王新杰,許武威,鄭華棟,王才東,王良文

(鄭州輕工業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,河南 鄭州 450000)

0 引 言

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,三維掃描技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛[1]。與傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)不同,三維掃描技術(shù)通過掃描儀設(shè)備對(duì)待測(cè)對(duì)象進(jìn)行全面掃描,迅速獲得被測(cè)量對(duì)象的點(diǎn)云數(shù)據(jù),再使用計(jì)算機(jī)處理點(diǎn)云數(shù)據(jù),進(jìn)而完成被測(cè)量對(duì)象的三維重建,并創(chuàng)建其數(shù)字化三維模型。

由于三維掃描技術(shù)具有從物體外表面捕獲精確數(shù)據(jù)的能力[2],該技術(shù)目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。其中,LPEZ-GUALDRN C I[3]將其應(yīng)用于輔助器械假肢的設(shè)計(jì)。BALAMURUGAN P團(tuán)隊(duì)[4]將其應(yīng)用于醫(yī)學(xué)種植牙。PARRY E J[5]將其應(yīng)用于定制拐杖的握把,康玉輝[6]將其應(yīng)用于對(duì)齒輪的三維數(shù)字化測(cè)量,朱小明[7]將其用于設(shè)計(jì)定制鞋子。此外,在復(fù)雜工業(yè)設(shè)備測(cè)量、汽車設(shè)計(jì)、文物保護(hù)、地形測(cè)繪等[8-10]領(lǐng)域,三維掃描技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用。

目前,在基于逆向技術(shù)的快速制造領(lǐng)域已有了大量研究成果。佛山大學(xué)LIU J等人[11]通過收集手指CT數(shù)據(jù),進(jìn)而得到了其直徑數(shù)據(jù),通過逆向方法設(shè)計(jì)出戒指,然后通過3D將其直接打印出來;但是該方法很難生產(chǎn)出精度高、曲面多的零件。內(nèi)蒙古科技大學(xué)王春香等人[12]運(yùn)用逆向技術(shù)對(duì)復(fù)雜曲面零件進(jìn)行了快速建模與有限元分析,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性;但是由于零件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,最后沒有完成零件的制造。河南工業(yè)大學(xué)汪楊智等人[13]提出了運(yùn)用逆向技術(shù)結(jié)合3D打印技術(shù)的非金屬薄壁件的快速成型方法;但是由于薄壁件不規(guī)則無支撐,打印時(shí)還需要專門進(jìn)行支撐的設(shè)計(jì)。波茲南理工大學(xué)KROMA A團(tuán)隊(duì)[14]運(yùn)用DAVID-SLS3掃描儀掃描了珠寶首飾,在逆向建模后分別運(yùn)用日光聚合物打印技術(shù)和熔融沉積成型打印技術(shù)進(jìn)行了珠寶首飾打印,得到了珠寶首飾;但是，前者速度快,散熱不好,打印機(jī)部件容易損壞,后者打印時(shí)間長(zhǎng)、精度低。蒂米什瓦拉理工大學(xué)TODEA N[15]運(yùn)用PICZA LPX-600掃描儀掃描了汽車電子盒,并運(yùn)用最好的3D打印設(shè)備打印出了實(shí)體;但由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,造成打印時(shí)間長(zhǎng)、精度低。

傳統(tǒng)的運(yùn)用三維掃描技術(shù)進(jìn)行逆向制造的過程,首先是采集工件點(diǎn)云數(shù)據(jù),然后對(duì)工件進(jìn)行逆向建模,最后導(dǎo)出模型,并直接3D打印出工件。該逆向制造過程還存在一些問題:(1)對(duì)于一些復(fù)雜的零件,在3D打印過程中需要附帶支撐結(jié)構(gòu),因此還需要對(duì)支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì);(2)對(duì)于一些軟性材料,由于3D打印技術(shù)的不足,直接3D打印后會(huì)出現(xiàn)漏氣、孔洞等現(xiàn)象。

