Đồ án - ebook: Công nghệ SCAN 3D, Thiết kế ngược, in 3D nhanh


ĐỀ TÀI
Nghiên cứu công nghệ thiết kế
ngược và ứng dụng vào quá trình
tạo mẫu nhanh
Giáo viên hướng dẫn :
Sinh viên thực hiện : Trần Ngọc Tú
máy in 3D: https://in3DPlus.com

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
Trần Ngọc Tú Lớp:Tự Động Hóa Thiết Kế Cơ Khí – K461
MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC............................................................................................................. 1
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................... 3
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG ĐỒ ÁN.................................................. 4
LỜI NÓI ĐẦU ...................................................................................................... 8
PHẦN I: CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC (REVERSE ENGINEERING) VÀ
ỨNG DỤNG THIẾT KẾ LẠI MỘT SỐ CHI TIẾT TRONG LĨNH VỰC CƠ
KHÍ........................................................................................................................ 9
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC............... 9
1.1. Giới thiệu về công nghệ thiết kế ngược...................................................... 9
1.1.1. Khái niệm ............................................................................................. 9
1.1.2. Ưu nhược điểm của công nghệ thiết kế ngược .................................. 13
2.1. Qui trình công nghệ thiết kế ngược .......................................................... 13
3.1. Qui trình mô hình hóa mẫu sản phẩm đã có sẵn theo công nghệ thiết kế
ngược ............................................................................................................... 15
3.1.1. Giai đoạn số hóa sản phẩm................................................................. 15
3.1.2. Giai đoạn sử lý số liệu dữ hóa............................................................ 16
3.1.3. Thiết kế lại trên cơ sở dữ liệu số hóa ................................................. 16
3.1.4. Tạo mẫu, gia công chi tiết .................................................................. 16
4.1. Phương pháp và thiết bị số hóa trong công nghệ thiết kế ngược. ............ 17
4.1.1. Phương pháp đo tiếp xúc.................................................................... 17
4.1.2. Phương pháp đo không tiếp xúc......................................................... 19
5.1. Các ứng dụng của công nghệ thiết kế ngược............................................ 20
CHƯƠNG II : ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC THIẾT KẾ
LẠI VỎ MÁY KHOAN PHÁ............................................................................. 24
2.1. Lựa chọn chi tiết và thiết bị ...................................................................... 24
2.2. Số hóa sản phẩm bằng máy quét 3D ATOS I.......................................... 25
2.2.1. Thiết bị số hóa ATOS I ...................................................................... 25
2.2.2. Sử dụng phần mềm ATOS -V6.2.0.3................................................. 27
3.2. Ứng dụng phần mềm Rapid Form XO Redesign (XOR) thiết kế lại mô
hình CAD trên cơ sở dữ liệu số hóa ................................................................ 31
3.2.1. Giới thiệu về phần mềm XOR............................................................ 31
3.2.2. Các chế độ làm việc của Rapid form XOR........................................ 33
3.2.3. Quá trình sử dụng phần mềm XOR trong xử lý dữ liệu scan, xây dựng
mô hình CAD cho chi tiết mẫu quét............................................................. 34
3.2.3.1. Xử lý lưới dữ liệu (Mesh Editing)................................................... 34
3.2.3.2. Phân mảng vùng dữ liệu (Region Group) ....................................... 36
3.2.3.3. Xây dựng hoàn chỉnh mô hình CAD............................................... 37
3.2.3.4. Xuất file CAD cho các phần mềm CAD CAM khác...................... 57
4.2. Đánh giá sai số thiết kế............................................................................. 58
4.2.1. Các phương pháp đánh giá sai số thiết kế.......................................... 58
4.2.2. Đánh giá sai số giữa mô hình CAD đã thiết kế với dữ liệu số hóa.... 60
5.2. Một vài mô hình CAD được thiết kế lại từ dữ liệu số hóa....................... 63

PHẦN II : CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH................................................. 64
CHƯƠNG III : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH.......... 64
3.1. Giới thiệu kỹ thuật tạo mẫu nhanh ........................................................... 64
3.2. Các bước công nghệ trong tạo mẫu nhanh ............................................... 65
3.2.1. Mô hình hoá CAD.............................................................................. 65
3.2.2. Xuất sang dạng file.STL..................................................................... 65
3.2.3. Tạo các chân đỡ sản phẩm ................................................................. 65
3.2.4. Cắt lát ................................................................................................. 66
3.2.5. Chế tạo................................................................................................ 66
3.2.6. Loại bỏ vật liệu thừa, hoàn thiện và làm sạch vật thể chế tạo ........... 66
3.2.7. Xử lý sau chế tạo................................................................................ 67
3.2.8. Hoàn thiện chi tiết .............................................................................. 67
3.3. Các công nghệ tạo mẫu nhanh.................................................................. 67
3.3.1. Các công nghệ tạo mẫu nhanh sử dụng vật liệu ở dạng lỏng............. 67
3.3.2. Các công nghệ tạo mẫu nhanh sử dụng vật liệu ở dạng bột............... 68
3.3.3. Các công nghệ tạo mẫu nhanh sử dụng vật liệu ở dạng tấm.............. 68
4.3. Dữ liệu đầu vào trong công nghệ tạo mẫu nhanh..................................... 68
5.3. Ứng dụng của công nghệ tạo mẫu nhanh ................................................. 69
5.3.1. Đúc khuôn vỏ mỏng ........................................................................... 69
5.3.2. Chế tạo dụng cụ.................................................................................. 69
5.3.3. Tạo mẫu nhanh trong chế tạo sản xuất............................................... 69
5.3.4. Ứng dụng tạo mẫu nhanh trong y học................................................ 69
CHƯƠNG IV: MỘT SỐ CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH ĐIỂN HÌNH... 71
4.1. Công nghệ tạo mẫu nhanh SLA................................................................ 71
4.2. Công nghệ tạo mẫu nhanh SLS ................................................................ 73
4.3. Công nghệ tạo mẫu nhanh LOM .............................................................. 76
4.4. Công nghệ tạo mẫu nhanh SGC .............................................................. 78
4.5. Tạo mẫu nhanh bằng công nghệ in 3 chiều .............................................. 80
CHƯƠNG V: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH ĐỂ CHẾ TẠO
MỘT SỐ SẢN PHẨM TRÊN MÁY TẠO MẪU SPECTRUM Z510............... 83
5.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật của máy................................................................... 83
5.1.1. Thông số kỹ thuật của máy Z510....................................................... 83
5.1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy Spectrum Z510 ................ 83
5.2. Tạo mẫu một số sản phẩm ........................................................................ 86
5.3. Một vài sản phẩm được in trên máy Spectrun Z510 ( Z – Zcorp )........... 90
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................. 91
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................... 93

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
- RE (Reverse Engineering) : Công nghệ thiết kế ngược hay công nghệ
đảo chiều, công nghệ chép mẫu.
- CAD (Compurter Aided Design) : Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính
(CAD còn được định nghĩa là Compurter Aided Drawing – Công cụ trợ giúp vẽ
trên máy vi tính).
- CAM (Compurter Aided Manufacturing): Lĩnh vực sử dụng máy tính
để tạo chương trình điều khiển hệ thống sản xuất, kể cả trực tiếp điều khiển các
thiết bị, hệ thống đảm bảo vật tư, kỹ thuật .
- CAE (Computer Aided Engineering): Tính toán kỹ thuật với sự trợ giúp
của máy tính. CAD và CAE thường gắn liền với nhau vì thiết kế sản phẩm gắn
liền với thử nghiệm, mô phỏng hoạt động của sản phẩm.
- CAPP (Computer Aided Process Planning): Lĩnh vực sử dụng máy tính
trợ giúp thiết kế quá trình công nghệ chế tạo sản phẩm (thường được gọi là
chuẩn bị công nghệ).
- RP (Rapid Propotyping): Bao gồm các phương pháp gia công tạo mẫu
nhanh .
- CNC (Computerized Numerical Control): Máy gia công điều khiển số
có sự trợ giúp của máy tính trong việc vận hành và lập trình gia công.

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG ĐỒ ÁN
STT Tên hình vẽ Trang
Hình 1.1 Qui trình lấy mẫu áp dụng công nghệ thiết kế ngược 11
Hình 1.2 Quy trình thiết kế thuận và Quy trình thiết kế ngược 14
Hình 1.3 Mô hình hóa chi tiết mặt người 16
Hình 1.4 Phay mặt người trên máy CNC 16
Hình 1.5 Máy đo và đầu đo dùng trong phương pháp đo tiếp xúc 18
Hình 1.6 Mô hình máy quét ánh sáng trắng 19
Hình 1.7 Công nghệ RE dựng mô hình CAD cho các tác phẩm
nghệ thuật
20
Hình 1.8 Ứng dụng công nghệ tái tạo lấy mẫu hoa văn thủ công 20
Hình 1.9 Ứng dụng RE thiết kế lại sản phẩm cơ khí phức tạp 21
Hình 1.10
Ứng dụng công nghệ thiết kế ngược lấy mẫu mặt người
và động vật
22
Hình 1.11 Ứng dụng RE trong khảo cổ học 22
Hình 1.12 Ứng dụng RE tạo mảnh sọ não dùng trong y học 22
Hình 1.13 Sử dụng RE thiết kế nhân vật và môi trường trong Game 23
Hình 2.1 Mô hình chi tiết thiết kế lại. 24
Hình 2.2 Máy quét ánh sáng trắng ATOS I 25
Hình 2.3 Hình vẽ thể hiện các bướ khi quét mẫu 27
Hình2.4 Kết quả quét mặt trên của mẫu 28
Hình 2.5 Kết quả quét mặt dưới của mẫu 28
Hình 2.6 Mẫu quét hoàn chỉnh ở nhìn ở các góc độ khác nhau 30
Hình 2.7 Các chế độ làm việc của Rapid From 33
Hình 2.8 Các công cụ xử lý dữ liệu 34
Hình 2.9 Xử lý dữ liệu quét 35

