鹤壁汽车工程职业学院河南鹤壁市458030
摘要：逆向工程与快速成型技术在模具、汽车、航空等领域得到了广泛应用，而在非物质文化遗产保护与开发领域研究和应用尚还不足。将逆向工程、CAD/CAM、3D打印技术与工艺品设计与制造相结合，是重要民族工艺品保护的最佳方法，也是工艺品创新设计与开发的最佳途径。
关键词：工艺品；逆向工程；3D扫描；快速成型；3D打印；
民族工艺品作为重要的非物质文化遗产，对其进行数字化保护、创新设计与开发具有重要的现实意义。传统方法对复杂曲面的工艺品进行数字化保护与开发存在一定的局限性。
1逆向工程技术的原理和方法
1.1逆向工程技术的特点
逆向工程在新产品开发和产品改造设计、产品模仿、质量分析和测试等领域使用较为普遍。逆向工程业务范围主要是单件、小批量的零件制造，逆向工程技术的利用可以加快产品换代，加快产品和系列产品的设计，缩短产品设计和开发周期，降低开发新产品的成本，提高抗风险能力。
1.2逆向工程的实施
快速、准确和全面地获取物理原型的3D数据是逆向工程中的重要环节，其中数据质量是逆向工程的关键点。数据采集主要是利用测量方法和设备来测量物理对象表面多个点的几何坐标数据，数据采集可以通过多种方法完成。根据与被测物体表面的接触形式，数据采集可分为接触测量和不接触测量两种。
2三维扫描原理
三维扫描仪是逆向工程的必备设备，它的主要目的是获取样品三维数据。研究用的三维扫描仪是柯尼卡美能达非接触式三维激光扫描仪“RANGE5”。RANGE5采用斜射式三角法的测量原理。斜射式三角法是根据光源和光敏元件之间的位置和角度关系来计算被测物体表面点三维坐标数据的。激光器LD发出的光束经会聚透镜和被测物体表面的反射，被接收透镜接收汇聚在CCD传感器上，若被测物体移动M，则在CCD上的像点也会有相应的移动距离N，根据CCD上的距离N，可以计算物体位移M。
在一次测量过程中，物体和镜头不会移动，一般是激光束移动，根据两束激光在CCD传感器上的距离便可以计算物体表面两点的距离。激光三角法能高精度的将三维模型转换到CAD系统中的，因而被广泛应用在逆向工程中。
3优化工业设计和开发过程
将逆向工程方法引入传统工业设计过程，采用创新设计方法作为设计方法时，可以为企业节省设计和开发时间，检查创新产品的缺陷并进行改进，并且可以改变产品的输出模式和生产速度。在原来的工业设计过程中，循环的起点是从开发点到概念设计。循环的目的是探索初始营销测试中所需的产品概念。当逆向工程引入产品设计时，最初的设计过程是营销人员拿出当前市场上的畅销产品，并使用逆向工程方法构建整个产品。扫描成3D模型架构，成为后续设计过程和设计思路的基础。工业设计师从营销人员那里获得现在市场上的所有产品信息及消费者对目前产品的期待和需求，将其作为改进产品的设计基础，并实现现有产品设计理念的激发，以产生一系列设计理念，或生产创新产品功能和新的需求形式，寻求探索现有产品中未考虑的设计概念，以寻求各方面的突破，把这一系列概念设计成图纸和有关人员进行讨论。在回顾设计师的设计理念时，一方面是设计师绘制的概念图，在与营销人员、老板和其他设计师及工程师讨论后，设计概念得到认可。另一方面，审查设计概念之后，有必要进行一些修改。当逆向工程被引入设计过程时，整个设计过程变得更加简单和可控，且彼此之间的设计活动重复较少。通常情况下，企业在开发新产品时会考虑是否有订单，是否有客户需求。为了避免生产后滞销，会对目前市场上的畅销产品进行改进。改进后的产品必须优于现有产品，卖点更多或价格必须相对较低，这是改进的前提条件。在产品设计构想中，可以从现有产品架构中找到更多设计概念、新功能、新结构、新形状、新消费阶层或新制造方法，从而产生与现有产品不同的新产品，或缩短生产时间，或降低生产成本。
