Thiết kế ngược trong công nghệ scan 3D là một phương pháp mạnh mẽ và hiệu quả để tạo ra mô hình số hoặc bản vẽ kỹ thuật của một sản phẩm từ một mô hình hoặc một sản phẩm thực tế. Đây là một quy trình quan trọng trong việc phát triển sản phẩm, từ việc tạo ra một mô hình nguyên mẫu đến việc nghiên cứu và phát triển sản phẩm.
Thiết kế ngược là quy trình thiết kế lại mẫu- mô hình vật lý cho trước thông qua số hóa bề mặt mẫu bằng thiết bị đo tọa độ, và xây dựng mô hình thiết kế từ dữ liệu số hóa. Thiết kế ngược không phải là một khái niệm mới. Nó đã tồn tại từ thập kỷ trước và được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như y tế, công nghiệp hàng không, và sản xuất ô tô. Trước khi công nghệ scan 3D trở nên phổ biến, các kỹ sư thường phải sử dụng các phương pháp thủ công để tạo ra mô hình số.
Ưu điểm của phương pháp thiết kế ngược là cho phép thiết kế nhanh và chính xác mẫu thiết kế có độ phức tạp hình học cao, hoặc mẫu dạng bề mặt tự do (không xác định được quy luật tạo hình). Phương pháp thiết kế ngược cũng có ưu điểm đối với mẫu thiết kế dạng bề mặt có quy luật tạo hình nhưng không xác định được thông số thiết kế. Chẳng hạn các mẫu bề mặt xoắn như cánh tuabin, bề mặt thủy động học, khí động học.
Vậy thiết kế ngược được khái niệm là quá trình nhân bản một vật thể, một bộ phận hoặc một sản phẩm hoàn chỉnh có sẵn mà không có sự trợ giúp của bản vẽ, tài liệu hay mô hình máy tính.
Về bản chất thiết kế ngược là quá trình sao chép một sản phẩm đã được sản xuất (nhờ khả năng sao chép hình ảnh của một vật thể thành dữ liệu CAD 3D), thiết kế ngược liên quan đến việc quét hình (scanning), số hóa (digitizing) vật thể thành dạng điểm, đường và bề mặt 3D.
Các nhà thiết kế và chế tạo thường đánh giá sản phẩm của mình và đối thủ cạnh tranh trước khi đưa ra một ý tưởng mới. Ngày nay quá trình đó được hệ thống hóa thành một kỹ thuật riêng gọi là kỹ thuật thiết kế ngược.
Đó là sự đánh giá có hệ thống một sản phẩm nhằm mục đích tái tạo lại hoàn chỉnh hoặc có bổ sung thêm những cải tiến phát triển. Như vậy có thể thấy kỹ thuật thiết kế ngược là quá trình tạo mô hình thiết kế từ sản phẩm có sẵn, nhằm thực hiện các phép phân tích kỹ thuật hoặc tái tạo lại sản phẩm dưới dạng nguyên gốc hay biến thể.
Quá trình này trái ngược với quá trình truyền thống bấy lâu nay kiểu “thiết kế thuận” (Forward Engineering) – đi từ ý tưởng đến sản phẩm (thiết kế ngược thì đi từ việc phân tích một bộ phận trongtrình thuận – ngược này được tổng hợp theo lộ trình như sau:
Thiết kế thuận: nhu cầu – ý tưởng thiết kế – tạo mẫu thử và kiểm tra – sản phẩm.
Thiết kế ngược: sản phẩm – đo và kiểm tra – tái thiết kế – tạo mẫu thử và kiểm tra – sản phẩm.
Kỹ thuật thiết kế ngược theo hướng tự động hóa thường được chia làm 3 giai đoạn là: lấy mẫu (số hóa bề mặt) bằng thiết bị đo quét tọa độ; xử lý dữ liệu và xây dựng mô hình thiết kế trên phần mềm CAD;
Giai đoạn lấy mẫu là giai đoạn số hóa bề mặt mẫu bằng các loại thiết bị đo quét tọa độ. Các loại thiết bị đo quét tọa độ được lựa chọn tùy theo hình dạng của chi tiết, yêu cầu độ chính xác, vật liệu chi tiết, kích thước chi tiết… Hai loại thiết bị đo quéttọa độ phổ biến nhất hiện nay là thiết bị đo không tiếp xúc và thiết bị đo tiếp xúc. Điển hình của 2 loại máy này là máy quét laser và máy đo tọa độ (Coordinate Measuring Machine – CMM). Trong giai đoạn này thiết bị đo tọa độ sẽ thu nhận dữ liệu hình học của đối tượng ở dạng tọa độ của các điểm (x,y, z), sau đó sẽ tập hợp các điểm trên bề mặt đối tượng được mô tả như “đám mây điểm”.