Hình 2.10 Phân vùng tự động 36
Hình 2.11 Hình ảnh của chi tiết sau khi phân vùng hoàn chỉnh 36
Hình 2.12 Hình ảnh chi tiết sau chọn hệ tọa độ hoàn chỉnh 37
Hình 2.13 Tạo bề mặt Surface phane1 37
Hình 2.14 Phác thảo biên dạng khối đặc. 38
Hình 2.15 Biểu tượng của các thanh lệnh trong Mesh Sketch. 38
Hình 2.16 Biên dạng Sketch chủa khối đặc. 38
Hình 2.17 Tạo khối đặc bằng lệnh Extrude 39
Hình 2.18 Mô hình kết quả của bước 2 39
Hình 2.19 Xây dựng bề mặt Surface Sphere1 40
Hình 2.20 Một số bề mặt Surface khác 40
Hình 2.21 Xây dựng bề mặt Surface Cylinder1 41
Hình 2.22 Tạo bề mặt bằng lệnh Surface Offset 41
Hình 2.23 Mô hình tổng thể của các bề mặt được tạo 42
Hình 2.24 Bề mặt Surface trước và sau khi thực hiện lệnh Trim
Surface
42
Hình 2.25 Bề mặt của các Surface sau khi cắt 43
Hình 2.26 Mô hình khối trước và sau khi thực hiện lệnh cắt 43
Hình 2.27 Kết quả mô hình sau lệnh Cut 44
Hình 2.28 Dán bề mặt bằng lệnh Sew 44
Hình 2.29 Mặt trên của chi tiết trước và sau khi thự hiện lệnh
Boolean
44
Hình 2.30 Thao tác lệnh Hollow 44
Hình 2.31 Kết quả tạo độ dày cho các cạnh từ dừ liệu Scan 45
Hình 2.32 Các phần cần thiết kế ở bước 3 46
Hình 2.33 Mô hình kết quả của bước 4 46
Hình 2.34 Qui trình xây dựng khối trụ tròn 47
Hình 2.35 Mô hình kết quả mặt trên của chi tiết 48
Hình 2.36 Mặt dưới của chi tiết đã được số hóa 49

Hình 2.37 Mô hình cần dựng lại ở bước 5 nhìn ở các góc độ khác
nhau
50
Hình 2.38 Tạo mặt phẳng sử dụng lệnh Surface Offset và Extend. 50
Hình 2.39 Các mặt phẳng được tạo ra bằng Surface Offset 51
Hình 2.40 Kết quả của lần cắt thứ nhất 51
Hình 2.41 Kết quả của lần cắt thứ 2 51
Hình 2.42 Tạo mặt phẳng bằng Surface Extrude 52
Hình 2.43 Mặt phẳng tạo ra dùng để cắt khối 52
Hình 2.44 Kết quả của bước 5 tạo hốc cho chi tiết 52
Hình 2.45 Tạo khối trụ tròn từ số liệu số hóa 53
Hình 2.46 Qui trình thực hiện bước 3. 53
Hình 2.47 Mô hình kết quả của bước 4 và bước5 54
Hình 2.48 Chỉnh sửa bằng lệnh Fillet 55
Hình 2.49 Toàn bộ mặt trên của chi tiết 56
Hình 2.50 Toàn bộ mặt dưới của chi tiết 56
Hình 2.51 Cửa sổ Export 57
Hình 2.52 Sơ đồ đánh giá sai số 58
Bảng 2.53 Các dụng cụ đo chính xác 59
Hình 2.54
Đánh giá sai số giữa mô hình CAD(mặt trên) đã thiết kế
với dữ liệu số hóa.
60
Hình 2.55
Đánh giá sai số giữa mô hình CAD(mặt dưới) đã thiết kế
với dữ liệu số hóa
61
Hình 2.56
Bản đố màu cập nhật mô hình sau khi giảm giới hạn
dung sai
61
Hình 2.57
Accuracy Analyzer trong hỗ trợ bắt điểm , tạo phác thảo
3D
62
Hình 2.58
Một vài mô hình CAD được xây dựng lại trên phần mềm
Rapidfom XO
63
Hình 4.1 Máy tạo mẫu nhanh SLA 71

Hình 4.2 Nguyên lý hoạt động của phương pháp SLA 72
Hình 4.3 Máy tạo mẫu nhanh SLS 73
Hình 4.4 Nguyên lý hoạt động của phương pháp SLS 74
Hình 4.5 Nguyên lý hoạt động của phương pháp LOM 76
Hình 4.6 Máy in 3 chiều 80
Hình 4.7 Cấu tạo máy in 3 chiều 81
Hình 5.1
Cấu tạo thiết bị tạo mẫu nhanh Spectrum Z510 3D
Printer
83
Hình 5.2
Cấu tạo thiết bị tạo mẫu nhanh Spectrum Z510 3D
Printer
84
Bảng 5.3
Cấu tạo thiết bị làm sạch chi tiết mẫu, hoàn thiện lần
cuối ZD
84
Hình 5.4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị Spectrum Z510 85
Hình 5.5 Mô hình CAD của chi tiết dùng để tạo mẫu 86
Hình 5.6 Các bược chuẩn bị cho máy tạo mẫu nhanh 87
Hình 5.7 Phần mềm đi của máy in Spectrum Z510 87
Hình 5.8 Mô hình CAD được gọi vào phần mềm 88
Hình 5.9 Thiết lập chế độ in cho máy 88
Hình 5.10 In chi tiết 89
Hình 5.11 Lấy mẫu và làm sạch mẫu in 89
Hình 5.12
Một vài sản phẩm cơ khí được in trên máy tạo mẫu
nhanh
90
Hình 5.13 Sản phẩm tạo mẫu nhanh trong lĩnh vực kiến trục và
công nghệ thông
90

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật đặc biệt là
khoa học máy tính đã làm thay đổi căn bản mọi mặt của đời sống xã hội.Từ giữa
thế kỷ 20, khi công nghệ máy tính được đưa vào áp dụng trong sản xuất đã góp
phần tự động hóa sản xuất, giải phóng sức lao động cho con người, tăng năng
suất cũng như chất lượng sản phẩm. Theo đó là sự ra đời của phương thức sản
xuất có sự trợ giúp của máy tính và các máy công cụ được tích hợp bộ điều
khiển số.
Ở Việt Nam, ngoài việc công nghệ CAD /CAM đã và đang được phát
triển, ứng dụng rộng rãi trong các xí nghiệp, nhà máy. Thì vài năm trở lại đây
công nghệ tạo mẫu nhanh (RPM) bước đầu đã được nghiên cứu và ứng dụng ở
các viện nghiên cứu, các trung tâm công nghệ cao. Công nghệ tạo mẫu nhanh
(RPM) là tổ hợp của CAD, kỹ thuật thiết kế ngược RE (Reverse Engineering),
tạo mẫu nhanh RP (Rapid Prototyoing) và kỹ thuật chế tạo nhanh RT(Rapid
Tooling) mà RP là kỹ thuật chủ chốt. Kỹ thuật RPM là kỹ thuật tạo nên sản
phẩm mới, phù hợp với xu thế toàn cầu hóa các phương diện thị trường thương
mại và sản xuất, đa dạng hóa sản phẩm, đổi mới sản phẩm mẫu mã nhanh, sản
phẩm công nghệ cao, phù hợp với tính cạnh tranh của thị trường ngày càng khốc
liệt.
Đồ án "Nghiên cứu công nghệ thiết kế ngược và ứng dụng vào quá trình
tạo mẫu nhanh" sẽ tập chung vào nghiên cứu nắm bắt qui trình công nghệ thiết
kế ngược và ứng dụng vào quá trình tạo mẫu nhanh, để bắt kịp sự phát triển của
công nghệ. Nội dung đồ án chia làm 2 phần :
Phần I : Công nghệ thiết kế ngược và ứng dụng thiết kế lại một số chi tiết
trong lĩnh vực cơ khí .
Phần II : Công nghệ tạo mẫu nhanh.
Trong quá trình làm đồ án này mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng do hạn
chế về kiến thức và thiết bị nên không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong
được sự góp ý, bổ xung, đóng góp ý kiến của thầy cô và bạn đọc để đồ án hoàn
thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Trương Hồng Quang trưởng bộ
môn Thiết Kế Máy, cùng toàn thể thầy cô trong bộ môn Thiết Kế Máy trường
ĐHGTVT đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo, tạo điều kiện trong suốt thời gian qua để
em có thể hoàn thành đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn !
Sinh viên : Trần Ngọc Tú

