发周期大大缩短, 产品的一次设计加工成功率大大提高, 从这个意义上说, 逆向工程在快速成型中的应用, 大大降低了产品的开发成本, 降低了时间和材料消耗, 提高了产品品质。逆向工程与快速成型技术相结合, 可构成一个闭环的快速产品开发系统,这种快速闭环设计系统在设计评价、装配检验。
创作的目的和构想
如图，生活中随处可见这种塑料锁扣，虽然单，但是十分实用。本人选择用SolidWorks绘制塑料锁扣模型。由于实验室3D打印的精度有限，我在设计锁扣模型时预留了一定的尺寸，以保证打印出来的成品能够切实达到使用的效果。同时，为了节省材料，我在考虑强度的情况下尽量采用镂空结构，最大尺寸控制在6cm以内。如图
实际操作
1.第一次尝试
为了精度要求和工作效率，本人打印时层片厚度选择了0.25mm，分别经过65min和78min的打印和和去除支撑等处理，得到了下图的两个成品。但是由于之前没有经验，首次设计的锁扣不仅比例不美观，尺寸也过大，二者尺寸还不配套。后来通过SolidWorks装配验证，确实尺寸设计存在问题。
2.第二次尝试
在原有的基础上，本人缩放了尺寸，改变了尺寸的比例。同时也考虑了二零件之间的配合问题。在SolidWorks上装配完才进行打印。同时考虑3D打印机本身存在的一定系统误差，对于结合部分尺寸本人做了一定预留。同样为了精度要求和工作效率，打印时层片厚度选择了0.25mm，分别经过18min和12min打印和和去除支撑等处理。得到如下零件。
但是实际打印出
来的零件却存在一定
的小问题，锁扣镂空
部分长度与锁扣伸长
部分长度不匹配。
3.第三次尝试
同样为了精度要求和工作效率，本人打印时层片厚度选择了0.25mm，经过11min打印和去除支撑等处理得到如下蓝色零件。在前两次的基础上，吸取其失败教训。本人再次在SolidWorks上对锁扣下部的尺寸进行修改。将锁扣伸长部分长度减小，其他尺寸也随着变动。终于成功做出成品。
4.逆向工程———三维扫描
本人扫描的模型是超级玛丽模型，步进角度为10度，共取图13张（0度处取了两次）。最后合并成的图如下。由于手指部位及其他细节部位点的数据缺失较严重，最后重构出的模型效果并不是很理想。有大体的轮廓，但是一些细节并不是特别理想，尤其是手指部分。
3.第三次尝试
同样为了精度要求和工作效率，本人打印时层片厚度选择了0.25mm，经过11min打印和去除支撑等处理得到如下蓝色零件。在前两次的基础上，吸取其失败教训。本人再次在SolidWorks上对锁扣下部的尺寸进行修改。将锁扣伸长部分长度减小，其他尺寸也随着变动。终于成功做出成品。
4.逆向工程———三维扫描
本人扫描的模型是超级玛丽模型，步进角度为10度，共取图13张（0度处取了两次）。最后合并成的图如下。由于手指部位及其他细节部位点的数据缺失较严重，最后重构出的模型效果并不是很理想。有大体的轮廓，但是一些细节并不是特别理想，尤其是手指部分。
数据点处理完如下
收获体会
经过此次试验，我对三维扫描和重构（逆向工程）和3D打印（快速成型）有了了解，对基于SolidWorks的零件三维设计也有了更深的认识。从中我知道为了零件的精度和强度，3D打印需要考虑支撑，厚度，层面厚度，三维扫描的点数据云及三维重构的光学原理（机器视觉非接触式测量）等问题。同时用SolidWorks设计时需要考虑预留尺寸与零件间的尺寸配合问题。本人设计的锁扣模型总体积不大，同时有镂空结构，有效节省用料减少打印时间。虽然失败了两次，但是我切实感到了自己对锁扣模型的认识与对零件设计的理解增长了。本人扫描的超级玛丽模型由于光照等原因，食指部位点的数据严重欠缺。其他一些细节部位点数据也欠缺，最后重构效果不是很好。