針對(duì)以上問題,筆者提出一種基于三維掃描技術(shù)快速設(shè)計(jì)模具的方法,運(yùn)用過渡模型與重建模型做布爾運(yùn)算,設(shè)計(jì)出一個(gè)零件澆注模具,再經(jīng)過澆注成型,最終完成零件的制造。

1 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器澆注模具設(shè)計(jì)

對(duì)于多腔式氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器澆注模具的設(shè)計(jì),首先運(yùn)用傳統(tǒng)逆向技術(shù)對(duì)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器做逆向建模,再建立過渡模型,并將其與重建模型做布爾運(yùn)算,最終基于布爾運(yùn)算后的三維模型完成澆注模具的設(shè)計(jì)。

該內(nèi)容主要包括4個(gè)部分:

(1)數(shù)據(jù)的采集。在視線良好的室內(nèi)搭建三維掃描平臺(tái),清理待掃描氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器表面毛刺、粘結(jié)物、灰塵,運(yùn)用掃描設(shè)備對(duì)多腔式氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行掃描,采集其多組不同視角的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù);

(2)數(shù)據(jù)的處理。對(duì)各點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣、去噪、修補(bǔ)、平滑處理,進(jìn)而將其合并成一個(gè)完整的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的三維點(diǎn)云,最后再經(jīng)優(yōu)化形成完整的點(diǎn)云模型;

(3)曲面的重構(gòu)。運(yùn)用Geomagic Design X,對(duì)齊坐標(biāo)系,通過面片擬合、實(shí)體重建等過程完成曲面重構(gòu)(曲面重構(gòu)的質(zhì)量直接影響著最終模具設(shè)計(jì)的精度);

(4)模具的設(shè)計(jì)。先做一個(gè)過渡的模型,運(yùn)用過渡模型與重構(gòu)的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器模型做布爾運(yùn)算,再對(duì)布爾運(yùn)算后的模型進(jìn)行調(diào)整,完成模具設(shè)計(jì)。

模具設(shè)計(jì)流程圖如圖1所示。

圖1 模具設(shè)計(jì)流程圖

1.1 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集

點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集的方式多種多樣,總的可以分為接觸式與非接觸式兩大類,而非接觸式相對(duì)于接觸式有非常明顯的優(yōu)點(diǎn),如采集數(shù)據(jù)快、精度高、不損傷待測(cè)物等。由于多腔式氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器是硅膠材料,具有質(zhì)地軟、不易接觸測(cè)量的特點(diǎn),筆者選用非接觸方式采集其點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

根據(jù)實(shí)際情況,非接觸式采集設(shè)備選用加拿大Creaform公司MetraSCAN 3D三維激光掃描系統(tǒng),其精度為0.025 mm,測(cè)量速率1.8×106次/s。

MetraSCAN 3D激光掃描系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 MetraSCAN 3D激光掃描系統(tǒng)

搭建好平臺(tái)后,筆者將多腔式氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器置于C-track相機(jī)工作區(qū)域內(nèi),對(duì)其表面進(jìn)行掃描,激光掃過表面后,設(shè)備根據(jù)激光三角測(cè)量法確定的位置記錄驅(qū)動(dòng)器的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù),完成點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集。

氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)

1.2 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的預(yù)處理

1.2.1 三維點(diǎn)云的降噪處理

運(yùn)用掃描儀設(shè)備采集點(diǎn)云數(shù)據(jù),會(huì)采集到很多無用的噪點(diǎn),這些噪點(diǎn)會(huì)嚴(yán)重影響氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的逆向建模,所以需要將這些噪點(diǎn)去除。筆者首先采用直觀法去除體外噪點(diǎn);其次采用反選法去除散落噪點(diǎn);最后采用高斯濾波法去噪,即對(duì)整個(gè)點(diǎn)云進(jìn)行加權(quán)平均,在去除噪點(diǎn)的同時(shí),較好地保留主點(diǎn)云的原貌。經(jīng)過上述處理后最終得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