PHẦN I: CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC (REVERSE ENGINEERING)
VÀ ỨNG DỤNG THIẾT KẾ LẠI MỘT SỐ CHI TIẾT TRONG LĨNH
VỰC CƠ KHÍ
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC
1.1. Giới thiệu về công nghệ thiết kế ngược
1.1.1. Khái niệm
Trong lĩnh vực sản xuất, thông thường để chế tạo ra 1 sản phẩm, người
thiết kế đưa ra ý tưởng về sản phẩm đó, phác thảo ra sản phẩm, tiếp theo là quá
trình tính toán thiết kế, chế thử, rồi kiểm tra, hoàn thiện phác thảo, để đưa ra
phương pháp tối ưu, cuối cùng là công đoạn sản xuất ra sản phẩm. Đây chính là
chu trình sản xuất truyền thống, là phương pháp sản xuất đã được áp dụng từ
bao thế kỷ nay. Phương pháp này còn được gọi là công nghệ sản xuất
thuận(Forward Enineering). Trong vài chục năm trở lại đây với sự phát triển
với sự phát triển của công nghệ, xuất hiện 1 dạng sản xuất theo 1 chu trình mới,
đi ngược với sản xuất truyền thống, đó là chế tạo sản phẩm theo hoặc dựa trên 1
sản phẩm có sẵn. Quy trình này gọi là công nghệ thiết kế ngược (Reverse
Engineering) hay cũng được hiểu là công nghệ chép mẫu hay công nghệ chế tạo
ngược.
Công nghệ này ra đời dựa trên nhu cầu sản xuất thực tế, đôi khi người ta
cần chế tạo sản phẩm theo những mẫu có sẵn mà chưa (hoặc không) có mô hình
CAD tương ứng như các chi tiết không rõ xuất xứ, những phù điêu, bộ phận cơ
thể con người, động vật. Hay đơn giản chỉ là sao chép lại kết quả của những sản
phẩm đã khẳng định tên tuổi trên thị trường (để giảm chi phí chế tạo mẫu) hoặc
để cải tiến sản phẩm đó theo hướng mới. Để tạo được mẫu của những sản phẩm
này, trước đây người ta phải đo đạc rồi vã phác lại hoặc dựng sáp, thạch cao để
in mẫu. Các phương pháp này cho độ chính xác không cao, tốn nhiều thời gian
và công sức, đặc biệt là đối với những chi tiết phức tạp. Ngày nay người ta đã sử
dụng máy quét hình để số hóa hình dáng của chi tiết sau đó các phần mềm
CAD/CAM chuyên dụng để xử lý dữ liệu số hóa cuối cùng sẽ tạo ra được mô

hình CAD 3D cho chi tiết với độ chính xác cao. Mô hình CAD này cũng có thể
chỉnh sửa nếu cần.
Trên phạm vi rộng công nghệ thiết kế ngược được định nghĩa là hoạt động
bao gồm các bước phân tích để lấy thông tin về sản phẩm đã có sẵn (bao gồm
thông tin về chức năng các bộ phận, đặc điểm về kết cấu hình học, vật liệu, tính
công nghệ) sau đó tiến hành khôi phục lại mô hình CAD cho chi tiết hoặc phát
triển thành sản phẩm mới, sử dụng CAD/RP/CNC để chế tạo sản phẩm. Công
nghệ thiết kế ngược đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như hóa học, điện
tử, xây dựng, cơ khí, y học, nghệ thuật. Ví dụ trong xây dựng, chúng ta luôn học
hỏi kỹ thuật thiết kế cũng như thi công của những công trình hoàn thiện
(Succeessful building/brige) của thế giới để giảm thiểu những sai sót. Giảm thời
gian thiết kế và tăng thêm những ưu việt cho những công trình của mình.
Trong lĩnh vực cơ khí chế tạo, công nghệ thiết kế ngược được định nghĩa
là hoạt động tạo ra sản phẩm từ các mẫu sản phẩm cho trước mà không có bản
vẽ thiết kế hoặc đã bị mất hay không rõ dàng. Sản phẩm mới được tạo ra trên cơ
sở khôi phục nguyên vẹn hoặc phát triển lên từ thực thể ban đầu .
Từ khi ra đời vào những năm 90 của thế kỷ trước, công nghệ thiết kế
ngược ( Reverse Engineering) đã được nghiên cứu, áp dụng trong nhiều lĩnh
vực phát triển nhanh sản phẩm, đặc biệt là trong lĩnh vực thiết kế mô hình 3D từ
mô hình đã có sẵn nhờ sự trợ giúp của máy tính. Kỹ thuật thiết kế ngược ngày
càng phát triển theo sự phát tiển của các phần mềm CAD/CAM. Nó luôn được
quan tâm và cũng liên tục được cải tiến để đáp ứng để đáp ứng nhu cầu của xã
hội trên nhiều lĩnh vực sản xuất. RE trở thành 1 bộ phận quan trọng của sản xuất
hiện tại. Đã có nhiều công ty của nhiều quốc gia ứng dụng hiệu quả và rất thành
công công nghệ này. Có thể thấy Trung Quốc là một điển hình. Nhiều sản phẩm
như xe máy, ô tô, máy móc hàng loạt đồ gia dụng, đồ chơi đã được sản xuất dựa
trên sự sao chép các mẫu có sẵn trên thị trường của các hãng nổi tiếng của Nhật,
Hàn Quốc như Honda, Misubishi, Toyota .(Hình 1.1 là một ví dụ minh họa)

Sản phẩm thực Sản phẩm được sơn trắng để quét mẫu
Quét mẫu bằng máy ATOS Mô hình sản phẩm sau khi quét
Mô hình hóa các bề mặt Mô hình CAD xây dựng lại
Hình 1.1 : Qui trình lấy mẫu áp dụng công nghệ thiết kế ngược
Ở Việt Nam, trong những năm trở lại đây công nghệ thiết kế ngược cũng
đã được áp dụng vào sản xuất. Tuy nhiên phần lớn chưa mang tính chuyên
nghiệp. Ví dụ như các công ty sản xuất, chế tạo khuôn cho các mặt hàng nhựa,
cơ khí thường khi nhận đơn đặt hàng của các đối tác làm 1 bộ khuôn cho 1 mẫu
sản phẩm cho trước thì đa số việc số hóa mô hình lấy dữ liệu đều thực hiện 1
cách thủ công, đo vẽ bằng tay.Việc ứng dụng các thiết bị số hóa công nghệ cao
chuyên dụng, các phần mềm thiết kế ngược vẫn chưa nhiều. Chỉ có 1 số ít công

ty có thể làm theo hợp đồng như công ty Hoàng Quốc, Trung tâm dịch vụ công
nghệ 3D (3D Tech) hay các viện các trường đại học như trường Đại Học
GTVT, Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, Đại Học Bách Khoa Hà Nội có
máy quét 3D nhưng chủ yếu vẫn là phục cho học tập và nghiên cứu.

1.1.2. Ưu nhược điểm của công nghệ thiết kế ngược
* Ưu điểm.
+ Kiểm tra chất lượng sản phẩm bằng cách so sánh mô hình CAD với sản
phẩm, từ đó điều chỉnh mô hình hoặc các thông số công nghệ để tạo ra sản phẩm
đạt yêu cầu.
+ Mô hình CAD đựơc sử dụng như là mô hình trung gian trong quá trình
thiết kế bằng cách tạo sản phẩm bằng tay trên đất sét, thạch cao, sáp…rồi quét
hình để tạo mô hình CAD. Từ mô hình CAD này người ta sẽ chỉnh sửa theo ý
muốn.
+ Giảm bớt thời gian chế tạo dẫn tới năng suất cao.
+ Chế tạo được nguyên mẫu mà không cần bản thiết kế.
* Nhược điểm.
+ Cần có công nghệ hiện đại là các loại máy quét hình.
+ Giá thành cao.
2.1. Qui trình công nghệ thiết kế ngược
Ngày nay với sự phát triển của khoa học công nghệ hiện đại, quá trình sản
xuất sản phẩm ngày càng được chuyên môn hóa, việc chế tạo ra 1 loại sản phẩm
được chia tách thành nhiều công đoạn riêng biệt nhưng có quan hệ mật thiết với
nhau theo 1 tiêu chuẩn chung thống nhất hợp thành quy trình sản xuất. Tuy có
nhiều cải tiến mới song qui trình sản xuất hiện nay nhìn chung đều được biểu
hiện bằng 2 sơ đồ (Hình 1.2).
Trong quy trình thiết kế thuận, xuất phát từ ý tưởng thiết kế (của người
thiết kế hoặc của khách hàng mô tả sản phẩm), người thiết kế phác thảo sơ bộ
sản phẩm (bản vẽ CAD). Bản vẽ phác thảo này sẽ được tính toán, phân tích,
kiểm tra các thông số kỹ thuật, tính công nghệ (Dữ liệu được chuyển từ CAD
sang CAE). Sau đó mô hình sẽ được tối ưu hóa đưa ra bản vẽ thiết kế (bản vẽ
CAD) hoàn chỉnh. Tiếp theo qua các bước chuẩn bị công nghệ (CAPP), lập trình
gia công (CAM), mô phỏng và chế tạo thử mẫu sản phẩm bằng phương pháp tạo
mẫu nhanh (RP) hoặc trên các máy công cụ, máy CNC. Mẫu sản phẩm chế thử
này sẽ được đem đi kiểm tra thực tế xem có thỏa mãn các yêu cầu đặt ra hay

không. Nếu không đạt thì sẽ quay về chỉnh sửa lại từ bản vẽ phác thảo. Tiếp tục
quá trình trên cho tới khi mẫu sản phẩm đạt yêu cầu thì mới đưa vào sản xuất
thực sự.
Ý tưởng thiết kế Sản phẩm thực
Bản vẽ phác thảo Số hóa sản phẩm
Tính toán, phân tích ( CAD /CAM) Sử lý dữ liệu số hóa
Tối ưu thiết kế, bản vẽ thiết kế CAD/CAM/CAE/CAPP
(CAE/CAD)
Chuẩn bị gia công ( CAM / CAPP) Chế thử, mô phỏng
( CNC / CAM )
Chế thử, mô phỏng
(RP/ CNC/ CAM)
Kiểm tra thực No No Kiểm tra thực
tiễn tiễn
Yes Yes
Sản xuất đại trà Sản xuất đại trà
Quy trình thiết kế thuận Quy trình thiết kế ngược
Hình 1.2 : Quy trình thiết kế thuận và Quy trình thiết kế ngược
Còn trong quy trình thiết kế ngược chúng ta làm ngược lại. Xuất phát
điểm là 1 mẫu sản phẩm thực tế (Physical part). Mẫu sản phẩm thực này được
số hóa và sử lý bằng các thiết bị và phần mềm chuyên dụng để đưa ra mô hình
CAD cụ thể. Sau đó được mô hình CAD cho sản phẩm rồi thì các công đoạn tiếp

