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概要

把機器拆了重裝，可以讓我們深入了解機器的內(nèi)在結(jié)構(gòu)。而這正是逆向工程的工作原理。拆解重裝能讓我們看到設備的制造工藝，從而找到替換、優(yōu)化、分析零部件的方法，但其中，重中之重是如何精準測量這些部件。這時，就需要三維掃描出場了。那么，哪種方式才是三維掃描數(shù)據(jù)制作CAD模型的可靠方式？答案自然就是逆向工程軟件。根據(jù)這一考量，我們精心挑選了數(shù)款優(yōu)秀工具。

軟件

Artec Studio, Meshmixer, Artec計量套件, Design X, Geomagic for SOLIDWORKS, SpaceClaim

平臺

Windows, macOS, Linux

價格區(qū)間

免費 - €18000

簡介

如何才能分析現(xiàn)有的零件或工具，了解它們的制作工藝？如何才能清晰了解機器或系統(tǒng)運行的方式？答案就是——逆向工程。通過該技術(shù)，我們可以拆解物體，找到改進方式，也可以直接找到替代部件。通常，逆向工程需要為真實物體的幾何快速完成精準的幾何數(shù)字化采集。得益于今天的科技創(chuàng)新，我們幾乎可以為任何物體完成逆向工程，從微型工業(yè)零件到大型建筑設備。

逆向工程應用場景多樣，這對產(chǎn)品優(yōu)化、定制、重構(gòu)而言至關(guān)重要。該技術(shù)被廣泛應用于制造、航空航天、汽車等行業(yè)。逆向工程可以完成各類任務，例如重新制作或復制已停產(chǎn)的部件，進行產(chǎn)品質(zhì)量檢驗，也能評估競品性能。

逆向工程具體如何進行？典型的逆向工程工藝包括物體測量，并采集數(shù)據(jù)，隨后進行數(shù)據(jù)處理和CAD工序。今天的逆向工程師能利用的工具十分豐富，可協(xié)助他們輕松完成整個流程，其中一項工具就是逆向工程軟件。

下面，我們具體介紹幾款優(yōu)秀的逆向工程工具，并探索逆向工程流程的設計步驟。

逆向制作中的數(shù)據(jù)采集和處理

逆向工程中的數(shù)據(jù)采集及其過程十分復雜。在本篇測評中，我們將側(cè)重介紹當前主流的操作方式——三維掃描、攝影測量、三坐標測量、CT掃描。選擇何種方式取決于應用的具體行業(yè)和場景。此外，我們還會羅列需要您重視的一些時間和預算限制。

要點

逆向工程中的數(shù)據(jù)采集既可手動完成，也能采用數(shù)字化方式，常見的方法就是三維掃描、計量級攝影測量、三坐標測量儀、CT掃描。

如果要對成品產(chǎn)品或部件完成逆向工程，三維掃描或許是好的選擇，可以將實物快速變成CAD模型，且速度快，操作方便。由于三維掃描儀不能直接生成CAD模型（掃描儀輸出數(shù)據(jù)為點云或網(wǎng)格數(shù)據(jù)），您需要通過建模軟件完成下一步工序，即掃描至CAD工作流，這是一個半自動工藝，專業(yè)軟件可以把三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可編輯、可設計的CAD文件。

三維掃描儀提供的精準表面測量值在逆向工程中發(fā)揮極為重要的作用。事實上，三維掃描數(shù)據(jù)能幫我們從現(xiàn)實世界中獲得有用的認識，并將其轉(zhuǎn)換后精準體現(xiàn)為數(shù)字形式。專業(yè)三維掃描儀采集的數(shù)據(jù)將以可操作的3D模型形式呈現(xiàn)，對物體或場景的完整幾何進行渲染。

CT掃描儀和三坐標測量儀往往價格不菲，難以移動，培訓所耗時間久，而三維掃描儀剛好相反：逆向工程非常需要三維掃描儀的速度、適用廣度和便捷度。

三維掃描技術(shù)采集點云有多種方式，其中光學三維掃描法受歡迎。光學三維掃描法采用無損處理，通過投射結(jié)構(gòu)光和激光束至物體，來采集并復制物體。

如今，掃描軟件也多種多樣，從智能手機到智能3D成像程序，它們適合不同的操作系統(tǒng)，難易度、價格也不盡相同。但無論何種情況，一款優(yōu)秀軟件的標志之一，就是應當讓用戶快速上手。歸根結(jié)底，用戶投入的精力要和產(chǎn)出成正比，數(shù)據(jù)準確，分辨率高，質(zhì)量上乘。