尽管这个课程课时不算多，课时安排也比较紧凑，本人的三维设计基础也相对较差，但是经过切实的学习和实验的反复操作，不仅对于SolidWorks的使用有了全面的认识，而且有了自己的设计作品，并且通过3D打印技术真实地成形了。由于第一次设计和时间有限，本人设计的作品相对还是比较简单，但是还是感觉收获很大。同时自己也完成了超级玛丽模型的扫描及后期的重构工作，尽管点数据缺失比较多，最后还是出了总体的形状，细节部分效果不是很理想，但是个人也是比较有收获的。
思考题：
1.逆向工程的定义什么，它有哪些应用？阐述逆向工程与创新之间的关系
一、逆向工程定义
逆向工程也称反求工程或反向工程， 是根据已存在的产品或零件原型构造产品或零件的工程设计模型，并在此基础上对已有的产品进行剖析、理解和改进，是对已有设计的再设计。从广义讲，逆向工程可分以下三类：
（1）实物逆向：它是在已有产品实物的条件下，通过测绘和分折，从而再创造；其中包括功能逆向、性能逆向、方案、结构、材质等多方面的逆向。实物逆向的对象可以是整机、零部件和组件。
（2）软件逆向：产品样本、技术文件、设计书、使用说明书、图纸、有关规范和标准、管理规范和质量保证手册等均称为技术软件。软件逆向有三类：既有实物，又有全套技术软件；只有实物而无技术软件；没有实物，仅有全套或部分技术软件。
（3）影像逆向：设计者既无产品实物，也无技术软件，仅有产品的图片、广告介绍或参观后的印象等，设计者要通过这些影像资料去构思、设计产品，该种逆向称为影像逆向。 目前， 国内外有关逆向工程的研究主要集中在几何形状的逆向， 即重建产品实物的 CA
D ，称为 “ 实物逆向工程”。 逆向工程与顺向工程如下图 1 所示：
二、逆向工程应用
逆向工程的研究已经日益引人注目， 在数据处理、曲面片拟合、几何特征识别、商用专业软件和坐标测量机的研究开发上已经取得了很大的成绩。 但是在实际应用当中， 整个过程仍需要大量的人机交互工作， 操作者的经验和素质直接影响着产品的质量，自动重建曲面的光顺性难以保证， 下面一些关键技术将是逆向工程主要发展方面：
（1）数据测量方面： 发展面向逆向工程的专用测量设备，能够高速、高精度的实现产品几何形状的三维数字化，并能进行自动测量和规划路径；
（2）数据的预处理方面： 针对不同种类的测量数据，开发研究一种通用的数据处理软件， 完善改进目前的数据处理算法；
（3）曲面拟合：能够控制曲面的光顺性和能够进行光滑拼接；
（4）集成技术： 发展包括测量技术、模型重建技术、 基于网络的协同设计和数字化制造技术等的逆向工程技术。
三、逆向工程与创新
借助逆向工程，创新将变得更加容易，同时因为创新，逆向工程也将不断向前发展。这是个相互促进的过程。例如，一个团队研发一个新产品但没有任何基础，可以借助逆向工程技术理解现有的一个成熟的产品，并在此基础上进行新的创新。由于技术保密，除非购买转让，否则要获得产品的图样、技术文档、工艺等技术资料几乎是不可能实现的，而产品实物作为商品和最终的消费品，是最容易获得的一类“研究”对象。在只有产品原型或实物模型条件下，可以基于产品实物逆向工程对产品零件进行生产制造，除实现对原型的仿制外，通过重构产品零件的CAD模型，在探询和了解原设计技术的基础上，实现对原型的修改和再设计，以达到设计创新、产品更新之目的。
2.试分析三坐标接触式测量和非接触式光学测量的特点和应用场合。