theo cũng giống như chu trình sản xuất thuận trải qua các bước tính toán, phân
tích , tối ưu hóa trên các phần mềm CAE/CAM, chuẩn bị công nghệ (CAPP) gia
công tạo mẫu nhanh hoặc lập trình gia công trên máy CNC hay các máy công cụ
khác, kiểm tra thực tế cuối cùng mới đưa vào sản cùng mới đưa vào sản xuất đại
trà.
3.1. Qui trình mô hình hóa mẫu sản phẩm đã có sẵn theo công nghệ thiết kế
ngược
Quá trình mô hình hóa mẫu sản phẩm có sẵn, tạo ra các mô hình CAD cụ
thể của vật mẫu là công đoạn quan trọng và là trọng tâm của công nghệ thiết kế
ngược . Qui trình mô hình cụ thể được chia làm các giai đoạn sau :
3.1.1. Giai đoạn số hóa sản phẩm
Để số hóa sản phẩm ta dùng các máy quét hình để quét hình dạng vật thể .
Dựa theo cách thức quét hình người ta phân ra 2 dạng thiết bị quét hình chủ yếu
là các máy quét dạng tiếp xúc (như máy đo tọa độ Coordinate Measuring
Machine – CMM) và các máy quét không tiếp xúc (máy quét lazer). Các máy
CMM sử dụng các đầu đo để tiếp xúc với bề mặt cần đo. Một số vị trí tiếp xúc
sẽ cho một điểm có tọa độ (x, y, z). Tập hợp các điểm này sẽ tạo thành các lưới
điểm vẽ trên hình dáng vật thể. Còn các máy quét lazer thì sử dụng chùm tia
lazer phát ra từ máy chiếu vào vật thể. Các tia này sẽ phản xạ trở lại cảm biến
thu. Máy tập hợp các tia phản xạ này để dựng lên ảnh của vật thể. Hình dạng của
toàn bộ vật thể được ghi lại bằng cách dịch chuyển hay quay vật thể trong chùm
ánh sáng hoặc quét chùm ánh sáng ngang qua vật thể. Phương pháp này có độ
chính xác kém hơn phương pháp tiếp xúc song nhanh hơn và đầy đủ hơn. Dữ
liệu thu được không phải là lưới điểm mà là tập hợp vô vàn các khối ảnh điểm
(đám mây điểm). Đám mây điểm này sẽ chuyển sang lưới tam giác dùng để xây
dựng các bề mặt .

3.1.2. Giai đoạn sử lý số liệu dữ hóa
Giai đoạn này bao gồm 4 bước :
- Bước 1 : Chỉnh sửa lưới dữ liệu, đám mây điểm.
- Bước 2 : Đơn giản hóa lưới tam giác bằng cách giảm số lượng tam giác
và tối ưu hóa vị trí đỉnh và cách kết nối các cạnh của mỗi tam giác trong lưới sao
cho các đặc điểm hình học không thay đổi.
- Bước 3 : Chia nhỏ lưới và cắt bỏ phần thừa (đã đơn giản hóa) để tạo bề
mặt trơn theo ý muốn.
Các hình sau dây mô tả công nghệ quét đầu người:
a. Quét hình b. Dữ liệu sau quét c. Tối ưu hóa d. Dựng các bề mặt
Hình 1.3: Mô hình hóa chi tiết mặt người
3.1.3. Thiết kế lại trên cơ sở dữ liệu số hóa
Trên cơ sở dữ liệu số hóa đã sử lý ta dựng lại mô hình CAD cho sản phẩm
dạng Soid hoặc dạng Surface bằng các phần mềm chuyên dụng (Phần mềm thiết
kế ngược). Kết quả cuối cùng ta nhận được một bề mặt trơn và được chuyển vào
file CAD với các định dạng: IGES, DXF, STL (hình1.3d).
3.1.4. Tạo mẫu, gia công chi tiết
Từ dữ liệu mô hình CAD, có thể áp dụng công nghệ tạo mẫu nhanh
(Rapid Prototyping) đế tạo ra mẫu cho sản phẩm. Cũng có thể tạo mẫu trên máy
CNC, khi đó phải lập trình NC nhờ các phần mềm CAD/CAM chuyên nghiệp
như Cimatron, Pro/Engineer, GibCAM, để tạo ra các đường chạy dao. Hình
dưới đây minh họa quá trình gia công mặt người trên máy phay CNC :
Hình 1.4 : Phay mặt người trên máy CNC

4.1. Phương pháp và thiết bị số hóa trong công nghệ thiết kế ngược.
Sự khác biệt lớn nhất và chủ yếu giữa công nghệ thiết kế thuận và thiết kế
ngược chính là công đoạn số hóa sản phẩm. Số hóa sản phẩm tức là lấy dữ liệu
hình học của sản phẩm ở dạng dữ liệu thô ban đầu (Raw Geometric Data). Đối
với thiết kế thuận đó chính là ý tưởng, phác thảo ý tưởng. Còn đối với thiết kế
ngược thì dữ liệu thô ban đầu được lấy từ 1 sản phẩm có sẵn. Trước đây, để đưa
ra mô hình CAD cho chi tiết có sẵn theo công nghệ thiết kế ngược, người ta phải
đo dò trực tiếp bằng tay, rồi vẽ lại kết quả đo được. Công việc này đòi hỏi sự tỉ
mỉ và tốn rất nhiều thời gian. Ngày nay, nhờ sự trợ giúp của máy tính việc mô
hình CAD hóa 1 sản phẩm trở nên cực kỳ đơn giản, chính xác và nhanh chóng.
Việc số hóa bề mặt 3D cho sản phẩm được thực hiện theo 2 phương pháp chủ
yếu: Phương pháp đo tiếp xúc(phương pháp cơ học) và Phương pháp đo không
tiếp xúc (phương pháp quang học).
4.1.1. Phương pháp đo tiếp xúc
a.Khái niệm.
Đây là phương pháp thường dùng 1 đầu đo cơ khí trượt trên bề mặt chi
tiết theo lưới định trước và liên tục ghi lại tọa độ nhận được.
Công cụ chủ yếu của phương pháp này chính là các máy đo tọa độ 3 chiều
(Coordinate Mesuring Machine – CMM) là tên gọi chung của các thiết bị vạn
năng có thể thực hiện việc đo các thông số hình theo phương pháp tọa độ.
Có hai máy đo tọa độ thông dụng là máy đo bằng tay (đầu đo được dẫn
động bằng tay) và máy đo CNC (đầu đo được điều khiển tự động bằng chương
trình số).
b. Ưu nhược điểm của phương pháp đo tiếp xúc.
* Ưu điểm:
- Do nguyên tắc đo từng điểm trên đối tượng nên độ chính xác cao, hoạt
động của máy theo nguyên tắc hành trình nên máy có độ chính xác đến phần vạn
(0.1 µm -0.5 µm )
- Tính tự động hóa cao: Có thể đo tự động trong cả quá trình đo.

- Kết quả đo là các file có nhiều định định dạng tiêu chuẩn như IGS,
Step, Stl … thích hợp với các phần mềm thiết kế 3.
- Dễ xử lý kết quả đo: Kết quả đo là tập hợp các đường curve thuận lợi tạo
các mặt trên các phần mềm thiết kế 3D.
- Đầu đo đa dạng phù hợp với các đối tượng đo.
* Nhược điểm :
- Hạn chế đo các rãnh hẹp, cạnh sắc, có kích thước nhỏ hơn bán kính đầu
đo
- Tốc độ đo không cao: Chỉ từ 10 đến 1000 điểm /phút chậm hơn nhiều so
với công nghệ scan laser.
Máy đo tọa đọ CMM Đầu đo CNC Đầu đo bằng tay
Hình 1.5 : Máy đo và đầu đo dùng trong phương pháp đo tiếp xúc
Để khắc phục, người ta chế tạo đã chế tạo ra các máy đo không tiếp xúc,
dùng Lazer tia X, siêu âm, ảnh video.