點(diǎn)云數(shù)據(jù)去噪如圖4所示。

圖4 點(diǎn)云數(shù)據(jù)去噪

1.2.2 基于隨機(jī)采樣法的點(diǎn)云精簡(jiǎn)

由于去噪后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)依舊是高密度的散亂點(diǎn)云,在處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)時(shí),為減少后續(xù)建模計(jì)算量以及提高計(jì)算速度,針對(duì)重復(fù)和稠密的點(diǎn)云,筆者運(yùn)用隨機(jī)采樣法進(jìn)行精簡(jiǎn);采樣比設(shè)為50%,將點(diǎn)云數(shù)量精簡(jiǎn)為原點(diǎn)云的1/2,精簡(jiǎn)后點(diǎn)云數(shù)量由93 598變?yōu)?6 800。

1.2.3 點(diǎn)云模型的表面優(yōu)化

經(jīng)過降噪、精簡(jiǎn)處理后,筆者將氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的點(diǎn)云封裝成多個(gè)三角面片。由于點(diǎn)云采集時(shí)存在掃描不到、遺漏掃描或者表面反光等問題,封裝后的點(diǎn)云表面會(huì)出現(xiàn)一些釘狀物及孔洞,如圖5所示。

圖5 釘狀物與孔洞

針對(duì)孔洞,筆者直接采用曲率填充法,對(duì)每個(gè)獨(dú)立的小孔洞分別進(jìn)行填充處理,完成修復(fù)。針對(duì)釘狀物采取2種方式進(jìn)行處理:(1)對(duì)于平面位置處的釘狀物,運(yùn)用特征法去除,去除后形成平面;(2)對(duì)于曲率位置處的釘狀物,直接刪除釘狀物形成孔洞,進(jìn)而采用曲率填充法修復(fù)孔洞。

1.2.4 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的多視角合并

由于條件所限,氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的外部點(diǎn)云數(shù)據(jù)無法一次性采集完畢,要通過多視角、多次采集數(shù)據(jù)后,再經(jīng)過降噪、精簡(jiǎn)、優(yōu)化處理后,將幾組不同視角采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)合并,才能保證其點(diǎn)云數(shù)據(jù)的完全性。

為了保存完整的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)特征,筆者分別對(duì)各視角點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,根據(jù)分析結(jié)果選取兩個(gè)視角的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行手動(dòng)注冊(cè);在不同視角下分別選擇3個(gè)相同點(diǎn),對(duì)齊點(diǎn)云模型,輸出合并完成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

點(diǎn)云數(shù)據(jù)的多視角合并圖如圖6所示。

圖6 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的多視角合并

1.3 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的曲面重構(gòu)

1.3.1 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器點(diǎn)云空間坐標(biāo)系的建立

由于掃描的點(diǎn)云在空間中的坐標(biāo)系是以掃描設(shè)備的坐標(biāo)系進(jìn)行定位,在建模時(shí)如果不更改坐標(biāo)系會(huì)給建模帶來困難,需要對(duì)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器重新建立一個(gè)空間坐標(biāo)系?？臻g坐標(biāo)的建立有自動(dòng)建立和手動(dòng)建立兩種方式。由于手動(dòng)建立可以自定義坐標(biāo)原點(diǎn)位置,此處筆者選用手動(dòng)方式。

首先,對(duì)預(yù)處理過的面片模型畫領(lǐng)域,運(yùn)用平面命令,分別提取領(lǐng)域特征,并建立平面,再由平面提取交線;然后,運(yùn)用手動(dòng)對(duì)齊工具,選擇3-2-1對(duì)齊方式,再根據(jù)已建立的平面、線定位坐標(biāo)系,完成氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器點(diǎn)云空間坐標(biāo)系的建立。