接触式测量指量具或量仪的感受元件通过与被测表面直接接触获得测量信息的测量方法。非接触式测量是指不接触被测物体的前提下进行精准测量。其测量精度可以达到μm非接触式测量仪利用CCD采集变焦镜下样品的影像,再配合XYZ轴移动平台及自动变焦镜，运用影像分析原理，通过计算机处理影像信号，对科研生产零件进行精密的几何数据的测量，并可进行CPK数值的分析。同等情况下，非接触式测量不仅测量精度更高，而且不容易对被测物体造成损伤。所以，非接触式测量应用于精度要求更高的场合，但是由于成本相对较高，和操作过程相对复杂技术要求较高，实际生活中接触式测量运用的更多。
3.分析从实物到重构的多边形曲面模型产生误差的原因。
由于光照条件，色系对光波反射强度不同以及机器视觉测量自身存在的系统误差，电脑通过机器视觉测量得到的实物个点的数据云存在误差。造成重构的曲面模型产生误差。
4.简述三维扫描过程，和需要注意的问题。
1.光的标靶校准（使用时是已校准的）。2.投光并调光（注意，光强模式根据环境光强选择）。3.软件参数调零。4.重复以下步骤，物体步进10度角度—取图—存图，直到物体转过一周。各角度得到的物体表面个点的三维数据将输入电脑中并由软件进行三维重构。（注意，步进时是在原有基础上步进）5.将生成的文件导入修补软件，进行曲面模型的修复。
5.本实验课程各系统的组成、基本工作原理等做简要叙述。在这些实验过程中你有什么体会和收获？
逆向工程：通过机器视觉测量原理扫描物体，得到物体表面各点的三维信息，并通过软件重构成三维曲面模型。在此过程中我感受到了非接触式测量的神奇，并通过软件的重构功
能对实物的三维曲面模型有了更深的了解。
快速成型，是一种离散-堆积的成形，读取STL文件，利用熔融喷丝成型工艺进行三维实物重构。在此过程中我更进一步地了解了3D打印技术的工作原理，并对零件的三维设计有了更高的掌握。
6.快速成形技术快速成形的基本原理？典型的成形工艺有哪几种？成形的材料分别是什么？在这几种成形方法中，哪些成形需要考虑支撑结构的？
快速成形技术是全新的“增长”加工法，是一种离散-堆积的成形过程，如图1所示。一个不管多么复杂的零件，都可以利用专用软件将三维CAD模型沿一定方向分解得到一系列层片截面数据，这就是快速成形技术的前期数据处理，即离散过程。然后，利用激光或热能等技术以及特定的材料，在专门设备上，在控制软件驱动下，按一定的规则逐层堆积加工零
图1
快速成形加工原理
件，这就堆积过程。
按喷出材料的不同，可分为不同种类的 3D 打印技术，如粘结剂打印技术、熔融蜡打印技术、熔融沉积成形（FDM）。 如果把打印头换成激光头，则由激光选区熔融技术（SLM）（热缩性塑料为原料）、激光选区烧结技术（SLS）（金属颗粒为原料）、光固化立体成形技术（SLA）技术（铝粉与环氧树脂混合为原料）和分层实体制造（LOM）（金属片材为原料）。其中光固化成型工艺(SLA)和熔融喷丝成型工艺(FDM)需要考虑支撑结构。
7.分层厚度对成形加工的影响（从成形件的表面精度和成形效率两个方面分析）？成形零件为何要进行后处理？
分层厚度越薄，精度越高但是加工时长增加；分层厚度越厚，精度越低，但是加工时长缩短。由于零件成形过程中有些表面无支撑，所以必须增加强度低的材料进行支撑，同时零
件成形过程中一般与底板会有一定粘接，所以成形零件要进行后处理。
8.针对你成形的零件，在成形工艺上如何考虑的？为什么？
由于本人设计的零件尺寸较小，对精度要求相对较高，采取的层片厚度为0.25mm，其他打印设置均为默认。为了打印时尽量减少支撑和后期处理方便，两个零件打印时均将最大面为底面。为了强度要求，设计时零件厚度尺寸均保持在1.5mm及以上。同时为了后期处理方便，零件分开打印，而不是直接打印装配体。
参考文献：
【1】 周立萍 陈平. 逆向工程发展现状研究.Vol.25.No.10.Oct.2004
