基于逆向工程的塑料模具设计研究
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作者: 李红莉
摘要：在逆向工程基础上进行塑料模具设计的关键技术主要有逆向工程技术应用基础上的数据采集、三维模型的数据重构和快速成型加工母模及快速塑料模具设计与制造。本文以工业产品样件为对象，以逆向工程和快速成型技术的综合应用为指导，进行产品样件的塑料模具设计与制造的研究与实践，解决综合应用中的问题，实践综合应用的价值所在。
关键词：逆向工程 塑料模具 快速成型
中图分类号: TH122 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2011)12-0090-01
随着塑料工业的飞速发展和通用与工程塑料在强度和精度等方面的不断提高，塑料制品的应用范围也在不断扩大，工业产品和日用产品塑料化的趋势不断上升。一个设计合理的塑料件往往能代替多个传统金属件。近年来，我国的塑料加工工业迅猛发展，在引进消化吸收，大力开展应用基础研究，提倡鼓励产学研相结合的同时，加大科研成果向生产的转化等措施实现全行业技术进步。重点发展为汽车、家电、电子、电气、交通运输、邮电通讯、国防军工、文体健身等行业配套使用的塑料材料或制品。
在塑料模具设计过程中，往往需将复杂的自由曲线曲面组成的实物样件，通过各种测量手段及曲面重构方法，将原有实物转化为计算机上的三维数字模型，并在此模型基础上进行优化设计与创新设计。在设计领域，这就是所谓的逆向工程，也称为反求工程、反向工程等。逆向工程在汽车工业、航空工业、机械工业、消费电子产品和医学科技等应用领域使用广泛。
同时，在塑料模具设计过程中结合的目前先进的制造技术--快速成型技术。快速成型技术是借助计算机、激光、精密传动和材料等现代手段，直接将计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)集成一体，根据计算机上构造的三维模型，能在很短时间内直接制造出产品样品。不需机加工设备或者模具即可快速制造形状极为复杂的工件, 从而在小批量产品生产或新产品试制时节省时间和初始投资。采用快速成型的方式可以加快我们加工样件和母模的过程，大大提高设计效率。
在逆向工程技术的基础上，利用快速成型技术，在塑料模具设计与制造的过程中提高塑料模具设计与制造的效率，优化提高产能，同时提高了产品的设计质量和精度。研究过程中我们以多个工业产品样件为实例，以逆向工程和快速成型技术的综合应用为指导，进行塑料模具设计实验。对于产品样件首先选择相应合适的三维测量设备对表面数据进行采集，对于采集数据进行相应的处理，如数据精简等，其后根据样品的表面数据特征选择相应的逆向工程处理软件进行曲面重构，重构过程中涉及到相应的重点进行研究和探讨，对于处理好的曲面数据进行三维实体的构建，过程中进行相应的产品优化设计研究，而后对于样件进行快速成型加工，过程中涉及到选择相应的快速成型设备及材料和精度的选择，对于加工得到的产品样件进行研究和优化，在此基础上再进行快速模具的设计研究，完成整个设计与制造过程。
1、样件的数据采集技术
实物或产品的三维数据的测量是一个孤立的过程，并没有考虑后续的模型重建和数字化加工的要求，如果能够根据几何外形基于特征进行实物原件的进行扫描和测量，可以减少大量无用的点云数据，以便更好、更快的三维重构，扩大数据在快速造型技术中的应用范围。
2、CAD模型的数据重构
工业产品样件的曲面重构是综合应用过程中最为重要的一步，直接影响最终产品的CAD模型的优劣。要求逆向工程中进行曲面重构的软件能适合产品，达到高效快捷的数模重构目的。在逆向工程综合评价系统的指导下，我们采用逆向工程软件Imageware软件进行数据重构处理，并在此基础上采用不同的三维造型软件进行后期的曲面调整和优化设计，得到CAD模型。
3、快速成型方法加工样件和母模
快速成型材料的成型性能大多不太理想，成型件的物理性能不能满足功能性、半功能性零件的要求，必须借助于再处理或二次加工，所以一般成型产品只能作为模型，不能用于实际工作零件。快速成型材料的价格都比较贵，造成生产成本较高，加强对快速成型新材料的研究与开发工作，既要提高新材料的性能，又要尽可能地降低成本。
4、模具设计
以快速成型加工出的样件和母模为基础，进行塑料模具的设计，控制模具的加工精度，同时，在先进制造技术的基础上，提高对于复杂曲面特征的产品的塑料模具设计能力。
以逆向工程为基础，改变传统的塑料模具设计与制造思路，解决了一些复杂形体的三维建模，难以加工出样件和母模的问题，形成了一个包括设计、制造、检测的快速设计与制造指导系统，为模具制造业更好地朝精密化、低成本、标准化方向发展，更多地开发出新的工艺、材料及智能化相关技术提供助力。
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