4.1.2. Phương pháp đo không tiếp xúc
a. Khái niệm.
Phương pháp đo không tiếp xúc là phương pháp dùng tia lazer hoặc các
tia quang học khác để đo hoặc chụp ảnh bề mặt vật cần đo (quét) sau đó dữ liệu
được sử lý, hoàn thiện nhờ các phần mềm xử lý ảnh chuyên nghiệp .
Thiết bị số hóa đó chính là các loại máy quét lazer và máy quét ánh sáng
trắng (trong đồ án này em sử dụng và nghiên cứu máy quét ánh sáng trắng). Máy
quét có thể đo các vật từ gần tới xa đến 35m đối với máy quét Lazer.
Hình 1.6 : Mô hình máy quét ánh sáng trắng
b. Ưu nhược điểm của phương pháp.
* Ưu điểm:
- Thời gian lấy mẫu nhanh, có thể lấy mẫu vật thể có kích thước lớn .
- Phương pháp này có thể lấy mẫu các vật thể làm bằng vật liệu mềm như
chất dẻo, xốp, sáp …hay các vật thể bị biến dạng mà không làm biến dạng hay
phá hủy mẫu cần đo.
* Nhược điểm :
- Độ chính xác không cao bằng phương pháp đo tiếp xúc.
Vì mỗi phương pháp đều có ưu điểm, nhược điểm riêng nên sẽ được dùng
trong từng trường hợp cụ thể. Cũng có thể kết hợp cả 2 phương pháp để đạt hiệu

quả cao nhất. Có thể số hóa bằng máy quét không tiếp xúc sau đó kiểm tra sai số
sản phẩm bằng máy đo tọa độ tiếp xúc.
5.1. Các ứng dụng của công nghệ thiết kế ngược
Với tính ưu việt của mình là mô hình hóa được nhiều chi tiết (kể các chi
tiết có độ phưc tạp cao) một cách nhanh chóng và chính xác đáp ứng tối đa các
nhu cầu đa dạng của thị trường trong rất nhiều lĩnh vực :
* Trong lĩnh vực nghệ thuật.
Trong lĩnh vực này công nghệ thiết kế ngược được thể hiện ở việc sao
chép hoặc phân tích các đặc điểm, nét vẽ của các kiệt tác hội họa, điêu khắc.
Thông thường với các chi tiết yêu cầu cao về tính thẩm mỹ, sản phẩm được mô
hình hóa bởi các nhà kỹ thuật (Stylist) trên các chất liệu như đất sét, chất dẻo,
gỗ... Tuy nhiên các tác phẩm hay các kiệt tác nghệ thuật chỉ là kết quả của 1 vài
nhà nghệ thuật, nhà thiết kế nào đó, trong khi đó ai cũng muốn được có, muốn
được thưởng thức chúng. Nhu cầu thị trường đòi hỏi các sản phẩm phải có 1 số
lượng lớn theo một vài phong cách, hay sản phẩm của một số nhà thiết kế mà tác
phẩm của họ đã được khẳng định trên thị trường. Để đáp ứng nhu cầu đó cần có
được mô hình CAD của sản phẩm mong muốn. Việc này chỉ có thể thực hiện
được bằng công nghệ thiết kế ngược. Với các thiết bị hiện đại và sự trợ giúp của
máy tính chúng ta có thể xây dựng được các dự liệu CAD giống hệt mô hình thật
do các nhà mỹ thuật tạo ra với dung sai nhỏ .
Hình 1.7 : Công nghệ RE dựng mô hình CAD cho các tác phẩm nghệ thuật
Hình 1.8 : Ứng dụng công nghệ tái tạo lấy mẫu hoa văn thủ công

* Công nghệ RE có vai trò rất lớn trong cải tiến mẫu mã sản phẩm. Yêu
cầu về thời gian không cho phép chúng ta khi chế tạo 1 mẫu mã mới có thể bắt
đầu chu trình sản xuất từ khâu phác thảo thiết kế tới tính toán, tối ưu, chế thử
kiểm tra kiểm nghiệm mới đưa vào sản xuất vì quá trình trên tốn rất nhiều thời
gian, công sức . Do vậy mà chúng ta phải biết kế thừa các mẫu sản phẩm đã
được tối ưu, đạt các tiêu chuẩn kiểm tra trên cơ sở đó ta thiết kế lại phù hợp với
yêu cầu mới để có được một mẫu mã mới. Như vậy sẽ giảm được thời gian thiết
kế, rút ngắn thời gian đưa sản phẩm vào thị trường tức là giảm thời gian của chu
trình sản xuất (Lead time) . Với nhu cầu của thị trường thay đổi liên tục từng
ngày như hiện nay công ty nào sớm đưa ra được mẫu mã mới sẽ chiếm được thị
phần và giành được lợi nhuận cao nhất. Còn công ty nào đưa ra sản phẩm mới
chậm hơn sẽ không còn cơ hội có được lợi nhuận.
Do vậy công nghệ thiết kế ngược RE thực sự sẽ là trọng tâm của công
nghệ thiết kế sản phẩm của tương lai.
Mô hình quét mẫu sản phẩm Mô hình CAD đưa ra
Hình 1.9 : Ứng dụng RE thiết kế lại sản phẩm cơ khí phức tạp
* Công nghệ RE còn được sử dụng khi cần thay thế 1 chi tiết, bộ phận mà
nhà sản xuất không còn cung cấp, chúng ta phải chế tạo lại chúng mà không hề
có bản vẽ thiết kế. Hay khi muốn sản xuất theo mẫu mã mới tối ưu trên thị
trường mà nhà thiết kế ra chúng làm mất, làm hỏng, hoặc không muốn cung cấp
tài liệu thiết kế. Đặc biệt là khi sản phẩm có hình dạng rất phức tạp, khó miêu tả
như hình người , hình con vật …

Hình 1.10 : Ứng dụng công nghệ thiết kế ngược lấy mẫu mặt người và động vật
* Trong khảo cổ học, công nghệ RE cho phép khôi phục hình dạng của
các sinh vật thời tiền sử dựa trên các hóa thạch cổ thu được trong đất, đá, hay
trong băng mà không hề làm tổn hại hay phá hoại mẫu hóa thạch đó. RE còn cho
phép chúng ta dựng lại các mẫu tượng cổ, khôi phục lại các công trình kiến trúc
, nghệ thuật cổ đã bị tàn phá trong lịch sử.
Hình 1.11 : Ứng dụng RE trong khảo cổ học
* Trong y học: Công nghệ thiết kế ngược cho phép chúng ta có thể tạo ra
các bộp phận cơ thể phù hợp cho từng bệnh nhân trong thời gian ngắn để thay
thế các khuyết tật, các bộ phận hỏng, bị tổn thương, bị hư hại do tai nạn hoặc do
bẩm sinh như xương, khớp, răng hàm, mảnh sọ não…
Mô hình CAD Chương trình gia công Khuôn bằng nhôm
Hình 1.12 : Ứng dụng RE tạo mảnh sọ não dùng trong y học

* Trong thời trang, RE trợ giúp đắc lực cho các nhà thiết kế tạo các trang
phục các mẫu mã theo hình dáng con người.
Hình 1.13 : Sử dụng RE thiết kế nhân vật và môi trường trong Game
* Công nghệ RE còn được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực giải trí, mô
phỏng như thiết kế các nhân vật trong Game 3D, tạo các môi trường giao diện
ảo trong Game phục vụ giả trí, làm phim ảnh hay mô phỏng 1 quá trình nào đó
phục vụ cho 1 mục đích nào đó.
* Công nghệ RE còn được áp dụng trong một vài lĩnh vực khác nữa. Nói
chung cứ ở đâu cần thiết kế đưa ra mô hình CAD thì ở đó có thể áp dụng công
nghệ RE. Xu hướng của nền sản xuất hiện đại hướng đến tiêu chí JIT (Just – In
– Time là tiêu chí ngắn thời gian chế tạo sản phẩm). Với tiêu chí, khoảng thời
gian thời gian từ lúc đặt hàng sản phẩm cho đến khi có sản phẩm thật đã rút
ngắn đi rất nhiều , có thể tính theo ngày, theo giờ thay vì tính theo quý, theo
tháng hay theo tuần trước kia. Với tính ưu việt về thời gian và độ chính xác,
công nghệ thiết kế ngược hứa hẹn sẽ là công nghệ thiết kế chủ đạo của nền sản
xuất.

CHƯƠNG II : ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC
THIẾT KẾ LẠI VỎ MÁY KHOAN PHÁ.
Ở chương trước em đã trình bày giới thiệu chung về công nghệ thiết kế
ngược và các ứng dụng của nó. Trong chương này em sẽ trình bày chi tiết về
phương pháp số hóa và sử lý số liệu dữ hóa, đưa ra mô hình CAD cụ thể cho chi
tiết mô hình vỏ máy khoan phá .
2.1. Lựa chọn chi tiết và thiết bị
Sản phẩm mà em thực hiện thiết kế lại theo công nghệ thiết kế ngược đó
chình là vỏ máy khoan phá. Chi tiết này nằm bên ngoài sản phẩm và có tác dụng
che chắn , bảo vệ trước những ảnh hưởng ở bên ngoài.
Để số hóa sản phẩm em sử dụng máy quét ánh sáng trắng ATOS I tại
Trung Tâm Dịch Vụ Công Nghệ 3D. Sau đó sử dụng phần mềm Rapid Form XO
Redesign (XOR) để xây dựng hoàn chỉnh mô hình CAD cho sản phẩm.
Hình 2.1: Mô hình chi tiết thiết kế lại.

2.2. Số hóa sản phẩm bằng máy quét 3D ATOS I
2.2.1. Thiết bị số hóa ATOS I
Hình 2.2: Máy quét ánh sáng trắng ATOS I
Thiết bị quét 3D ATOS I tại Trung Tâm Dịch Vụ Công Nghệ 3D là thiết
bị của hãng GOM (Đức). Hệ thống máy ATOS bao gồm: Máy ATOS I, máy
tính, bàn xoay, các ống kính ngắm, cáp tín hiệu, bộ điều khiển bàn xoay ….
Khả năng linh hoạt .
ATOS I có thể đặt cố định, gắng trên giá di động hoặc lắp trên robot cho
các ứng dụng kiểm tra tư động. Khi scan sản phẩm nhỏ, có thể thay đổi Môđun
tiêu chuần bằng Môđun SO chỉ trong vài phút.

