逆向工程在增材制造领域的应用技术研究

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逆向工程在增材制造领域的应用技术研究

作者：李礼 戴煜 杨文

来源：《新材料产业》2017年第11期

基于增材制造的建模逆向工程技术是指在没有设计图纸以及三维模型的情况下，用一定的手段获得实体产品的点云数据，然后根据测量数据采用三维几何建模方法重构实物三维模型的过程，并对重构的曲面进行在线精度分析、评价构造结果，最终生成适用于增材制造的标准模板库（STL）数据，据此进行3D打印成形。基于增材制造的成分逆向工程技术是指在不清楚合金成分的情况下，用一定的检测手段获得零件的成分范围，然后进行成分比对，最终确定合金牌号的过程。

基于增材制造的逆向设计过程中有3大关键技术：其一是实体模型的数据采集与噪点消除技术；其二是模型重建优化技术；其三是成分反推技术。以燃气轮机某型导向叶片为例，阐述了利用逆向工程技术对造型复杂的零件进行模型重建的步骤和方法：采用蓝光扫描对零件外表面进行数据采集，采用工业CT对零件内部复杂结构进行数据采集，同时利用三坐标测量配合实体造型软件获得反求不规则曲面的点云数据，最后利用Geomagic Studio软件完成对点云数据的处理和三维模型的重建，生成三维实体。综合利用因特网内容提供商（ICP）、搜索引擎营销（SEM）与能谱仪（EDS）等分析手段，获得导向叶片不同部位的合金成分信息。最终采用SLM280激光3D打印机打印出实体模型，对试验得到的数据与打印模型进行对比，测试数据误差在0.1mm内，达到燃气轮机的装机使用要求。 一、设计思路 1.工业蓝光扫描测量

采用非接触式测量方式，用工业级蓝光三维扫描仪对导向叶片表面复杂的自由曲面进行点云数据处理分析。采用的工业级蓝光三维扫描仪单面精度达到2～5μm，可生成高密度点云数据，工件表面精细部位清晰，系统具备对测量产生的噪点进行修剪、剔除等功能，确保测量精度。与白光扫描相比，蓝标扫描抗干扰性更强，扫描精度更高。

采用蓝光扫描获得的导向叶片表面模型如图1所示。从图1中可以发现，采用工业蓝光扫描测试能够获得表面复杂的点云数据，进而形成初步的三维模型轮廓，但是对于某些光路“死角”的地方，存在较多的噪声点，故而在这些地方无法实现高精度测量，需后期进行修复处理，处理完成后的表面可能仍存在较大的偏差或者出现无法修复的情况，因此需要另选其他方法进行“丢失”数据的补充。 2.工业CT扫描测量