4工艺品的快速成型
4.13D打印原理
3D打印也叫3D快速成型，现在已有几种不同的3D打印机的技术，比较成熟的有UV、SLA、SLS、LOM和FDM等方法。研究用的设备是Objet30Pro，它采用SLA（即立体光固化成型）3D打印原理。特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由点到线，由线到面的顺序凝固，完成一个层面的打印，然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度，再固化另一个层面。这样层层叠加构成一个三维实体。
4.2样品的3D打印
3D打印技术可以快速制造出工艺品样件，以便对工艺品的开发价值进行调查研究。有市场开发价值的工艺品，可以利用3D打印技术，数控技术等制造模具，进行小批量生产。Objet30Pro是一款可以打印七种树脂材料的快速桌面型3D打印机，启动软件，导入STL格式的模型文件，调整模型在打印框里的位置，便可以打印样件。打印过程中，软件一边做模型的切片文件，一边传送数据给打印机进行打印。
5逆向工程中3D打印技术在工业设计中的应用
5.13D打印在工业设计中的应用和影响
3D打印技术是在20世纪90年代中期出现的一种快速成型技术。其基于数字模型，使用粉末金属或塑料和其他黏合材料，通过逐层打印的方式构建对象。3D打印通常由数字技术材料打印机实现，常用于模具制造、工业设计等领域制造模型，现在逐渐用于某些产品的直接制造。目前，该技术已在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和建筑、汽车、航空航天、牙科和医疗行业、教育、地理信息系统、土木工程和枪支制造等领域中得到广泛应用。这种快速成型技术采用“材料堆积”的方法，使物体不受生成三维平面的复杂性和过程的限制，变得简单容易。3D打印在工业设计领域中的应用使其效率明显提升。在设计过程中，设计师和建模人员或建模者可以利用三维打印技术将其设计的产品快速转化为物理对象，从而能轻松快速地为客户和设计团队拿出产品模型，以便客户直观了解产品，促进客户与设计师之间的及时沟通，促进客户、市场与企业之间的沟通，及时调整方案，使产品最大化地得到市场的认可。
5.2逆向工程产品设计的3D打印设置
采用逆向工程技术设计的工业产品需要使用3D打印机打印出样品，以便于生产过程筹备、全面评价和调整改进。3D打印是制造技术的创新，随着该技术的成熟，其为制造业带来了又一次的变革。同时，其还为研发、设计，尤其是工业设计提供强大的技术支持。现有的3D打印机种类较多，但操作和打印设置大都相同。首先，选择打印机配置菜单，单击配置选项，改变打印机设置中的通讯端口，将串口通讯波特率设置为115200波特。需要注意的是，不能将波特率设置得过高，否则容易因受环境电磁的影响而出错，导致打印中断等情况的出现。然后，通过打印机形状选择打印机类型，在打印综合页面上，选中“在任务中断后返回停机时间”并检查相关的打印数据。完成设置步骤后，就可以开始在线打印了。通过设定打印产品的尺寸而获得的3D打印部件，仅是单一打印材料的模型产品。除材料外，模型对实际产品有一定的检验要求，能为产品的定量生产提供验证依据。作为采用逆向工程技术和3D打印技术设计的产品，建模结构和零件细节中的原始目标产品有很大不同。这些差异形成扩展产品的创新设计方法和独特的产品特性。
参考文献：
[1]李强.逆向工程技术在古典家具保护方面的应用与研究.2017.
本文系河南省高等教育教学改革研究与实践项目“模具设计与制造专业（3D打印方向）人才培养模式研究与实践”（编号：2017SJGLX662）的研究成果。