Thông số kỹ thuật chính của máy ATOS I.
Cấu hình hệ thống
Số điểm đo trong một lần scan
Khoảng cách từ máy tới sản phẩm
Thời gian 1 lần Scan
Thể tích đo nhỏ nhất
Thể tích đo lớn nhất
Khoảng cách giữa các điểm đo
ATOS I (2M)
2 triệu điểm
700 mm
1, 3 giây
40x30x30 mm
1000x800x800 mm
0,06 – 0,25
Trọng lượng máy
Kích thước máy
440 x140 x 200 mm
4 kg
Nhiệt độ làm việc
Nguồn điện
Máy tính kết nối
Kích thước vali chứa máy khi di chuyển
Tổng trọng lượng khi di chuyển
0- 40 o
c
110 hoặc 220V AC
Laptop hoặc Midi Tower PC
550 x 800 x 300 mm
22 kg
Ứng dụng.
Thiết kế gọn và có khả năng scan rất nhanh nên ATOS I là một hệ thống di động
ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau :
Kiểm tra sản phẩm.
Hàng không, ô tô.
Tấm kim loại.
Tua bin.
Khuôn mẫu.
Đồ gia dụng.
Gia công nhanh.
Các mẫu vật hội họa, kiến trúc.
Các mô hình theo mẫu.
Thiết kế ngược.
Thiết kế ngược theo mẫu sản phẩm.
Thiết kế mô hình tính toán phần tử hữu
hạn theo mẫu .
Scan 3D.
Scan các sản phẩm trong đồ họa máy
tin, y học, giáo dục .
Tạo mô hình số cho các mẫu vật

27
2.2.2. Sử dụng phần mềm ATOS -V6.2.0.3
Đây là phần mềm kèm theo máy có chức năng điều khiển máy quét
,chuyển đổi dữ liệu sang các định dạng khác DXF, Ware font, STL, MGF,
ASCII… Đọc dữ liệu ở các định dạng CAM, CAD, VDD, SCN, STL. Hiệu
chỉnh dữ liệu quét, xuất file ảnh STL và một số đầu vào chuẩn cho các phần
mềm xử lý dữ liệu, hiển thị dữ ở dạng Wireframe, Texture, Shading, đặt hệ tọa
độ chuẩn, hệ tọa độ thiết kế lý tưởng , hiển thị sai số lắp ghép các mảnh dữ liệu.
* Quá trình quét mẫu sản phẩm :
Bước 1 : Chuẩn hệ thống quét (lắp ráp máy quét, bàn quét, hệ thống
đường cáp truyền, khởi động máy tính ).
Bước 2 : Phủ nhẹ lên bề mặt chi tiết một lớp sơn màu trắng, dán lên trên
các bề mặt tạo nên chi tiết các điểm tham chiếu (hình tròn), và đặt chi tiết lên
bàn quét(bàn quét này có thể xoay tròn và di chuyển được ).
Bước 3 : Quét mẫu
Hình 2.3 : Hình vẽ thể hiện nội dung các bước khi quét mẫu
Nguyên tắc quét : Vì mẫu quét được hình thành bởi 2 mặt chính vì vậy
khi quét chúng ta tiến hành quét tuần tự hai mặt, sau đó ghép 2 mặt với nhau (2
mặt ít nhất phải có 3 điểm chung) để tạo thành mẫu quét hoàn chỉnh. Khi đã thu

28
được hình dạng khá hoàn chỉnh của mẫu quét ta sẽ lưu file với đuôi STL,và
chuyển sang các phần mềm thiết kế ngược để xây dựng lại mô hình CAD cho
chi tiết .
* Quét mặt trên của chi tiết : Mặt trên của chi tiết bao gồm hình dạng
của nhiều khối ở các vị trí khác nhau, chính vì vậy để thu được toàn bộ dữ liệu
của mặt trên chúng ta cần tiến hành quét nhiều lần ở nhiều góc độ khác nhau.
Sau mỗi lần quét chúng ta chỉ cần xoay bàn đi 1 góc nào đó (tùy thuộc vào kỹ
năng của người quét và bề mặt sẽ quét tiếp theo) để thu dữ liệu của các vùng tiếp
theo. Với những vùng mà ánh sáng không thể tới được chúng ta có thể điều
chỉnh tâm nguồn sáng và cũng có thể kê đệm chi tiết. Dữ liệu quét của mỗi vùng
sẽ được máy tính tính toán và ghép lại với nhau sau mỗi lần quét, hình thành nên
hình dạng mặt trên của chi tiết.
Hình 2.4 : Kết quả quét mặt trên của mẫu
* Quét mặt dưới : Hoàn toàn giống với mặt trên của chi tiết ta có kết quả
như hình vẽ dưới đây.
Hình 2.5 : Kết quả quét mặt dưới của mẫu

29
* Cắt bỏ phần thừa và ghép 2 mặt lại với nhau
+ Cắt bỏ phần thừa :
Trình tự : Chuột phải vào bất kỳ vị trí nào trên màn hình → Chọn Select
through surface → Chọn vùng cần xóa → Vào Project → Deleted Select Point
→ Hiện ra hộp thoại → chọn OK.
+ Ghép hai mặt lại tạo thành mẫu quét hoàn chỉnh
Trước tiên chúng ta chọn một mặt làm tham chiếu Select Reence → dữ
Ctrl chọn điểm tham chiếu → chuột phải vào những điểm đã chọn → chọn
Select as Commom Ref.point.
Đối với mặt còn lại chỉ cần chọn điểm tham chiếu (điểm chung của 2 mặt)
→ Proiect → Tranformations ( ghép, ràng buộc mặt lại với nhau ).
+ Ghép các ảnh lại với nhau .
Vì mỗi mặt phải quét nhiều lần, mỗi lần là 1 ảnh, tuy phần mềm đã tự
động ghép dữ liệu thu sau mỗi lần quét để tạo nên hình dạng của mỗi mặt nhưng
để đảm bảo cho hình ảnh mẫu quét trơn chu, đẹp và thuận tiện cho bước thiết kế
mô hình CAD chúng ta sẽ tiến hành ghép các ảnh của 2 mặt lại với nhau.
Trình tự: Kích chuột phải vào mẫu → Select all → Project Complete
Polygonization ( ghép các ảnh ) → OK.
Khi quét bất kỳ một mẫu nào không tránh khỏi nhưng sai số nhất định
chính vì vậy mẫu sau khi quét chưa thật sự hoàn thiện có những chỗ cần chỉnh
sửa. Phần mềm ATOS V6.2.0.3 cũng có tính năng chỉnh sửa những khuyết tật
(do quá trình quét để lại) trong phạm vi nhất định.
Đến đây chúng ta đã hoàn thành công việc quét mẫu sản phẩm, công việc
tiếp theo của chúng ta đó chính là Export sang file STL và thiết kế lại mô hình
CAD cho chi tiết .

30
Hình 2.6 : Mẫu quét hoàn chỉnh ở nhìn ở các góc độ khác nhau

31
3.2. Ứng dụng phần mềm Rapid Form XO Redesign (XOR) thiết kế lại mô
hình CAD trên cơ sở dữ liệu số hóa
3.2.1. Giới thiệu về phần mềm XOR
Rapid Form Xo Redesign (XOR) là phần mềm thiết kế ngược của hãng Rapid
Form (Hàn Quốc). Đây là một giải pháp phần mềm hoàn chỉnh nhất xử lý dữ
liệu từ Scan- Sang – CAD. Rapid Form (XOR) thực hiện một quy trình tạo các
mô hình CAD tham số từ các chi tiết của thế giới thực một cách nhanh chóng và
dễ dàng bằng một quy trình thiết kế và giao diện quen thuộc với người sử dụng
CAD với các đặc điểm chính là :
* Tạo các mô hình CAD tham số từ dữ liệu đám mây điểm SCAN.
Rapidform XO Redesign (XOR) cho phép người thiết kế đưa ra các ghi chú
thiết kế và các tham số thiết kế của các chi tiết của thế giới thực, chúng có thể bị
mất các định nghĩa Features trong quá trình xử lý sản xuất hoặc không có mô
hình CAD. Công nghệ quét 3D và XOR cho phép các nhà sản xuất có được tham
số thiết kế của hầu hết các chi tiết trong thế giới thực một cách dễ dàng và nhanh
chóng, bao gồm các Features hình trụ hoặc các bề mặt cong tự do. Vì các mô
hình CAD đã tạo trong XOR có đầy đủ các tham số, người thiết kế và người tính
toán có thể hiệu chỉnh lại các tham số thiết kế của chi tiết để hoàn chỉnh mô hình
sản phẩm bằng XOR hoặc hệ CAD bên dưới.
- XOR có các công cụ thông minh để có được các tham số thiết kế dữ liệu
quét 3D – Redesign Assistant TM
- Thiết kế lại với các dung sai độ lệnh do người sử dụng định nghĩa –
Accuracy Analyzer.
- Nhận dạng thông minh và căn chỉnh dữ liệu quét 3D sang hệ thống tọa độ
thiết kế - Align WizardTM
- Giảm thời gian thiết kế bằng cách sử dụng dữ liệu quét 3D làm cơ sở thiết
kế
- Sử dụng các dữ liệu đầu ra với đầy đủ lịch sử mô hình hóa trong các hệ
CAD,CAM,CAE …
- Quản lý lịch sử mô hình hóa và các tham số của mô hình

32
- Các chức năng mô hình hóa lại mô hình dạng Mesh(lưới),dạng Freeform
Surface(mặt cong tự do) và dạng khối tham số(parametric solid).
- Khả năng mô hình hóa dạng Solid và dạng bề mặt tiêu chuẩn như Extrude,
Round, Revolve, Sweep và Loft.
- Cập nhật các mô hình CAD hiện có để thay đổi trong môi trường xây dựng
chi tiết - CAD-to-Scan Refit.
* Các lợi thế của 3D Scanning của XOR
- Các công cụ thiết kế được sử dụng để tạo các mô hình trong XOR cũng
tương tự như trong các ứng dụng CAD khác. Người thiết kế đang làm việc với
SolidWork, CATIA, Pro/Engineer hoặc Unigraphics có thể bắt đầu mô hình
hóa ngay lập tức trong XOR. Các feature phục vụ để làm việc trong XOR và
công nghệ quét 3D sẵn dùng cho thiết kế, cho phép người thiết kế sử dụng dữ
liệu Scan 3D để làm cơ sở thiết kế, làm tăng chất lượng mô hình CAD sản
phẩm.
- Quy trình thiết kế thông minh không cần phải Scan toàn bộ chi tiết.
- Tạo các mô hình CAD chất lượng cao từ các dữ liệu Scan không hoàn
chỉnh.
- Tiết kiệm thời gian xử lý bằng cách xóa bỏ các lưới đa giác và các bề mặt
nhiễu.
- Các mô hình có khả năng chỉnh sửa trong cả Rapidform XO Redesign và
các hệ CAD lớn.
* Giải pháp phần mềm hoàn chỉnh nhất từ Scan - sang – CAD
Rapidform XO Redesign là một giải pháp phần mềm mới hoàn chỉnh, nó
cung cấp cách tiếp cận mới, các xử lý nhóm, để xây dựng mô hình CAD tham số
từ dữ liệu Scan. XOR tạo các mô hình chất lượng cao một cách tiện lợi cho các
ứng dụng tạo mẫu nhanh, gia công CNC, CAE và xuất sang các ứng dụng CAD
khác để hiệu chỉnh.
- Chức năng thiết kế khép kín end – to – end từ dữ liệu lưới sang mô hình
CAD.