空間坐標(biāo)系的建立如圖7所示。

圖7 空間坐標(biāo)系的建立

1.3.2 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器三維模型的重建

模型重建就是將三維點(diǎn)云轉(zhuǎn)化為三維實(shí)體的過程,是逆向工程的核心步驟。對(duì)于一些復(fù)雜的曲面,需要用幾種方法相互配合進(jìn)行重建。而重建過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤會(huì)嚴(yán)重影響三維模型的精度,因此,建模前需要綜合分析點(diǎn)云模型,規(guī)劃重建思路。

模型重建方案如下:

(1)針對(duì)規(guī)則模型,運(yùn)用正向建模思路,在Geomagic Design X中繪制面片草圖,提取模型邊線特征,進(jìn)行拉伸、切除、旋轉(zhuǎn)等操作,完成模型的重建;

(2)針對(duì)不規(guī)則曲面,運(yùn)用曲面擬合方法,首先根據(jù)模型曲面劃分不同的領(lǐng)域,再以領(lǐng)域?yàn)閰⒖歼M(jìn)行面片的擬合,最終再通過剪切、放樣、切除等步驟完成模型的重建。

通過分析驅(qū)動(dòng)器的點(diǎn)云模型,此處采用曲面擬合的方法重建模型,具體步驟如下:

(1)領(lǐng)域劃分。領(lǐng)域劃分包括自動(dòng)分割方式與手動(dòng)分割方式。自動(dòng)分割時(shí),系統(tǒng)根據(jù)三維點(diǎn)云表面形狀,通過提取表面曲率,自動(dòng)將點(diǎn)云模型劃分為多個(gè)領(lǐng)域;手動(dòng)分割時(shí),根據(jù)驅(qū)動(dòng)器點(diǎn)云模型和驅(qū)動(dòng)器實(shí)物模型,直接手動(dòng)劃分領(lǐng)域。相比于自動(dòng)分割方式,手動(dòng)方式能夠有效避免將曲率不同的表面誤劃分為同一個(gè)領(lǐng)域。

因此,此處筆者運(yùn)用手動(dòng)分割方式將驅(qū)動(dòng)器三維點(diǎn)云模型劃分為5個(gè)領(lǐng)域,上弧劃為圓柱領(lǐng)域,其他4面劃為平面領(lǐng)域,如圖8所示。

圖8 領(lǐng)域劃分圖

(2)曲面擬合。NURBS曲線擬合方法是一種基于Bezier方法和B樣條方法的整合優(yōu)化方法。在對(duì)不規(guī)則曲面進(jìn)行擬合時(shí),該方法的優(yōu)勢(shì)明顯,能夠很好地控制待擬合曲面的曲線度。

NURBS曲線通常稱為非均勻有理B樣條曲線,其數(shù)學(xué)定義式為:

(1)

式中:P(u)—曲線上的位置向量;Ni,k(u)—k次樣條基函數(shù);ωi—權(quán)因子;di—控制頂點(diǎn)。

接下來,筆者運(yùn)用NURBS曲線擬合方法對(duì)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行擬合重建。

氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的重建過程如圖9所示。

重建流程為:選中上弧度圓柱領(lǐng)域,運(yùn)用NURBS曲線擬合方法進(jìn)行曲面擬合,控制點(diǎn)設(shè)為50,許可偏差設(shè)為0.1 mm,生成擬合曲面如圖9(b)所示;同理,分別對(duì)其他4個(gè)平面領(lǐng)域擬合,根據(jù)其曲面的大小,兩個(gè)正面控制點(diǎn)設(shè)為100,兩個(gè)側(cè)面控制點(diǎn)設(shè)為80,許可偏差均為0.1 mm,完成4個(gè)平面的擬合;最后,再通過裁剪、縫合、生成實(shí)體、拉伸切除等過程,完成對(duì)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器三維模型的重建。

1.3.3 重建模型的精度分析

在逆向建模的過程中,由于操作等方面的原因,重建的三維模型總會(huì)出現(xiàn)誤差,需要對(duì)重建的模型與預(yù)處理后的原始點(diǎn)云進(jìn)行體偏差(accuracy analyzer)分析。