【2】 周建强 李建军 王彬 杨发展 李维华. 逆向工程技术的研究现状及发展趋势.2006
【3】 王颖 袁艳萍 陈继民. 3D打印技术在模具制造中的应用.2016
【4】 金涛 陈建良 童水光. 逆向工程技术研究进展.2002
【5】 吴笛 张春兰. 逆向工程与快速成型技术应用研究.2009
【6】 吉丽 闫波. 基于快速成型的逆向工程技术集成.2012
【7】 沈晓伟. 逆向工程与快速成型技术的应用.2010
哈尔滨工业大学
逆向工程及快速成形技术的应用
课程报告
题目： 基于逆向工程及快速成形技术的简单应用 院系： 航天学院
班级： 1418202
学号： 1141820221
姓名： 蔡李根
实验时间： 2016年7月9日-7月25日
基于逆向工程及快速成形技术的简单应用
摘要：阐述了逆向工程与快速成型技术的基本概念 , 介绍了逆向工程与快速成形的简单应用。
关键词：逆向工程；快速成型；3D打印；三维扫描；曲面重构。
概述：
随着基于信息和知识的产品的高速发展, 激烈的全球市场竞争要求制造业快速响应市场的需求, 则要求产品设计、制造周期进一步缩短。以计算机技术和信息技术为代表的高新技术正在逐步改善和取代传统的制造模式, 形成了全新概念的现代先进制造技术。逆向工程、并行工程、智能制造、敏捷制造、精细制造、虚拟制造等新思想、新概念、新方法层出不穷, 快速制造技术就是其中给制造业带来革命性变化的关键技术, 随着快速原型、快速制模、快速制造技术的不断成熟, 其在制造业中的应用将日益广泛。其中, 逆向工程与快速成型技术结合日益紧密, 在机械制造业的发展日趋重要。
针对一现有的样品, 利用3D数字化测量仪器准确、快速地将其轮廓坐标量得, 并进行三维CAD曲面重构, 编辑修改后, 传至一般的CAD/CAM系统, 再由CAM产生刀具的N C加工路径送至CN加工设备制作所需的模具, 或者送到快速成型机 (RP) 将样品制作出来, 这一过程称为逆向工程。
逆向工程与快速成型技术一体化是指在产品的反求和制造时, 采用先进的设备与方法以实现产品的快速设计与快速制造, 目前, 在家电、轻工行业、汽车制造业、医学仿真人体器官模型、艺术雕塑品的仿真等等方面有着广泛的应用 。
3D打印技术是增材制造（additive manufacturing，AM）技术的俗称，与传统的制造方法相互补充。3D打印技术的出现，使传统的模具制造技术有了重大的改革和突破。3D打印机的工作原理与传统的喷墨打印机的工作原理相似，3D打印机喷出的是粘结剂、蜡、塑料或树脂,而不是墨水。 按喷出材料的不同，可分为不同种类的3D打印技术，如粘结剂打印技术、熔融蜡打印技术、熔融沉积成形（FDM）。 如果把打印头换成激光头，则由激光选区熔融技术（SLM）、激光选区烧结技术（SLS）、光固化立体成形技术（SLA）技术和分层实体制造（LOM）。这些3D打印的技术成形原理都是相似的，首先通过 CAD 软件进行建模，然后对模型进行分层切片处理，最后使用 3D打印机进行逐层打印，形成三维实体。 a )逆向工程与 CAD技术的关系
逆向工程技术是随着计算机技术的发展和成熟及数据测量技术的进步而发展起来的一门新兴学科与技术。它的出现, 改变了原来CAD系统中从图样到实物的设计模式 , 为产品的迅速开发以及快速原型化设计提供了一条新的途径。但是, 逆向工程是在原有 CAD技术上发展起来的,逆向工程的最终结果是由CAD技术完成和实现的,因此 , CAD技术贯穿于逆
向工程的大部分过程 。
b )逆向工程与快速成型技术的关系