計量級攝影測量法是另一款測量工具，可以將各個角度拍攝的照片合成為3D點云。計量級攝影測量套件應配備標記點（粘性貼或磁貼）、比例尺、參考十字和一臺性能強大的相機。三維掃描儀配合這樣一款套件，就搖身變成了制作高精度3D模型的優(yōu)秀解決方案。攝影測量法制作的3D點云可以和三維掃描生成的3D網(wǎng)格對齊，結(jié)合兩種技術(shù)強項，成就更高精度。

要點

任何一種測量技術(shù)，都需要一款用戶友好的軟件，這是順利完成制作工藝的關(guān)鍵。

軟件工具

Artec Studio

價格

·         30天免費試用

·         年度訂閱 US $1200

·         終身許可，免費更新 US $2900

操作系統(tǒng)

Windows

優(yōu)勢

·         算法強大，追求極致的掃描精度與速度

·         紋理與幾何追蹤算法十分優(yōu)秀

·         掃描和擬合CAD基本圖元

缺陷

·         或需要完整軟件包，提供更多逆向工程軟件

流暢的三維掃描體驗必然簡潔明了，省時省力。使用Artec Studio處理數(shù)據(jù)時，既可選擇為您分憂解難的智能自動模式，也可選擇靈活度更高、可全權(quán)掌控的手動模式。自動模式將主導整個流程并提示下一步操作，而手動模式更適合經(jīng)驗豐富的用戶，操作更靈活。Artec Studio配備布爾算法等高級功能，可借助CAD實體和網(wǎng)格修改模型，簡化逆向工程流程。同時，先進的自動曲面工具能將有機形狀轉(zhuǎn)換成CAD實體模型。

要點

Artec Studio配備逆向工程掃描至CAD的全部關(guān)鍵功能，還能與Geomagic Design X等全套軟件包配合使用，解鎖更多逆向工程工具。

一站式解決方案Artec Studio工具一應俱全，可創(chuàng)建網(wǎng)格基本圖元，并調(diào)節(jié)大小，重新定位。利用CAD基本圖元是掃描至CAD中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這些兼容CAD的對象能擬合至模型幾何，加快CAD文件的轉(zhuǎn)換過程。直接在采集數(shù)據(jù)的軟件中為3D模型擬合基元，大幅提升了工程速度。Artec Studio的CAD基本圖元工具也大幅優(yōu)化了逆向工程流程：提取關(guān)鍵幾何數(shù)據(jù)并保存為常見的CAD格式，便于將網(wǎng)格與CAD對象一鍵導出至Design X或Geomagic for SOLIDWORKS。

Autodesk Meshmixer

價格

·         免費

操作系統(tǒng)

Windows, macOS

優(yōu)勢

·         豐富的教程與用戶資料

·         編輯面廣，用戶友好

·         快速調(diào)整格式

·         挖空功能穩(wěn)定可靠

缺陷

·         對初學者而言過于高階

·         需要性能強勁的顯卡和新的顯卡驅(qū)動程序

Meshmixer原本只是3D打印圈的一款“業(yè)余愛好者工具”，但現(xiàn)在已搖身變成處理網(wǎng)格文件的前沿軟件。無論是需要清理三維掃描，準備文件進行3D打印，還是逆向工程過程中需要對模型進行其他操作，Meshmixer都能搞定。稍加練習，就能熟練運用多款工具操作模型。只需將文件拖入編輯區(qū)，就能繼續(xù)調(diào)整、切割、清理、修復、合并3D模型。

無需專業(yè)技術(shù)知識，也不用理解軟件中每個細節(jié)，就能學會使用Meshmixer。但是，您仍然需要花一些時間，來熟悉軟件的基本功能，發(fā)揮軟件潛能。您可在網(wǎng)上找到Meshmixer教程， 快速了解修改網(wǎng)格相關(guān)操作的異同。

Artec計量套件

價格

·         入門版 US $27,400，專業(yè)版 US $42,700

操作系統(tǒng)

Windows

優(yōu)勢

·         兼容Geomagic Control X、PolyWorks 等頂級軟件

·         精度高達2微米

缺陷

·         需要對計量級攝影測量工作流程有基本了解

Artec計量套件是一款光學坐標測量系統(tǒng)，能輕松集成至逆向工程、測試、檢驗工作流程。計量套件一個出彩之處就在于可以配合Artec 3D掃描儀，將套件的攝影測量結(jié)果與掃描儀數(shù)據(jù)合并。體積精度可提升至15 μ/m。對于機械零件、飛機部件、船只、車輛、甚至風力渦輪機等物體而言，無論是追求高精度的測量值，還是對比3D網(wǎng)格或CAD實體，計量套件都是一項完美的測量工具。

CAD設計：小妙招

下一步操作取決于逆向工程的目標。您可以直接將模型用于制造，也可以在CAD工程軟件中繼續(xù)分析和轉(zhuǎn)換。下面，我們來了解能完成逆向工程工序的幾款優(yōu)秀軟件。

