逆向工程與3D打印技術(shù)在坭興陶產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用

龍燕燕

摘? 要：坭興陶產(chǎn)業(yè)是廣西欽州的文化支柱產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)的繼承與發(fā)展對欽州有著重要的意義。文章在分析逆向工程關(guān)鍵技術(shù)要素的基礎(chǔ)上，闡述了逆向工程與3D打印技術(shù)在坭興陶產(chǎn)品保護(hù)中的應(yīng)用，在坭興陶產(chǎn)品再開發(fā)中的應(yīng)用，以期為坭興陶產(chǎn)業(yè)的繼承與發(fā)展提供新思路。

關(guān)鍵詞：逆向工程;3D打印技術(shù);坭興陶

中圖分類號：TP391.7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）31-0171-02

Abstract： Nixing pottery industry is the pillar industry of culture in Qinzhou， Guangxi province. The inheritance and development of industry is of great significance to Qinzhou. Based on the analysis of the key technical elements of reverse engineering， this paper expounds the application of reverse engineering and 3D printing technology in the protection of Nixing pottery products， and the application in the re-development of nixing pottery products， in order to provide new ideas for the inheritance and development of nixing pottery industry.

Keywords： reverse engineering; 3D printing technology; Nixing pottery

近年來隨著坭興陶產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，市場對坭興陶產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計及開發(fā)周期提出了新的要求，逆向工程也稱為反求工程，它是指用一定的測量手段對實物進(jìn)行測量，根據(jù)測量數(shù)據(jù)通過三維幾何建模的方法重構(gòu)實物CAD模型，重現(xiàn)產(chǎn)品原型或再開發(fā)出更高級同類產(chǎn)品的一種方法。3D打印技術(shù)是一種“材料堆積”的快速成型技術(shù)，它可實現(xiàn)產(chǎn)品從虛擬模型到物理模型的快速轉(zhuǎn)換，可直觀地檢驗產(chǎn)品的設(shè)計效果。應(yīng)用逆向工程與3D打印技術(shù)可縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低產(chǎn)品的設(shè)計成品，從而更好地滿足市場經(jīng)濟的發(fā)展需求。

1 坭興陶產(chǎn)業(yè)

坭興陶地處廣西欽州市，屬我國的四大名陶之一，有著豐富的歷史底蘊和明顯的地域風(fēng)情，其發(fā)展至今已經(jīng)形成了具有獨特內(nèi)涵的坭興陶文化，它不僅反映了欽州的文化地理、文化底蘊及文化變遷，更體現(xiàn)了欽州人民的精神追求、價值取向及審美情趣。

傳統(tǒng)的坭興陶工藝流程可分為：選泥、風(fēng)化、按配方入球、壓濾、練泥、陳腐、拉坯、修坯、裝飾、燒窯、打磨、拋光等12道工序。光滑圓潤、造型古樸、精美的雕刻工藝和神奇的窯變是其主要特色。坭興陶產(chǎn)業(yè)不同于普通意義上一般的陶器產(chǎn)業(yè)，其是地方精神文化的象征，故坭興陶產(chǎn)業(yè)的繼承與發(fā)展其實是一種文化的繼承與發(fā)展。

2 逆向工程技術(shù)