快速成型技术是制造业发展的关键技术之一, 在快速成型中由于逆向工程的应用, 使产品的开发周期大大缩短, 产品的一次设计加工成功率大大提高, 从这个意义上说, 逆向工程在快速成型中的应用, 大大降低了产品的开发成本, 降低了时间和材料消耗, 提高了产品品质。逆向工程与快速成型技术相结合, 可构成一个闭环的快速产品开发系统,这种快速闭环设计系统在设计评价、装配检验。
创作的目的和构想
如图，生活中随处可见这种塑料锁扣，虽然单，但是十分实用。本人选择用SolidWorks绘制塑料锁扣模型。由于实验室3D打印的精度有限，我在设计锁扣模型时预留了一定的尺寸，以保证打印出来的成品能够切实达到使用的效果。同时，为了节省材料，我在考虑强度的情况下尽量采用镂空结构，最大尺寸控制在6cm以内。如图
实际操作
1.第一次尝试
为了精度要求和工作效率，本人打印时层片厚度选择了0.25mm，分别经过65min和78min的打印和和去除支撑等处理，得到了下图的两个成品。但是由于之前没有经验，首次设计的锁扣不仅比例不美观，尺寸也过大，二者尺寸还不配套。后来通过SolidWorks装配验证，确实尺寸设计存在问题。
2.第二次尝试
在原有的基础上，本人缩放了尺寸，改变了尺寸的比例。同时也考虑了二零件之间的配合问题。在SolidWorks上装配完才进行打印。同时考虑3D打印机本身存在的一定系统误差，对于结合部分尺寸本人做了一定预留。同样为了精度要求和工作效率，打印时层片厚度选择了0.25mm，分别经过18min和12min打印和和去除支撑等处理。得到如下零件。
但是实际打印出
来的零件却存在一定
的小问题，锁扣镂空
部分长度与锁扣伸长
部分长度不匹配。
3.第三次尝试
同样为了精度要求和工作效率，本人打印时层片厚度选择了0.25mm，经过11min打印和去除支撑等处理得到如下蓝色零件。在前两次的基础上，吸取其失败教训。本人再次在SolidWorks上对锁扣下部的尺寸进行修改。将锁扣伸长部分长度减小，其他尺寸也随着变动。终于成功做出成品。
4.逆向工程———三维扫描
本人扫描的模型是超级玛丽模型，步进角度为10度，共取图13张（0度处取了两次）。最后合并成的图如下。由于手指部位及其他细节部位点的数据缺失较严重，最后重构出的模型效果并不是很理想。有大体的轮廓，但是一些细节并不是特别理想，尤其是手指部分。
3.第三次尝试
同样为了精度要求和工作效率，本人打印时层片厚度选择了0.25mm，经过11min打印和去除支撑等处理得到如下蓝色零件。在前两次的基础上，吸取其失败教训。本人再次在SolidWorks上对锁扣下部的尺寸进行修改。将锁扣伸长部分长度减小，其他尺寸也随着变动。终于成功做出成品。
4.逆向工程———三维扫描
本人扫描的模型是超级玛丽模型，步进角度为10度，共取图13张（0度处取了两次）。最后合并成的图如下。由于手指部位及其他细节部位点的数据缺失较严重，最后重构出的模型效果并不是很理想。有大体的轮廓，但是一些细节并不是特别理想，尤其是手指部分。
数据点处理完如下
收获体会
经过此次试验，我对三维扫描和重构（逆向工程）和3D打印（快速成型）有了了解，对基于SolidWorks的零件三维设计也有了更深的认识。从中我知道为了零件的精度和强度，3D打印需要考虑支撑，厚度，层面厚度，三维扫描的点数据云及三维重构的光学原理（机器视觉非接触式测量）等问题。同时用SolidWorks设计时需要考虑预留尺寸与零件间的尺寸配合问题。本人设计的锁扣模型总体积不大，同时有镂空结构，有效节省用料减少打印时间。虽然失败了两次，但是我切实感到了自己对锁扣模型的认识与对零件设计的理解增长了。本人扫描的超级玛丽模型由于光照等原因，食指部位点的数据严重欠缺。其他一些细节部位点数据也欠缺，最后重构效果不是很好。
