Kỹ thuật ngược và 8 công cụ tuyệt vời năm 2020

Công cụ kỹ thuật ngược hỗ trợ đáng kể giúp cho quá trình thiết kế ngược phức tạp trở nên đơn giản. Cùng kiểm tra các lựa chọn và đánh giá của chúng tôi về các công cụ tốt nhất có thể hỗ trợ bạn trong suốt quá trình thực hiện kỹ thuật đảo ngược.

Kỹ thuật ngược hay Kỹ thuật đảo ngược chính xác là gì?

Hiệp hội Kỹ sư Sản xuất (SME) định nghĩa kỹ thuật đảo ngược là quá trình tái tạo lại dữ liệu thiết kế của sản phẩm theo định dạng mà đảm bảo có thể sản xuất được. Đây là một phương pháp giải mã được sử dụng bởi nhiều lĩnh vực công nghiệp, bao gồm cả quân đội và các cơ quan vũ trụ quốc gia như NASA. Mục đích cuối cùng của quá trình này thường là tìm hiểu cách một bộ phận cụ thể được thiết kế và sản xuất.

Kỹ thuật ngược ngày càng được chú ý hơn với sự phổ biến ngày càng tăng của các công nghệ in 3D. Được hiểu việc nhân bản một đối tượng hoặc tạo mẫu từ dữ liệu thiết kế có sẵn đã quá dễ dàng thông qua máy in 3D so với các quy trình sản xuất khác.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ tham khảo từng bước của một quy trình thiết kế ngược. Trên cơ sở đó ta tìm hiểu các yêu cầu phần mềm là công cụ của quá trình thực hiện. Bên cạnh các công cụ kỹ thuật ngược chuyên nghiệp có chi phí đầu tư cao. Bài viết cung cấp thông tin các công cụ cơ bản điển hình trong phạm vi nhu cầu chức năng.

Quy trình Tổng Quan

Tuỳ theo từng lĩnh vực sản xuất cụ thể mà quy trình thiết kế ngược tuân theo một tiêu chuẩn nhất định. Nhìn chung, quá trình này sẽ như sau:

1. Thu thập dữ liệu 3d:

Có nhiều cách khác nhau để thu thập dữ liệu 3d. Phương pháp phổ biến nhất hiện nay đó là quét 3D – chúng tôi sẽ trình bày chi tiết tiếp theo. Tuy nhiên, tùy thuộc vào hình dạng sản phẩm, nó cũng có thể được thực hiện bởi thiết bị đo lường 3d (Metrology), hoặc các máy quét 3d cơ bản.

2. Post-processing

Đám mây điểm (points cloud) thu được từ máy quét 3D được xử lý và chuyển đổi thành mô hình kỹ thuật số dạng lưới (mesh). Sau khi quét 3d xong, mô hình 3d ở giai đoạn này thường yêu cầu một số thao tác thủ công để chỉnh sửa và tinh chỉnh một số vùng nhất định mà chưa thu được đầy đủ trong quá trình quét.

3. Sự chuyển đổi dữ liệu:

Các thao tác chính xác thực hiện ở giai đoạn này cần tuân theo theo yêu cầu kỹ thuật của dự án. Nếu mục tiêu chỉ là nhân bản bằng máy in 3d, thì phương án xử lý dữ liệu Mesh là sẵn sàng để sản xuất. Nếu cần chế tạo khuôn mẫu, mô hình kỹ thuật số cần được chuyển đổi sang định dạng CAD thân thiện cho quy trình thiết kế khuôn và lập trình gia công CNC.

Sau đây là phần trình bày chi tiết các bước của quy trình kỹ thuật ngược song song với các tùy chọn công cụ phổ biến cho từng bước.

Bước 1: Thu thập dữ liệu 3d

Khi đề cập đến công việc là thu thập dữ liệu 3d từ các sản phẩm đối tượng, chỉ có máy quét 3D là không thể. Về cơ bản, máy quét 3D chuyển đổi các đối tượng vật lý thành các mô hình tính toán. Cho phép số hóa 3d các mô hình phức tạp có hình dạng hữu cơ rất nhanh chóng và chính xác, bao gồm cả kết cấu và màu sắc.

Có nhiều loại công nghệ quét 3D khác nhau sử dụng các phương pháp khác nhau để chụp / quét được đám mây điểm (point clouds). Máy scan 3d có nhiều loại, khác nhau về thể tích làm việc, độ phân giải, độ chính xác. Từ các thiết bị cầm tay đến các hệ thống cố định chuyên nghiệp và cũng có sẵn các source mã nguồn mở cho phép người dùng tự lắp ráp. Mỗi công nghệ đều có ưu và nhược điểm và nên được lựa chọn tùy theo kích thước sản phẩm cần scan 3d và chủng loại đối tượng được quét.