33
- Hỗ trợ cho mọi quy trình thiết kế ngược, đưa ra các ghi chú thiết kế (việc
lấy ra các tham số thiết kế) hoặc tạo ra bản sao chính xác.
- Tối ưu hóa tức thì dữ liệu lưới cho các hướng sử dụng RP, CAM, CAE và
phát triển ảo.
- Khả năng mô hình hóa với độ tinh vi cao nhưng vẫn tận dụng các feature
mô hình hóa khối và bề mặt quen thuộc.
- Khả năng tinh chỉnh dữ liệu lưới để tạo các lưới chất lượng cao.
- Chỉ cần nhấn một nút để chuyển nhanh sang các ứng dụng kiểm tra & phân
tích thiết kế.
- Tự động chia lại lưới cho việc tạo ra các mô hình chức năng CAE,Scan-to-
CAE.
3.2.2. Các chế độ làm việc của Rapid form XOR
XOR có 6 chế độ làm việc(mode). Mỗi một chế độ có các kiểu tạo ra hiệu
chỉnh hoặc hiệu chỉnh riêng của mình.ảnh dưới đây sẽ chỉ cho ta thấy các chế
độ.
Hình 2.7 : Các chế độ làm việc của Rapid Form XOR
- Mesh (lưới): Trong chế độ Mesh, ta có thể hàn đầy các phần không
hoàn chỉnh của dữ liệu dạng lưới bằng công cụ Heal Wizard. Fix Normal,Fill
Holes, làm mịn bề mặt với công cụ Smooth, giảm lưới điểm Decimate, làm trơn
toàn bộ dữ liệu Enhance, tối ưu hóa dữ liệu lưới Optimize Mesh và các công cụ
khác. Bạn cũng xó thể hiệu chỉnh các biên dạng,tái tạo các lưới tam giác cho
FEM, RP hoặc Machining, XOR có thêm nhiều chức năng để tạo ra các dữ liệu
hoàn chỉnh. Hay cho phép tinh chỉnh lại bề mặt lưới,tối ưu hóa lưới trước khi sử
lý thành dạng solid hay surface.
- Region group (nhóm, phân vùng): Trong chế độ Region group, ta có
thể phân vùng dữ liệu. Các miền được nhóm lại bằng cách phân tích bề mặt của
dữ liệu lưới, các vùng đó được dùng để tạo ra các mặt, hình tham chiếu và v.v…

34
- Mesh Sketch (lưới phác thảo): Trong chế độ Mesh Sketch, ta có thể lấy
ra thông tin các bộ phận và tạo ra phác thảo từ các đoạn của dữ liệu lưới. Các
phác thảo đó được dùng để tạo ra các khối đặc hoặc các bề mặt của chi tiết.
- Sketch (bản phác thảo): Trong chế độ Sketch Mode, ta có thể vẽ đường
thẳng, cung, đường cong, vẽ tròn mép mà không cần dữ liệu mới. Có thể dùng
Sketch như là môđun CAD của các phần mềm khác.
- 3D Mesh Sketch (phác thảo lưới 3D): Trong chế độ 3D Mesh Sketch ta
có thể vẽ các mô hình 3D trên khoảng không, chính ra các phần tử chi tiết hoặc
tạo ra các đường giao tuyến giữa các vật thể. Các đường giao tuyến đó có thể
dùng để tạo lên các mặt hay khối đặc.
3.2.3. Quá trình sử dụng phần mềm XOR trong xử lý dữ liệu scan, xây dựng
mô hình CAD cho chi tiết mẫu quét
Phân tích mô hình : Dữ liệu thu được dạng thô có nhiều khuyết tật ta sẽ
chỉnh sửa, tối ưu dữ liệu và phân vùng trước khi dựng mô hình CAD. Mô hình
có dạng khối nên ta sẽ tạo khối trụ bao kín chi tiết sau đó căn cứ dữ liệu lưới ta
dựng các bề mặt, các khối Extrude từ các phác thảo. Dùng các mặt , các khối
này ta cắt hoặc ghép, lấy đối xứng tạo thành chi tiết.
Qúa trình sử lý dữ liệu số hóa được thực hiện như sau :
3.2.3.1. Xử lý lưới dữ liệu (Mesh Editing)
Nhập mô hình quét: Từ màn hình làm việc, họn Insert/Import, rồi lấy mô
hình từ vị trí đã đặt. Nhấn đúp chuột vào mô hình rồi vào chế độ Mesh bằng
cách ấn vào biểu tượng trên Tool bar hoặc nhấn Tool/Mesh tool, xuất hiện
các biểu tượng trên Tool bar → Dùng các công cụ này để làm sạch bề mặt lưới(
tính năng của các dụng cụ đã được trình bày trong phần Mesh của mục 3.2
trang 29)
Hình 2.8 : Các công cụ xử lý dữ liệu
Tùy từng file quét mà chúng ta sử dụng các công cụ cho thích hợp trong
mẫu quét này em dùng một vài tính năng công cụ như :

35
- Tìm lại dữ liệu điểm mà dữ liệu tam giác chồng chéo lên nhau và xóa bỏ
phần đó đi bằng công cụ Fend Defech
- Tự động tìm các dữ liệu rời rạc và liên kết chúng lại với nhau Healing
Wizard
- Làm bóng các bề mặt Smooth
- Giảm số lượng lưới tam giác Decimate
- Tối ưu hóa dữ liệu lưới Optimize Mesh
Hình dưới đây thể hiện kết quả của của các công cụ xử lý dữ liệu sau khi
quét.
Hình 2.9 : Xử lý dữ liệu quét

36
3.2.3.2. Phân mảng vùng dữ liệu (Region Group)
Kích hoạt biểu tượng Region Group trên Task bar hoặc theo đường
dẫn Tool/Region Tools, rên Tool bar xuất hiện các biểu tượng sau, tương ứng
với các công cụ cho việc phân vùng :
Để phân vùng tự động ta chọn (Auto segment)
Hình 2.10: Phân vùng tự động
Việc phân vùng tự động chưa hoàn chỉnh vì có nhiều mặt tự do, khó cho
việc thực hiện các bước sau này, do đó tiếp tục việc phân vùng bằng tay. Chọn
ToolMesh toolSpilt. Chuyển con trỏ chuột sang chế độ Paint Brush ( kích hoạt
SelectModePain Brush).
Giảm kích cỡ của chổi rồi phân những vùng lớn thành vùng nhỏ hơn, theo
những định dạng cơ bản: mặt phẳng, phần mặt trụ, mặt tự do có hình dạng đơn
giản nhất . Kết hợp với các công cụ Remove, Append để chỉnh sửa, được kết quả
cuối cùng .
Hình 2.11 : Hình ảnh chi tiết sau khi phân vùng hoàn chỉnh

37
3.2.3.3. Xây dựng hoàn chỉnh mô hình CAD
Trước hết ta chọn Tool AlignWizard để tạo hệ tọa độ thiết kế lý tưởng.
Kết quả như hình vẽ :
Hình 2.12 : Hình ảnh chi tiết sau chọn hệ tọa độ hoàn chỉnh
a. Xây dựng lại mặt trên của chi tiết từ dữ liệu số hóa
Bước 1 : Tạo khối đặc bao quanh biên dạng ngoài của chi tiết.
Để tạo khối đặc bao quanh chi tiết ta dựng mặt phẳng Surface phane1(đi
qua mặt đáy và song song với mặt phẳng Right ).
Trình đơn : Kích chọn biểu tượng (Ref.PlaneProperty) trên thanh công
cụ chọn Pickpoin & Normal Axis (trong mục Method) kích chọn mặt làm cơ sở
kích chọn 1 điểm trên mặt đáy →Kích chuột trái kết thúc câu lệnh .
Hình 2.13: Tạo bề mặt Surface phane1

38
Sau đó ta chuyển vào chế độ Mesh Sketch chọn mặt phẳng phác thảo cơ
bản( Base Plane) là mặt phẳng Plan1 và tạo 1 phác thảo là biên dạng ngoài của
khối trụ.
Hình 2.14 : Phác thảo biên dạng khối đặc.
Sử dụng các câu lệnh trong Mesh Sketch để tạo ra biên dạng Skecth cho
khối trụ
Hình 2.15 : Biểu tượng của các thanh lệnh trong Mesh Sketch.
Ta được kết quả như hình vẽ
a. b.
Hình 2.16 : Biên dạng Sketch chủa khối đặc.
a.Sketch chưa chỉnh sửa b. Sketch hoàn chỉnh.