Tiếp theo là giai đoạn xử lý dữ liệu và xây dựng mô hình, giai đoạn này sử dụng 2 phần mềm là phần mềm tạo lưới (có khả năng tự động phủ lưới qua tất cả các điểm dữ liệu) và phần mềm mô hình hóa 3D (có khả năng mô hình hóa các đường cong, mặt cong NURBS, xây dựng mô hình thiết kế CAD từ mô hình lưới điểm thông qua sự tương tác của người sử dụng với giao diện của phần mềm).
Sau cùng là giai đoạn ứng dụng, mô hình thiết kế có thể được tinh chỉnh, tối ưu bằng các phương pháp phân tích CAE, hay chuyển sang công đoạn thiết kế khuôn cho sản phẩm và cuối cùng là xuất dữ liệu thiết kế dưới dạng bản vẽ kỹ thuật. Có thể sử dụng trực tiếp dữ liệu thiết kế cho công đoạn sản xuất bằng cách chuyển mô hình CAD sang phần mềm CAM để lập trình gia công CNC, hay chuyển sang dữ liệu STL cho quá trình tạo mẫu nhanh. Ngoài việc phục vụ thiết kế chế tạo, quy trình thiết kế ngược còn được sử dụng để kiểm tra, đánh giá độ chính xác giữa sản phẩm gia công so với nguyên mẫu.
Các lĩnh vực ứng dụng chính của thiết kế ngược:
– Thiết kế ngược, kiểm tra kích thước trong chế tạo khuôn mẫu ( khuôn nhựa , khuôn đúc kim loại , khuôn dập …)
– Tạo dữ liệu mô hình CAD đầu vào để gia công CNC
– Thiết kế, sản xuất hàng tiêu dùng (đồ gia dụng)
– Công nghiệp ô tô , hàng không , y tế và giáo dục , …
– Sao chép, phục hồi ,sản xuất phụ tùng đơn chiếc không còn sản xuất hoặc bị mất thiết kế
– Nghiên cứu và phát triển sản phẩm mới
– Giám định ôtô, đo kiểm (QA, QC) bề mặt sản phẩm
– Y khoa, phẫu thuật, nghiên cứu nha khoa – phẫu thuật chỉnh hình, nha khoa phục hình, răng – hàm – mặt, khôi phục ngực…
– Thiết kế công nghiệp – sử dụng cho tạo mẫu nhanh, thiết kế ngược, CAD/CAM, mô hình hoá dữ liệu 3D
– Nghiên cứu – phân tích các lĩnh vực dữ liệu 3D như mặt người, người máy, FEA và phân tích dòng chảy khuôn
– Phát triển phần mềm trò chơi 3D – nhanh chóng và dễ dàng quét và mô hình hoá các đặc điểm, đặc tính số hoá
– Hoạt hình và thực tại ảo – tạo các đặc tính 3D và các môi trường cho TV và phim ảnh
– Giáo dục – đào tạo, trình chiếu, và mô hình hoá thiết kế
– Kiến trúc – thiết kế công việc với các mức mẫu thử nghiệm
– Phục hồi khảo cổ học – bất cứ nơi nào trên thế giới
– Thời trang và dệt may – thiết kế cho vừa các kích cỡ quần áo và xác định các kích thước, kích cỡ chuẩn
– Bảo tàng – lưu trữ các dữ liệu 3D, lưu cataloge, và tập hợp các dữ liệu danh mục cho bảo tàng
Chính nhờ ưu điểm của phương pháp thiết kế ngược là cho phép thiết kế nhanh và chính xác mẫu thiết kế có độ phức tạp hình học cao, hoặc mẫu dạng bề mặt tự do (không xác định được quy luật tạo hình) mà nó được ứng dụng cao trong nghiên cứu và phát triển sản phẩm (R&D). Đặc biệt trong các lĩnh vực có vòng đời sản phẩm ngắn như hàng tiêu dùng , ô tô , xe máy , bao bì nhựa. Phù hợp với các doanh nghiệp nhỏ : ” Sử dụng lợi thế của công nghệ để bắt kịp các doanh nghiệp lớn khác”.
Thiết kế ngược trong công nghệ scan 3D là một công cụ mạnh mẽ và hiệu quả trong việc phát triển sản phẩm. Bằng cách sử dụng công nghệ scan 3D và các công cụ và phần mềm phù hợp, các kỹ sư có thể tạo ra các sản phẩm chất lượng cao một cách nhanh chóng và hiệu quả.
Chi tiết liên hệ:
Website: https://3dmaster.com.vn
Hotline - Zalo - LINE - Telegram - WhatsApp - Viber - Kakaotalk: +84 982 089 198 | 0986333960
Email: cuong3dmaster@gmail.com | hung3dmaster@gmail.com | tech3dmaster@gmail.com