Để biết thêm thông tin, bạn có thể kiểm tra bảng tổng hợp các máy quét 3D tốt nhất của chúng tôi tại đây: link 1, link 2

Ngày nay, hầu hết các máy quét 3d thường phải được giao hàng cùng với phần mềm quét 3d đi kèm để có thể làm việc được. Một số trường hợp một hệ thống bao gồm máy tính độc quyền của nó. Nhưng như đã nói, thị trường có nhiều công cụ phần mềm quét 3d đa nền tảng và chúng tôi sẽ tập trung vào các công cụ này.

8 CÔNG CỤ KỸ THUẬT ĐẢO NGƯỢC

Flexscan3d

FlexScan3D cung cấp khả năng thu thập dữ liệu quét nhanh của máy quét HDI và khả năng xử lý hậu kỳ. Bao gồm làm sạch dữ liệu quét, căn chỉnh và hợp nhất từng ảnh quét 3D.

Công nghệ quét 3d: structured light
Platform: Windows
Giá: miễn phí đi kèm máy quét của HDI

8 CÔNG CỤ KỸ THUẬT ĐẢO NGƯỢC

Einscan

Phần mềm EinScan cho phép bạn quét 3d một cách đơn giản. Nó dễ sử dụng và đảm bảo kết quả quét chất lượng cao. Giao diện phần mềm được tối ưu UI/UX. Các chức năng điển hình: ghép lưới tự động, xử lý tối ưu mesh, tinh chỉnh gốc toạ độ XYZ, hỗ trợ quét 3d đa màu cực nét,

Công nghệ quét 3d: laser và structured light
Platform: Windows, Mac (beta)
Giá: bản quyền miễn phí đi kèm máy quét của Shining3D

8 CÔNG CỤ KỸ THUẬT ĐẢO NGƯỢC

GOMscan

Phần mềm GOMscan thực sự là bộ não đằng sau khả năng thu thập dữ liệu quét nhanh của máy quét 3d Atos. Bao gồm các chức năng cần có của một phần mềm thu nhận dữ liệu quét 3d: ghép lưới, tối ưu Mesh, tinh chỉnh gốc toạ độ XYZ. Tuy nhiên GOMscan chưa hỗ trợ quét 3d đa màu sắc.

Công nghệ quét 3d: structured light
Platform: Windows,
Giá: bản quyền dongle được cấp theo số serial của máy quét Atos

Bước 2: Post-Processing

Sau khi thu được đám mây điểm thông qua quét 3D, tiếp theo chúng ta cần xử lý dữ liệu lưới điểm. Tùy thuộc vào việc thu thập dữ liệu diễn ra tốt như thế nào hoặc độ chính xác của máy quét của bạn. Mô hình 3d có thể yêu cầu chỉnh sửa, dọn dẹp, tinh chỉnh hoặc thậm chí một số chỉnh sửa bề mặt là cần thiết. Mặc dù phần mềm quét 3d đi kèm theo máy có thể xử lý bước này một cách cơ bản nhất. Nhưng chúng tôi có thêm một số lựa chọn phần mềm sử dụng chung, đồng thời cung cấp một số tính năng chuyên nghiệp bổ sung.

Các phần mềm post-processing độc lập đặc biệt mang nhiều lợi ích cho các doanh nghiệp có tần suất sử dụng máy quét 3d lớn. Khi ấy, họ thường phải chia thành hai nhóm hoặc ít nhất hai người. Một phụ trách quét 3d và một phụ trách post-processing.

Các mô hình sau khi số hóa 3d thường có định dạng lưới tam giác. Định dạng thường được sử dụng trong in 3D – STL, là một ví dụ về lưới tam giác. Nếu bạn đã từng sử dụng tập lưới tam giác này trong chương trình CAD, bạn đã biết nó không hề đơn giản. Hậu xử lý dữ liệu của số hoá 3d không mấy khó khăn bởi công cụ post-processing. Và sẽ giúp các bước chuyển đổi tiếp theo diễn ra suôn sẻ hơn.

8 CÔNG CỤ KỸ THUẬT ĐẢO NGƯỢC

Geomagic Wrap

Geomagic Wrap® cung cấp một công cụ chuyên nghiệp và tốc độ để xử lý các đám mây điểm (point clouds) đến các mô hình đa giác (mesh) và bề mặt 3D (surfaces). Bạn có thể sử dụng ngay lập tức tiếp tục sử dụng cho các bước công nghệ tiếp theo. Như kỹ thuật sản xuất, mỹ thuật, thiết kế công nghiệp, v.v.