尽管这个课程课时不算多，课时安排也比较紧凑，本人的三维设计基础也相对较差，但是经过切实的学习和实验的反复操作，不仅对于SolidWorks的使用有了全面的认识，而且有了自己的设计作品，并且通过3D打印技术真实地成形了。由于第一次设计和时间有限，本人设计的作品相对还是比较简单，但是还是感觉收获很大。同时自己也完成了超级玛丽模型的扫描及后期的重构工作，尽管点数据缺失比较多，最后还是出了总体的形状，细节部分效果不是很理想，但是个人也是比较有收获的。
思考题：
1.逆向工程的定义什么，它有哪些应用？阐述逆向工程与创新之间的关系
一、逆向工程定义
逆向工程也称反求工程或反向工程， 是根据已存在的产品或零件原型构造产品或零件的工程设计模型，并在此基础上对已有的产品进行剖析、理解和改进，是对已有设计的再设计。从广义讲，逆向工程可分以下三类：
（1）实物逆向：它是在已有产品实物的条件下，通过测绘和分折，从而再创造；其中包括功能逆向、性能逆向、方案、结构、材质等多方面的逆向。实物逆向的对象可以是整机、零部件和组件。
（2）软件逆向：产品样本、技术文件、设计书、使用说明书、图纸、有关规范和标准、管理规范和质量保证手册等均称为技术软件。软件逆向有三类：既有实物，又有全套技术软件；只有实物而无技术软件；没有实物，仅有全套或部分技术软件。
（3）影像逆向：设计者既无产品实物，也无技术软件，仅有产品的图片、广告介绍或参观后的印象等，设计者要通过这些影像资料去构思、设计产品，该种逆向称为影像逆向。 目前， 国内外有关逆向工程的研究主要集中在几何形状的逆向， 即重建产品实物的 CA
D ，称为 “ 实物逆向工程”。 逆向工程与顺向工程如下图 1 所示：
二、逆向工程应用
逆向工程的研究已经日益引人注目， 在数据处理、曲面片拟合、几何特征识别、商用专业软件和坐标测量机的研究开发上已经取得了很大的成绩。 但是在实际应用当中， 整个过程仍需要大量的人机交互工作， 操作者的经验和素质直接影响着产品的质量，自动重建曲面的光顺性难以保证， 下面一些关键技术将是逆向工程主要发展方面：
（1）数据测量方面： 发展面向逆向工程的专用测量设备，能够高速、高精度的实现产品几何形状的三维数字化，并能进行自动测量和规划路径；
（2）数据的预处理方面： 针对不同种类的测量数据，开发研究一种通用的数据处理软件， 完善改进目前的数据处理算法；
（3）曲面拟合：能够控制曲面的光顺性和能够进行光滑拼接；
（4）集成技术： 发展包括测量技术、模型重建技术、 基于网络的协同设计和数字化制造技术等的逆向工程技术。
三、逆向工程与创新
借助逆向工程，创新将变得更加容易，同时因为创新，逆向工程也将不断向前发展。这是个相互促进的过程。例如，一个团队研发一个新产品但没有任何基础，可以借助逆向工程技术理解现有的一个成熟的产品，并在此基础上进行新的创新。由于技术保密，除非购买转让，否则要获得产品的图样、技术文档、工艺等技术资料几乎是不可能实现的，而产品实物作为商品和最终的消费品，是最容易获得的一类“研究”对象。在只有产品原型或实物模型条件下，可以基于产品实物逆向工程对产品零件进行生产制造，除实现对原型的仿制外，通过重构产品零件的CAD模型，在探询和了解原设计技术的基础上，实现对原型的修改和再设计，以达到设计创新、产品更新之目的。
2.试分析三坐标接触式测量和非接触式光学测量的特点和应用场合。