2.1 逆向工程技術(shù)的概念

傳統(tǒng)產(chǎn)品的設(shè)計是采用正向設(shè)計，其一般需要經(jīng)過產(chǎn)品市場資訊調(diào)研，概念設(shè)計，設(shè)計方案確定，三維效果圖設(shè)計，結(jié)構(gòu)設(shè)計及工程圖樣繪制，樣機模型制作六大步驟，在此過程中創(chuàng)新是核心要素，但其生產(chǎn)周期長，投入成本大，隨著市場經(jīng)濟的快速發(fā)展，漸漸滿足不了產(chǎn)品快速開發(fā)的需要。逆向工程技術(shù)正是相對于正向設(shè)計的概念提出來的，它是借助于先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備及軟件，掃描現(xiàn)有的物理模型來獲取點云數(shù)據(jù)，通過軟件處理從而重現(xiàn)產(chǎn)品CAD三維模型的過程，在此過程中可實現(xiàn)產(chǎn)品的復(fù)制與重現(xiàn)，也可根據(jù)需要實現(xiàn)對產(chǎn)品的創(chuàng)新與再開發(fā)，從而制造出更高端的同類產(chǎn)品。通過應(yīng)用逆向工程可實現(xiàn)產(chǎn)品的再次開發(fā)，在此過程中創(chuàng)新仍是其核心要素，但它縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低了產(chǎn)品的開發(fā)成本，實現(xiàn)了產(chǎn)品的再創(chuàng)造。隨著逆向工程的快速發(fā)展，目前逆向工程已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計、機械制造、考古、醫(yī)療、生活服務(wù)等行業(yè)。

2.2 逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)

逆向工程的實施步驟分為：對產(chǎn)品原型進(jìn)行三維掃描獲取點云數(shù)據(jù)，對點云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，曲面構(gòu)建、實體建模、CAE分析，并根據(jù)CAE分析的結(jié)果優(yōu)化實體模型。在此過程中獲取點云數(shù)據(jù)，點云數(shù)據(jù)處理，實體建模是技術(shù)的關(guān)鍵。

點云數(shù)據(jù)是產(chǎn)品的原始數(shù)據(jù)，是逆向工程的第一步，常用的三維掃描設(shè)備是三坐標(biāo)測量機，按與物體的接觸形式又分為接觸式與非接觸式，對于簡單的零件可直接進(jìn)行掃描，對于復(fù)雜的零件需對產(chǎn)品的表面進(jìn)行處理，并在其表面取一系列的參考點，此外掃描過程中需對掃描精度、掃描距離、掃描傾角進(jìn)行嚴(yán)格的控制。

點云數(shù)據(jù)的處理是為了獲得高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，為后續(xù)的建模提供有力的支撐，通常包含對點云數(shù)據(jù)的去雜降噪處理，復(fù)雜模型還需進(jìn)行點的擬合。

實體建模是重構(gòu)產(chǎn)品CAD三維模型的關(guān)鍵一步，面對外形存在缺失，掃描數(shù)據(jù)不完整的產(chǎn)品，實體建模時需對模型進(jìn)行修復(fù)，面對需進(jìn)行更高級創(chuàng)新開發(fā)的產(chǎn)品，實體建模時需對模型進(jìn)行二次創(chuàng)造。

3 逆向工程與3D打印技術(shù)在坭興陶產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用

將逆向工程技術(shù)與3D打印技術(shù)引進(jìn)到坭興陶傳統(tǒng)設(shè)計過程中，將為坭興陶產(chǎn)業(yè)的繼承與發(fā)展提供新的方向，為坭興陶產(chǎn)業(yè)的革新提供新的技術(shù)支撐，將促使坭興陶文化的繼承與發(fā)展向數(shù)學(xué)化方向的轉(zhuǎn)變，從而更好地滿足新時代的發(fā)展需要。

3.1 逆向工程與3D打印技術(shù)在坭興陶產(chǎn)品保護(hù)中的應(yīng)用

坭興陶的發(fā)展并非一帆風(fēng)順，其發(fā)展歷程充滿著曲折，由于強國的入侵，坭興陶產(chǎn)業(yè)曾瀕臨絕境，新中國成立后，坭興陶產(chǎn)業(yè)在政府的支持下得到了迅速的恢復(fù)，但市場經(jīng)濟的出現(xiàn)又使其陷入了低谷，直到2000年才又重新開始煥發(fā)了新的生機，直至現(xiàn)在的蓬勃發(fā)展。在這一發(fā)展的進(jìn)程中，很多優(yōu)秀的坭興陶作品消失在了歷史的長河中，幸存的一些優(yōu)秀作品隨著時光的流逝也不可避免地出現(xiàn)了劣化，再加上早年受到科技的限制，一些優(yōu)秀的工藝作品沒有形成相關(guān)的設(shè)計圖紙，這些都阻礙著坭興陶產(chǎn)業(yè)的繼承與發(fā)展，不利于坭興陶產(chǎn)品的保護(hù)。