Geomagic Design X

價格

·         US $19950

操作系統(tǒng)

Windows

優(yōu)勢

·         結(jié)合參數(shù)化CAD和三維掃描數(shù)據(jù)處理功能的獨特軟件

·         可通過導出至SOLIDWORKS、Siemens NX、Autodesk Inventor、PTC Creo、Pro/Engineer，為首選的CAD系統(tǒng)添加組件。

缺陷

·         軟件價格不菲，但效果好

Geomagic Design X是將三維掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CAD特征模型的解決方案。無論是要掃描實體來設計新零件和部分組件，還是要將某個零件改造成參數(shù)化模型，該程序的諸多功能都能幫您順利搞定。Geomagic Design X能輕松（自動）根據(jù)掃描數(shù)據(jù)創(chuàng)建平面、草圖、特征。

Design X的用戶界面基于SOLIDWORKS界面而設計，一樣簡單好用。橫跨頂部的圖標包含您需要的所有任務：點、多邊形、區(qū)域、對齊、草圖、精確表面處理。左側(cè)為創(chuàng)建的數(shù)據(jù)列表：點、多邊形、面、草圖。2022年發(fā)布的Geomagic Design X新增了幾項全新功能，如各種草圖工具、放樣和精確表面建模工具優(yōu)化、代替標記點網(wǎng)格。

要點

Geomagic Design X是一款功能全面、廣受業(yè)界好評的逆向工程軟件。特征CAD和三維掃描處理功能的疊加，意味著您可以輕松創(chuàng)建兼容頂尖CAD軟件的可編輯實體模型。

Geomagic for SOLIDWORKS

價格

·         按需

操作系統(tǒng)

Windows, macOS

優(yōu)勢

·         自動化向?qū)лp松創(chuàng)建精準草圖、表面和可編輯的特征模型

·         可直接在SOLIDWORKS中打開

·         3D對比輕松快捷（例如CAD對象和網(wǎng)格對象）

缺陷

·         對新手而言過于高階

這款專業(yè)插件由3D Systems研發(fā)，目的是幫助您將3D掃描輕松轉(zhuǎn)換成可編輯的CAD對象。Geomagic for SOLIDWORKS配備多款得力工具，例如網(wǎng)格編輯、點云處理、自動特征提取，能為逆向工程迅速創(chuàng)建3D模型。

要點

Geomagic for SOLIDWORKS是Design X的精簡版，支持一系列主流三維掃描儀，能快速創(chuàng)建草圖、表面或可編輯的特征型實體零件，縮短復雜3D建模的時間。

許多三維掃描儀兼容Geomagic for SOLIDWORKS，可輕松導入已有掃描數(shù)據(jù)。無論是導入的網(wǎng)格和點云，都能用Geomagic的逆向工程算法進行下游工作。在設計數(shù)據(jù)丟失、缺乏舊部件CAD圖紙，或必須重做一個磨損部件時，這款插件都能輕松解決。

SpaceClaim

價格

·         按需

操作系統(tǒng)

Windows, Linux

優(yōu)勢

·         模擬準備時間縮短

·         輕量級3D建模軟件，適合逆向制作全新部件

缺陷

·         模擬需要大量處理能力，軟件需占用大量內(nèi)存

圖片來源：Ansys/YouTube

SpaceClaim是一款獨立軟件，旨在協(xié)助工程師從零開始創(chuàng)建實體模型。SpaceClaim能高效處理STL文件，輕松優(yōu)化高噪點掃描，修復不滿意的掃描元素。對于沒有充裕時間來全面學習傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)的用戶而言，SpaceClaim是一款完美的解決方案，軟件有蒙皮曲面等好用的工具，可根據(jù)棱鏡或真實形狀自動創(chuàng)建實體幾何。同時，這也意味著用戶可以根據(jù)不同掃描重建表面數(shù)據(jù)，無論掃描完整與否。您還可以縮短模擬準備時間，從而專注于模擬結(jié)果。軟件將為您加快幾何準備速度，更快進入分析環(huán)節(jié)，節(jié)省模擬前的寶貴時間。

質(zhì)的飛躍

沒什么能像三維掃描一樣助推逆向工程的速度。借助三維掃描，分分鐘就能為任何物體完成數(shù)字化，構(gòu)建出一個猶如相片般細膩的3D模型，甚至制造出更優(yōu)化的實物。精度飆升，分析速度飛快，還可進行必要的改動，這使三維掃描成為逆向工程不可或缺的得力工具。逆向工程軟件配上工業(yè)級三維掃描儀，將賦予產(chǎn)品設計師和制造商無窮力量。