接触式测量指量具或量仪的感受元件通过与被测表面直接接触获得测量信息的测量方法。非接触式测量是指不接触被测物体的前提下进行精准测量。其测量精度可以达到μm非接触式测量仪利用CCD采集变焦镜下样品的影像,再配合XYZ轴移动平台及自动变焦镜，运用影像分析原理，通过计算机处理影像信号，对科研生产零件进行精密的几何数据的测量，并可进行CPK数值的分析。同等情况下，非接触式测量不仅测量精度更高，而且不容易对被测物体造成损伤。所以，非接触式测量应用于精度要求更高的场合，但是由于成本相对较高，和操作过程相对复杂技术要求较高，实际生活中接触式测量运用的更多。
3.分析从实物到重构的多边形曲面模型产生误差的原因。
由于光照条件，色系对光波反射强度不同以及机器视觉测量自身存在的系统误差，电脑通过机器视觉测量得到的实物个点的数据云存在误差。造成重构的曲面模型产生误差。
4.简述三维扫描过程，和需要注意的问题。
1.光的标靶校准（使用时是已校准的）。2.投光并调光（注意，光强模式根据环境光强选择）。3.软件参数调零。4.重复以下步骤，物体步进10度角度—取图—存图，直到物体转过一周。各角度得到的物体表面个点的三维数据将输入电脑中并由软件进行三维重构。（注意，步进时是在原有基础上步进）5.将生成的文件导入修补软件，进行曲面模型的修复。
5.本实验课程各系统的组成、基本工作原理等做简要叙述。在这些实验过程中你有什么体会和收获？
逆向工程：通过机器视觉测量原理扫描物体，得到物体表面各点的三维信息，并通过软件重构成三维曲面模型。在此过程中我感受到了非接触式测量的神奇，并通过软件的重构功
能对实物的三维曲面模型有了更深的了解。
快速成型，是一种离散-堆积的成形，读取STL文件，利用熔融喷丝成型工艺进行三维实物重构。在此过程中我更进一步地了解了3D打印技术的工作原理，并对零件的三维设计有了更高的掌握。
6.快速成形技术快速成形的基本原理？典型的成形工艺有哪几种？成形的材料分别是什么？在这几种成形方法中，哪些成形需要考虑支撑结构的？
快速成形技术是全新的“增长”加工法，是一种离散-堆积的成形过程，如图1所示。一个不管多么复杂的零件，都可以利用专用软件将三维CAD模型沿一定方向分解得到一系列层片截面数据，这就是快速成形技术的前期数据处理，即离散过程。然后，利用激光或热能等技术以及特定的材料，在专门设备上，在控制软件驱动下，按一定的规则逐层堆积加工零
图1
快速成形加工原理
件，这就堆积过程。
按喷出材料的不同，可分为不同种类的 3D 打印技术，如粘结剂打印技术、熔融蜡打印技术、熔融沉积成形（FDM）。 如果把打印头换成激光头，则由激光选区熔融技术（SLM）（热缩性塑料为原料）、激光选区烧结技术（SLS）（金属颗粒为原料）、光固化立体成形技术（SLA）技术（铝粉与环氧树脂混合为原料）和分层实体制造（LOM）（金属片材为原料）。其中光固化成型工艺(SLA)和熔融喷丝成型工艺(FDM)需要考虑支撑结构。
7.分层厚度对成形加工的影响（从成形件的表面精度和成形效率两个方面分析）？成形零件为何要进行后处理？
分层厚度越薄，精度越高但是加工时长增加；分层厚度越厚，精度越低，但是加工时长缩短。由于零件成形过程中有些表面无支撑，所以必须增加强度低的材料进行支撑，同时零
件成形过程中一般与底板会有一定粘接，所以成形零件要进行后处理。
8.针对你成形的零件，在成形工艺上如何考虑的？为什么？
由于本人设计的零件尺寸较小，对精度要求相对较高，采取的层片厚度为0.25mm，其他打印设置均为默认。为了打印时尽量减少支撑和后期处理方便，两个零件打印时均将最大面为底面。为了强度要求，设计时零件厚度尺寸均保持在1.5mm及以上。同时为了后期处理方便，零件分开打印，而不是直接打印装配体。
参考文献：
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