重建模型的體偏差分析如圖10所示。

圖10 重建模型的體偏差分析

在圖10(a)中,面板上的數(shù)字表示偏差,對(duì)應(yīng)圖10(b)中的偏差欄;偏差在-0.1～0.1區(qū)間內(nèi)表示模型重建良好,偏差大于0.1時(shí)表示模型重建過量,偏差小于-0.1時(shí)表示模型重建缺量。

由圖10可以看出:最大上偏差為0.064 2,最大下偏差為0.195 2,標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.063 7。由此可見,該重建模型的偏差值滿足要求。

最后,筆者將上述重建的三維模型輸出為.step格式的文件。

1.4 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的澆注模具設(shè)計(jì)

在模具設(shè)計(jì)前,要對(duì)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器三維模型內(nèi)部進(jìn)行處理。上述氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器具有內(nèi)部空腔結(jié)構(gòu),但由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)是掃描不到的，考慮到氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器使用中,對(duì)于空腔的要求并無嚴(yán)格限制,根據(jù)現(xiàn)實(shí)中氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器形狀,筆者依照需求做出適用的腔體結(jié)構(gòu),如圖11所示。

圖11 腔體結(jié)構(gòu)圖

1.4.1 基于布爾運(yùn)算的過渡模具模型的設(shè)計(jì)

布爾運(yùn)算指兩個(gè)或兩個(gè)以上二維或三維圖形,通過交運(yùn)算、加運(yùn)算、減運(yùn)算等操作,從而得到新的圖形的過程。交運(yùn)算后,其結(jié)果保留兩個(gè)或者多個(gè)圖形的相交部分(即交集);加運(yùn)算后,保留相交以及不相交的所有部分(即并集);減運(yùn)算后,“刪除”母體中一個(gè)或多個(gè)與子體相交的部分(即差集)。

首先,筆者建立一個(gè)能夠完全包裹氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的長(zhǎng)方體作為過渡模型;然后,運(yùn)用過渡模型與氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的三維模型做布爾減運(yùn)算,進(jìn)而得到一個(gè)封閉的三維模型。

布爾運(yùn)算流程圖如圖12所示。

圖12 布爾運(yùn)算流程圖

最終得到的封閉模型就是氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器澆注模具的過渡模型。根據(jù)澆注模具的結(jié)構(gòu)理論知識(shí),對(duì)該過渡模型做合理的拆解設(shè)計(jì),即可得到氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的澆注模具。

1.4.2 澆注模具的拆解設(shè)計(jì)

分析氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的三維模型可知,其內(nèi)部可以通氣,為空腔結(jié)構(gòu),外部為5個(gè)并排瓣葉結(jié)構(gòu),所以其模具設(shè)計(jì)要分為兩個(gè)部分。最終,筆者將澆注模具的過渡模型拆解設(shè)計(jì)為一個(gè)頂封、一個(gè)底封以及兩個(gè)側(cè)封。

氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器模具零件圖和裝配圖如圖13所示。

圖13 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器模具零件圖和裝配圖

圖13中,模具底封與頂封結(jié)合,用作氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器瓣葉外間隙和瓣葉內(nèi)腔體的成型;兩個(gè)側(cè)封分別有兩個(gè)作用,其內(nèi)側(cè)通過卡槽滑軌與底封結(jié)合對(duì)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器瓣葉部分封膜,外側(cè)的長(zhǎng)方體凹槽用來為氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器下半部分的底座封底。

將模具設(shè)計(jì)成多部件開放組合式,在滿足了氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器成型精度、互換性、成型質(zhì)量等要求的前提下,可減少模具的成本,提高模具的使用壽命,降低其3D打印的難度。

