張家驊 陳志祥 徐連強 任建清

(無錫工藝職業(yè)技術學院 江蘇宜興 214206)

基于逆向工程的紫砂茶壺模具的制作方法＊

張家驊 陳志祥 徐連強 任建清

(無錫工藝職業(yè)技術學院 江蘇宜興 214206)

目前紫砂茶壺模具制作仍然采用的是傳統(tǒng)手工方法。該方法工人工作量大,效率低。逆向工程技術在很多領域已得到應用。將逆向工程技術應用到紫砂茶壺的模具制作中,為模具制作提供了一條先進、快速的制作方法。該方法也可為其它陶瓷藝術品模具制作所參考。

逆向工程 紫砂茶壺 模具 制作方法

宜興紫砂陶始于北宋,盛于明清,繁榮于當今。傳統(tǒng)紫砂陶手工制作技藝在2006年入選首批國家非物質(zhì)文化遺產(chǎn)名錄。宜興紫砂又以壺類為代表,以其獨特的實用性和藝術魅力而聞名于世。

紫砂壺的制作目前主要分為:手工成形,半手工成形和注漿成形。除了手工成形,另外兩種制壺方式均需要用到模具,特別是石膏模具。傳統(tǒng)的制作石膏模具的方法是通過手工放尺、車制等一系列過程。但該方法效率較低,工人工作量大。利用計算機CAD/ CAM技術,可以快速地加工出模具。但這種方法要求設計陶瓷產(chǎn)品的設計人員具有較高的三維建模水平,而且設計者和加工者必須是同一人。但目前的情況是,宜興大量的茶壺設計者仍然是通過畫草圖,做樣壺。然后,設計者將樣壺托付給專門加工地方制作模具。如何能夠在模具制作中采用先進的CAD/CAM技術,關鍵在于如何能將不懂或不擅長計算機操作的茶壺設計者設計出的樣壺轉(zhuǎn)換為數(shù)字模型。

1 逆向工程技術

逆向工程技術也稱為反向工程或反求工程,它是將實物轉(zhuǎn)換為CAD模型的相關數(shù)字化技術、幾何模型重建技術及產(chǎn)品制造技術的總稱。該技術在飛機工業(yè)、汽車工業(yè)、醫(yī)學領域中得到廣泛應用。近年來,在文物保護和陶瓷產(chǎn)品設計中也得到應用。

筆者利用逆向工程技術,得到紫砂茶壺的數(shù)字化模型(CAD模型)。然后通過該數(shù)字化模型,利用三維CAD軟件,制作出可供后續(xù)數(shù)控加工的模具模型。整個模具制作過程如圖1所示。

圖1 模具制作過程

2 樣壺模型CAD過程

2.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集是指采用某種測量方法和設備測出實物各表面的若干組點的幾何坐標。在表面數(shù)字化技術中,根據(jù)測量方式的不同可以將數(shù)據(jù)采集方法分為接觸式和非接觸式兩大類。接觸式數(shù)據(jù)采集精度高,但容易損傷側(cè)頭和劃傷被測零件的表面。本文數(shù)據(jù)采集采用了柯尼卡美能達非接觸三維掃描儀(V IV ID 9i)。圖2是樣壺實體。在數(shù)據(jù)測量中,根據(jù)物體的幾何形狀復雜程度,進行相應的操作。由于壺蓋的特征小而復雜,需要使用廣角鏡頭。壺柄和壺嘴的某些區(qū)域可能一次難以掃描,利用參考點重合,不斷調(diào)整壺體擺放位置,獲得完整的點云數(shù)據(jù)。圖3是經(jīng)過掃描儀數(shù)據(jù)采集后的點云模型。

圖2 樣壺實體

圖3 樣壺點云模型

2.2 數(shù)據(jù)處理及曲面重構(gòu)

數(shù)據(jù)處理的目的是為了獲得正確的數(shù)據(jù)信息,生成相應的數(shù)據(jù)文件。這個過程通過逆向工程軟件完成。本文采用geomagic6.0軟件,對獲得數(shù)據(jù)進行處理。在geomagic軟件中,整個數(shù)據(jù)處理過程為:點云階段,多邊形階段,曲面階段。