Bên cạnh sở hữu đầy đủ tính năng mesh editing. Các tính năng đặc trưng và chuyên nghiệp của Geomagic Wrap: Point clouds procesing tools, Mesh doctor, HD Mesh contruction, Scripting tools, Texture mapping tools,

Platform: Windows,
Giá: < $15,000 USD

8 CÔNG CỤ KỸ THUẬT ĐẢO NGƯỢC

Geomagic Essentials

Geomagic® Essentials™ là phiên bản thu gọn đơn giản của giải pháp post-processing. Phần mềm cung cấp các công cụ xử lý hậu kỳ point clouds / mesh editing cơ bản và cần thiết như: fill holes, mesh decimation, removing fixtures mesh, lật mặt lưới tam giác,

Platform: Windows,
Giá: < $5,000 USD

Bước 3: Chuyển đổi MESH to CAD

Với đối tượng đã được số hóa 3d đầy đủ và chính xác, đã đến lúc chúng ta phải làm bẩn “bàn tay ảo” của mình. Việc chuyển đổi từ đối tượng định dạng lưới (mesh) sang định dạng CAD (solid 3d), mặc dù đã được tạo điều kiện thuận lợi từ bước 2, nhưng đây sẽ là một công việc thủ công đòi hỏi kinh nghiệm. Trong khi một số phần mềm CAD cung cấp tính năng xây dựng mô hình 3d tự động cho các hình học đơn giản; Tác vụ thiết kế ngược yêu cầu truy tìm các tiết diện và bề mặt để tái tạo nhân bản đối tượng một cách thủ công chính xác.

8 CÔNG CỤ KỸ THUẬT ĐẢO NGƯỢC

Mesh2Surface

Công cụ hoàn hảo cho người dùng Rhino để đơn giản hóa kỹ thuật đảo ngược. Mesh2surface được trang bị các công cụ để trích xuất các biên dạng hình học 3d từ dữ liệu quét 3D của bạn. Phần mềm có thể chuyển đổi hầu hết các đối tượng được quét của bạn thành các mô hình CAD chuyên nghiệp. Trích xuất các đặc điểm hình học với các thuật toán phù hợp nhất, vẽ sketch 3d trực tiếp trên lưới tham chiếu. Đặc biệt công cụ snap to mesh cho phép xây dựng bề mặt surface bám lưới và tinh chỉnh theo thời gian thực (live).

Platform: Windows (có sẵn phần mềm Rhinoceros)
Giá: < $2,000 USD

8 CÔNG CỤ KỸ THUẬT ĐẢO NGƯỢC

Geomagic Design X (tất cả trong 1)

Bây giờ chúng ta đã hiểu những công cụ cần thiết đối với kỹ thuật đảo ngược. Nếu đề cập đến một giải pháp trọn gói bao gồm gần như toàn bộ quy trình. Thì đó chính là Geomagic Design X, nó được phát triển bởi thương hiệu 3D Systems của Mỹ.

Geomagic Design được cung cấp trên thị trường như một nền tảng thiết kế ngược chuyên nghiệp. Nó hỗ trợ kết nối với hầu hết các máy quét 3D với chức năng Live-Scan thu nhận dữ liệu quét 3d trực tiếp trên phần mềm. Quá trình xử lý hậu kỳ cũng được thực hiện hoàn toàn trong cùng một môi trường, với các công cụ được tạo ra cho mục đích này.

Khả năng mạnh mẽ của Geomagic Design X nằm ở việc chuyển đổi dữ liệu Mesh thành định dạng CAD solid 3d. Nó sử dụng kết hợp lệnh tự động và các lệnh có hướng dẫn để đơn giản hóa quy trình và tốc độ nhanh nhất có thể. Geomagic DX bao gồm nhiều lệnh của phần mềm CAD truyền thống, giúp rút ngắn quy trình làm việc của bạn đáng kể.

8 CÔNG CỤ KỸ THUẬT ĐẢO NGƯỢC

Geomagic for SolidWorks

Geomagic® for SOLIDWORKS là modul thiết kế ngược chạy trong môi trường SolidWorks. Bằng giải pháp này, bạn kết hợp các lệnh CAD mạnh mẽ mà SolidWorks sẵn có; Với một danh sách các công cụ thiết kế ngược cần thiết, cho phép thiết kế của bạn bám theo bề mặt mesh từ đó tái tạo thành phần CAD chính xác.

Bạn có thể import dữ liệu scan 3d hoặc tổ chức live-scan trực tiếp trong SolidWorks. Sử dụng tính năng “extraction wizards” để trích xuất các CAD sketch, bề mặt surface và khối solid. Đây xác định là công cụ chuyển đổi kỹ thuật ngược kính tế và hiệu quả nhất.

Platform: Windows (có sẵn phần mềm SolidWorks)
Giá: < $10,000 USD

3D Smart Solutions