2 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器模具打印及澆注成型

筆者采用3D打印加工模具,考慮成本、成型精度、散熱等因素,選用光敏樹脂材料以及尼龍材料作為模具打印原料,分別打印出模具各部件。

光敏樹脂與尼龍打印件如圖14所示。

圖14 光敏樹脂與尼龍打印件

從澆注成型開始,首先筆者將模具底封、模具側(cè)封進(jìn)行裝配,然后向裝配好的模具中注入硅橡膠,接著用模具頂封通過模具底封兩側(cè)的半圓孔進(jìn)行封模,最后將成型后的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器半成型件出模,再通過模具側(cè)封凹池對(duì)半成品氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行封底,得到氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的成型件。

澆注成型流程圖如圖15所示。

圖15 澆注成型流程圖

光敏樹脂材料具有打印時(shí)固化快、成本較低、成型精度高、無異味、使用壽命長(zhǎng)、打印時(shí)不粘連等優(yōu)點(diǎn),是目前3D打印主要原材料之一。尼龍材料具有耐腐蝕、耐熱、軟化點(diǎn)高、易成型、材料強(qiáng)度高、韌性較好等優(yōu)點(diǎn),也是目前3D打印材料里使用較廣泛的一種材料。但是,相比于樹脂材料,尼龍材料的精度較低,而價(jià)格偏高。

筆者運(yùn)用3D打印機(jī),將模具三維模型導(dǎo)入后,分別以樹脂材料及尼龍材料為原料,打印出實(shí)體模具,然后將模具組裝,向模具內(nèi)注入硅橡膠,封模等待冷卻成型。

(1)對(duì)于光敏樹脂材料,由于樹脂類材料含有脂類物質(zhì),當(dāng)在模具中注入硅橡膠后,模具與硅橡膠產(chǎn)生了化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致硅橡膠不能正常固化,氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器不能成型;

(2)對(duì)于尼龍材料,由于其本身的耐腐蝕、易成型特點(diǎn),當(dāng)在其模具中注入硅橡膠后成型效果極佳,未有不固化現(xiàn)象,出模后的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器滿足設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

本研究主要提出了一種特殊材料工件的快速逆向建模與制造方法,首先通過傳統(tǒng)逆向工藝完成了對(duì)待制造工件的模型重建;其次,通過建立過渡模型與重建模型進(jìn)行布爾運(yùn)算,得到了一個(gè)封閉三維模型;然后，基于模具的結(jié)構(gòu)理論知識(shí)完成了對(duì)工件的澆注磨具的設(shè)計(jì);最后，通過澆注成型得到了工件。

研究結(jié)論如下:

(1)采用先制造出工件的澆注模具,進(jìn)而通過澆注成型完成工件制造的方法,完成了對(duì)軟體材料多腔式氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的快速逆向建模與制造;該方法提高了模具開發(fā)的效率,縮短了模具開發(fā)的周期,提高了模具設(shè)計(jì)的精度;

(2)運(yùn)用三維掃描技術(shù),完成了對(duì)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集,采用Geomagic Design X軟件對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行處理,進(jìn)而用NURBS曲面擬合方法重建曲面,得到了精度極高的三維模型;

(3)建立了一個(gè)過渡三維模型,運(yùn)用布爾運(yùn)算,將重建的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器模型與過渡三維模型做減運(yùn)算,進(jìn)而對(duì)模型做拆解再設(shè)計(jì),得到了一個(gè)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器澆注模具的三維模型;

(4)采用樹脂材料與尼龍材料分別打印出氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器澆注模具,進(jìn)而用硅橡膠材料在兩個(gè)模具中分別完成了澆注;樹脂材料模具由于其本身與硅橡膠有化學(xué)反應(yīng),不能成型,而尼龍材料澆注成型情況較好,得到了一個(gè)模型完整、質(zhì)量較好的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器,可以滿足運(yùn)用領(lǐng)域的規(guī)格需求。

在接下來的工作當(dāng)中,筆者將針對(duì)模具的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、材料分析和特性測(cè)試做進(jìn)一步的深入研究,以提高逆向建模的精度。