产品快速化设计应用的新技术─逆向工程(Reverse Engineering)

◎产品快速化设计应用的新技术─逆向工程(Reverse Engineering)

工业技术不断的提升和产品的需求多样化复杂化,以及产品生命周期缩短,因此如何在最短的时间内将产品设计及制造完成。以往设计师可能只做2D的平面设计,再经由正向CAD软件将数据转换成3D,但是在产品设计开发上,仍有许多是正向设计所无法达成的。尤其对于注重产品外观设计,复杂或自由的造型,更是正向软件的瓶颈,故利用逆向工程可快速取得CAD数据,进而进行后端开发程序,缩短研发时期,以争取产品的上市时间。

◎逆向工程(三维抄数)的定义

当一个实际或是手工模型,经由扫描设备量测→CAD数据建立→RP或CAM输出,这样的流程我们称之为逆向工程(Reverse Engineering)或抄数设计。

取得对象表面的点数据,再汇入逆向工程专用软件建构成CAD数据。简单的说,逆向工程就是根据现有的实体,量测其外型坐标点资料,再根据量测所得的点数据建构物体的曲面几何模型。有了3D的几何模型后,就能方便应用于CNC加工或是3D打印等制造。

现今设计师往往会先以手工制作一3D模型,利用逆向工程的工具将此手工模型转换成3D曲面模型,以利后续的工作。应用抄数設計,可快速完成产品的设计与制造,并可应用于手机3C消费性产品、汽机车零组件、运动器材、家电产品、玻璃及陶瓷制品。

◎另外,对于汽车副厂零件与售后维修厂零件(AM)的设计,亦是大量运用逆向工程的方式来做产品的开发应用。

为什么需要3D抄数的理由:
1.产品设计走向自由曲面造型
2.传统量测点数据疏松,无法正确的描述产品造型
3.非接触式量测设备,量测速度较快速,但数据量大
4.正向设计数据取得不易
5.检验正向设计结果

应用3D抄数之好处如下:
1.可以处理繁复之造型
2.节省建立CAD模型的时间
3.自由地定义产品之复杂造型
4.对成品的检测,称之为计算机辅助检测(CAI,Computer Aided Inspection)

以下为产品开发应用流程示意图:


手机应用

请参考使用说明流程图:

1. 汇入量測资料 2. 定位-将资料摆放到正确位置
3. 依结构区域分割点群资料
4. 在区域资料上建立曲面
5. 曲面与点群误差比对
6.调整控制点使曲面贴近点群
7. 重复步骤将曲面逐一建构
8. 将区域曲面间做倒角
9. 修剪曲面符合区域外形轮廓
10. 完成整个工件的曲面建构

三維抄数、逆向工程与3D打印整合应用

马路科技具备RE(Reverse Engineering 逆向工程)+3D打印(Rapid Prototyping 快速原型)整体解决方案,并于1996年开始引进整合国内外逆向工程与快速原型软硬件设备,对于产品开发设计的金字塔顶端的技术整合陆续深耕,成功的加速产品开发质量在汽车设计、钣金、计算机、高尔夫球、鞋子、医疗、航天等不同领域,获得口碑。以下是整合应用的软硬件提供给读者参考。

在逆向方面有Imageware专业逆向工程软件,其标榜高阶自由曲面和产品计算机辅助检测(CAV)最完整的软件,曲面精度误差和曲面质量实时动态的分析显示与弹性编修,及有效的曲面连续性控制,以达到产品高质量的产品设计,如汽车钣金件的A级曲面设计。

此外,Imageware可接受来自三维扫描仪 、激光扫描系统、三次元(CMM)系统所量出来的数据,对于点数据的数量没有限制,应用领先发明的OEP(One Entity Processing)运算方式,将所有的点数据视为一个图素,因此没有点数的限制,一笔数万点到数百万点的点群,也能轻松应付,其中点群编修功能可以对量测后的点数据做取样、滤除、顺滑动作,及运算特征线数据,提供3D模型建立的精准及便利。

ATOS是可携式的三维扫描仪,其测头固定在三脚架上,不需要额外的机械平台,可以轻易在被测物的周围移动,或移动被测物,可以对物体做快速且高分辨率的量测,每一单笔量测依测头的分辨率而有所不同,可取得200万到1200万点,对于同一物体的数笔量测资料可以自动整合成一个Project,并输出成点群数据、断面点群数据与三角网格的数据形式,在Project中也提供数种功能让操作者能够掌控整个量测工作的进行,如能够对物体或测头在量测时的震动、环境光源的变化、测头精度是否需要重新校正,皆能由每一次的量测过程中被计算机所监控,如此就算在不良的环境中亦能有精确及快速的量测。

FreeForm触觉式自由设计系统,是目前全世界唯一可以让设计者在计算机上透过触觉去雕刻设计的3D模型建构系统,让设计者能够快速且随心所欲创造出自己需求的3D模型,现今的设计师被强迫使用不适合的计算机输入设备来完成设计,当设计师在设计模型时,特别痛恨使用计算机的复杂操作以及繁杂的功能,设计师宁可采取徒手绘制草图及制作外观模型,而FreeForm对设计师而言,就是一种突破性的计算机操作接口,降低设计师对计算机的恐惧,也带来数字化设计的优势,让设计师能更快速且轻易的将其概念完美的呈现。

3D Systems公司是世界上最早发展与生产3D打印设备的公司,从激光烧结成型机种(SLA、SLS)到喷墨式成型系统(InVision),现在更将3D打印设备做成更简单的桌上型3D Printer,RP的应用让我们可以很快的看到产品设计的实物,很方便清楚的了解设计是否达到我们的需求,也能跟客户更直接的沟通,让产业界能够更迅速的将其产品推出。

三维打印的成型技术不同于CNC加工方式,主要都是材料堆栈的成型方式,但最重要的是要能达到精度与表面粗糙度的要求,以真正呈现我们的设计。


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