應(yīng)用逆向工程技術(shù)，運用三維掃描設(shè)備，CAD/CAM軟件，將優(yōu)秀的坭興陶作品通過3D掃描，逆向曲面重構(gòu)，完成數(shù)字化建模，可以得到坭興陶器型的數(shù)字化三維數(shù)據(jù)，這些三維數(shù)據(jù)可實現(xiàn)對坭興陶作品低成本的永久保存。針對由于歷史原因已經(jīng)有所殘缺的作品，設(shè)計人員可使用逆向工程技術(shù)對殘缺部分進(jìn)行補全修復(fù)，在虛擬中重現(xiàn)產(chǎn)品的三維模型，再通過3D打印技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工制模過程，可快速地恢復(fù)歷史作品的舊貌，重現(xiàn)歷史作品的風(fēng)采，有利于對坭興陶產(chǎn)品的保護(hù)，有利于坭興陶產(chǎn)業(yè)的繼承與發(fā)展。

3.2 逆向工程與3D打印技術(shù)在坭興陶產(chǎn)品再開發(fā)中的應(yīng)用

坭興陶產(chǎn)品傳統(tǒng)的制造過程屬于正向設(shè)計，前期常常是創(chuàng)造團(tuán)隊根據(jù)自己的理念來進(jìn)行造型上的概念設(shè)計，再通過一系列的工藝流程將其變成現(xiàn)實的產(chǎn)品，最后再進(jìn)入到市場中，這一過程是一種典型的單向設(shè)計過程，與市場之間缺少即時的互動與反饋，且生產(chǎn)周期長，這必將成為坭興陶產(chǎn)業(yè)的壯大發(fā)展的瓶頸。

引入逆向工程思維，坭興陶設(shè)計人員可根據(jù)市場上受歡迎，得到大眾認(rèn)可的優(yōu)秀作品，構(gòu)建整個作品的三維模型，并以此為基礎(chǔ)從中尋找新的設(shè)計概念、新的設(shè)計方法、新的功能需求、新的外形創(chuàng)造，甚至新的工藝，完成對產(chǎn)品的二次開發(fā)。根據(jù)二次開發(fā)的三維模型，運用3D陶瓷打印技術(shù)，可獲得二次開發(fā)作品的真實樣品，根據(jù)這一真實樣品的展示，設(shè)計者可更好地與同行之間進(jìn)行交流，可即時地獲得未來用戶的評價與反饋，從而更精準(zhǔn)地定位設(shè)計方案，更快更好地優(yōu)化設(shè)計，完善作品。

4 結(jié)束語

坭興陶傳統(tǒng)工藝設(shè)計流程是一個從零開始的過程，是一個從無到有的過程，其設(shè)計形狀是變化的，不可預(yù)測的，其設(shè)計過程是需要進(jìn)行多次實驗的。通過應(yīng)用逆向工程技術(shù)，設(shè)計者可在作品制造前完整地構(gòu)建出其虛擬三維模型，通過應(yīng)用3D打印技術(shù)，可呈現(xiàn)作品的真實樣件。其在對坭興陶優(yōu)秀作品的保護(hù)中，在加快坭興陶產(chǎn)品的再開發(fā)中，在縮短坭興陶產(chǎn)品的生產(chǎn)周期中有著非常重要的意義，有利于坭興陶產(chǎn)業(yè)的繼承與發(fā)展，有利于坭興陶文化的繼承與發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳兵.逆向工程和3D打印技術(shù)在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用[J].河南科技，2018（8）：25-27.

[2]王剛.欽州坭興陶產(chǎn)業(yè)數(shù)字化發(fā)展對策研究[J].開封教育學(xué)院學(xué)報，2016（11）：283-284.

[3]欽州坭興陶文化調(diào)研課題組.欽州坭興陶文化調(diào)研報告[J].歌海，2015（3）：105-130.