1)點云階段。在點云階段,可以使用簡化工具,簡化點云數(shù)據(jù),而不影響幾何形狀,調(diào)整雜點。主要通過刪除體外孤點,刪除非連接項,減少噪音,統(tǒng)一采樣等命令,對無關點,噪聲點和點云數(shù)量進行優(yōu)化。這個過程與掃描設備,掃描質(zhì)量和操作過程密切相關。如果掃描質(zhì)量好,操作準確,所需修改并不大。

2)多邊形階段。點云階段結(jié)束后,通過包覆(w rap)命令將點云文件轉(zhuǎn)換成多變形資料,并保存成STL文件格式。生成的多邊形模型,由于掃描和包覆過程中會產(chǎn)生缺陷,這些缺陷需要修復。在掃描時用于定位的參考點,也需要刪除。上述問題,都要在該階段進行處理。利用填充孔,去除特征等命令完成對多邊形模型的修復與檢測。圖4是修復完成后的多邊形模型。

圖4 修補后的多邊形模型

3)曲面階段。完成多邊形階段后,可以將模型轉(zhuǎn)換為NURBS曲面,從而獲得CAD模型。

該過程可以通過自動獲得曲面完成。將該模型保存為IGS格式,可以供其他CAD軟件進行操作。圖5是導入UG軟件后壺身的CAD模型。

圖5 壺身CAD模型

圖6 壺身模具型腔

圖7 UG數(shù)控加工模擬

3 模具制作

由于陶瓷燒成之后有收縮,根據(jù)其燒成收縮率,對產(chǎn)品進行放尺。在geomagic軟件中通過放大命令對產(chǎn)品進行放大。

然后將放大后的模型導入UG。由于導入的CAD模型都是一個個獨立的面片,通過縫合命令將其組合成一個整體。通過布爾運算,曲面修剪命令,可以得到模具型腔。圖6為最終獲得的模具型腔。利用UG/CAM加工,即可加工出所需的模具。圖7為精加工模擬后的結(jié)果,最后保存G代碼。

4 結(jié)語

筆者利用非接觸式掃描儀、逆向工程軟件及三維CAD軟件對一款紫砂茶壺模具進行了制作。將現(xiàn)代化的制作手段融入傳統(tǒng)工藝制作中,為紫砂壺產(chǎn)品的開發(fā)、制作提供了一條先進、快速、簡捷的方法。該方法也為其它陶瓷藝術品模具制作提供了參考。

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6 申屠國洪.紫砂注漿成形工藝之點滴.江蘇陶瓷,2007, 40(1):45～46

7 陳志祥.基于CAXA系列CAD/CAM軟件的陶瓷產(chǎn)品設計及模具加工技術.江蘇陶瓷,2004(9):16～19

8 王海南,邱望標,黃克.貴州少數(shù)民族文化遺產(chǎn)的逆向工程應用研究.工程設計學報,2009(10):379～382

9 蓋宇春,唐先智,劉飛.陶瓷產(chǎn)品的數(shù)字化逆向設計研究及應用.現(xiàn)代制造工程,2006(5):70～72

Manufacturing Method of Purple-clay Teapot Mold Based on Reversing Engineering

Zhang Jiahua,Chen Zhixiang,Xu Lianqiang,Ren Jianqing(Wuxi Insitute of A rts&Tenchnolgy,Jiangsu,Yixing,214206)

Traditionalmauufacturing method of purp le-clay mold is heavy and low-efficient hunman work.Reversing engineering has been app lied in many indursty field.Using reversing engineering into mold manufacturing p rocess is a advanced and efficientmethod.Thismethod is also can be used in other ceramicsmold.

Reversing engineering;Purp le-clay teapot;Mold;Manufacturing method

TQ174.73

:B

:1002-2872(2010)12-0032-03

張家驊(1982-),碩士,講師;研究方向為機電教研。E-mail:zhaojun-xie@126.com