39
Sau khi tạo ra 1 biên dạng sketch ta sẽ tạo ra khối trụ bằng lệnh đùn theo
biên dạng Sketch vừa tạo ra .
Trình đơn: Kích chọn biểu tưởng (Extrude) để đùn phác thảo lên→ chọn
khối cơ bản (Base Sketch) là Sketch1 → Chọn phương pháp đùn (Method) là
Up to Region → Chọn bề mặt cần đùn tới → Kích chuột trái kết thúc câu
lệnh . Ta được khối bao quanh chi tiết.
Hình 2.17: Tạo khối đặc bằng lệnh Extrude
Bước 2: Tạo các khối cơ bản (trụ, cầu) trên mặt phẳng của khối đặc vừa tạo .
Ý tưởng : Để tạo ra được hình dạng của các khối ở mặt trên của chi tiết ta
cần tạo ra các mặt phẳng theo biên dạng của chi tiết, sau đó chúng ta dùng các
lệnh Trim Surface để cắt các mặt phẳng và lệnh Cut để cắt khối trụ ở bước 1
thành hình dạng của chi tiết, dùng lệnh Sew để khâu các bề mặt lại với nhau và
cuối cùng chúng ta dùng lệnh Boolean để cộng các khối thành khối hoàn chỉnh
như hình dưới đây .
Hình 2.18 : Mô hình kết quả của bước 2

40
* Dựng bề các bề mặt cầu (Surface Sphere).
Trình đơn: Chọn Insert/Surface/Privitimes, hoặc kích chọn biểu tượng
trên thanh Task bar → Chọn vùng đám mây điểm tạo nên hình cầu → Kích
chọn Sphere trong Shape to Create và kích chọn tùy mục Extract Specific
Shape → Chọn Get Partial Shape trong phần More Options → Kích chọn
OK. Bề mặt cầu Surface Sphere 1 được tạo ra như hình vẽ dưới đây.
a. b.
Hình 2.19: Xây dựng bề mặt Surface Sphere1
a.Cách tạo bề mặt b. kéo dài bề mặt
Chú ý : Để thuận tiện cho việc cắt hình thành khối sau này chúng ta nên kéo dài
surface tạo ra bằng cách kích chọn (Extend Surface) → Chọn cạnh cần kéo dài,
sau đó giữ chuột trái và kéo tới độ rộng thích hợp (Hình vẽ b).
Làm hoàn toàn tương tự với lựa chọn Sphere trong Shape to Create ta
dựng các bề mặt Surface Sphere khác theo bề mặt từng vùng của dữ liệu số hóa.
a) b)
Hình 2.20 : Một số bề mặt Surface khác
a)Surface Sphere2 (mặt cầu 2 ) b) Surface Sphere3 (mặt cầu 3 )

41
* Dựng bề các bề mặt trụ (Surface Cylinder) .
Trình đơn: Chọn Insert/Surface/Privitimes, hoặc kích chọn biểu tượng
trên thanh Task bar → Chọn phân vùng hình thành nên hình trụ → Kích
chọn Cylinder trong Shape to Create và chọn mục Extract Specific Shape
→Chọn Get Partial Shape trong phần More Options → Kích chọn OK .Bề
mặt cầu Surface Cylinder1 được tạo ra như hình vẽ dưới đây.(Hình 2.20a )
a. b.
Hình 2.21: Xây dựng bề mặt Surface Cylinder1
a.Cách tạo bề mặt b. kéo dài bề mặt
Làm hoàn toàn tương tự với các lựa chọn Cylinder , Plane (mặt
phẳng) ,Cone (mặt nón), Torus (mặt xuyến) trong Shape to Create ta
dựng các bề mặt Surface Cylinder, Plane, Surface Cone, Surface Torus theo
bề mặt từng vùng của dữ liệu số hóa tùy theo từng chi tiết cụ thể.
* Ta cũng có thể tạo mặt phẳng từ một mặt bất kỳ nào của khối được tạo
ra ở bước 1 bằng lệnh Surface Offset.
Trình đơn: Kích chọn biểu tượng (Surface Offset) trên thanh Task bar
hoặc chọn theo đường dẫn Insert/Surface/Offset → Chọn bề mặt Offset trong
mục Base → Chọn khoảng cách Offset trong ô Offset Distance ( Trong trường
hợp này ta chọn khoảng cách Offset là 0 .
Hình 2.22 : Tạo bề mặt bằng lệnh Surface Offset

42
* Mô hình tổng thể các mặt Surface
Surface Sphere1
Surface Cylinder1
Surface Offset1
Surface Plane1
Surface Sphere3 Surface Sphere2
Hình 2.23 : Mô hình tổng thể của các bề mặt được tạo
Công việc tiếp theo dùng lệnh Trim Surface cắt loại bỏ phần thừa khi các
mặt phẳng giao nhau để tạo phục vụ cho lệnh Cut khối trụ ở bước sau .
Trước tiên ta tiến hành cắt Surface Sphere1 và Surface sphere2.
Trình đơn: Kích chọn (Trim Surface) → Chọn Surface Sphere1 và
Surface Sphere2 → chọn phần giữ lại trên mỗi Surface trong mục Result
→Kích chuột trái vào kết thúc câu lệnh . Ta được kết quả Trim1 như hình
dưới đây :
Hình 2.24 : Bề mặt Surface trước và sau khi thực hiện lệnh Trim Surface

43
Hoàn toàn tương tự ta thực hiện lệnh Trim Surface với các cặp mặt phẳng
(Surface Sphere3, Surface Plane1) và (Surface Offset 1, Surface Sphere3) ta
được kết quả như sau :
Hình 2.25 : Bề mặt của các Surface sau khi cắt
* Sau khi đã tạo rạ được các Surface như hình vẽ, chúng ta sử dụng các
Surface này để cắt khối trụ được tạo ra ở bước 1 (Extrude 1) hình thành nên các
mặt còn ở mặt trên của chi tiết.
Trình đơn: Kích chọn biểu tượng trên thanh Task bar, hoặc chọn theo
đường dẫn Insert/Solid/Cut → chọn bề mặt làm biên dạng cắt (Trim1) trọng
mục Tool Entities → Chọn khối được cắt (Extrude1) trong mục Target Bodies
→ Kích chuột trái vào Chọn phần dữ lại chủa khối trong mục Region Fitting
Options → Chọn kết thúc câu lệnh.
Hình 2.26: Mô hình khối trước và sau khi thực hiện lệnh cắt

44
Thực hiện hoàn toàn tượng tự với các lệnh Cut cho Extrude1 và Surface
Cylinder1 ta được kết quả như hình vẽ dưới đây (Hình 2.25)
Hình2.27 : Kết quả mô hình sau lệnh Cut Hình2.28 : Dán bề mặt bằng lệnh Sew
* Dùng lệnh Sew để dán Surface Offset 1, Surface Sphere3 với nhau để
tạo thành một mặt (hình 2.26)
Trình đơn : Kích chọn biểu tượng trên Task bar, hoặc chọn theo
đường dẫn Insert/Surface/Sew →chọn Surface Sphere3 (Trim4) và Surface
Offset1 (Trim3) ở mục Surface Boides → Kích chọn kết thúc câu lệnh.
* Mô hình được tạo ra chưa phải là một khối thống nhất để thuận lợi cho
các thao tác tiếp theo ta sẽ cộng các khối lại với nhau với lệnh Bolean
Trình đơn : Kích chọn biểu tượng trên thanh Task bar, hoặc chọn
theo đường dẫn Insert/Solid/Boolean → chọn các khối cần cộng với nhau
→Chọn OK kết thúc lệnh.
Hình 2.29 : Mặt trên của chi tiết trước và sau khi thự hiện lệnh Boolean

45
Bước 3 : Dùng lệnh Hollow tạo độ dày cho các cạnh và mặt của chi tiết
Trình đơn : Kích chọn biểu tượng trên thanh Task bar, hoặc chọn
theo đường dẫn Insert/Solid/Hollow → Chọn khối cần tạo trong mục Body, điền
chiều dày cần tạo trọng ô Depth → Chọn bề mặt cần xóa trong ô Remove
Face→Nếu có nhiều cạnh cần tạo chiều dày với độ dày khác nhau chúng ta có
thể chọn từng cạnh và độ dày tương ứng trong mục Multi – Thickness Faces →
Chọn OK kết thúc lệnh.
Hình 2.30: Thao tác lệnh Hollow
Hình 2.31 : Kết quả tạo độ dày cho các cạnh từ dừ liệu Scan

46
Bước 4: Tạo khối trụ chữ nhật ở mặt trên của chi tiết và đường gấp ở
cạnh bên của chi tiết.
Hình 2.32: Các phần cần thiết kế ở bước 3
Ý tưởng : Tạo ra các mặt cắt đi qua khối trụ sau đó xây dựng Mesh
Sktech để hình thành nên biên dạng Sktech, Dùng các lệnh Extrude để tạo khối,
Xây dựng các Surface dùng làm các mặt cắt để căys các phần thừa, sau đó cộng
khối lại ta được kết quả như hình:
Hình 2.33: Mô hình kết quả của bước 4

47
Bước 5: Xây dựng khối trụ (tròn ,chữ nhật ), các gân ở mặt trên của chi
tiết.
Ý tưởng : Do các khối trụ, các gân là đối xứng nhau nên để tạ ra được
trước xây dựng các sktech theo dứ liệu số hóa , sau đó dùng các lệnh Extrude,
Mirror để hình thành nên hình dạng mặt trên của chi tiết cần thiết kế. Ý tưởng
này được làm rõ qua các bước sau đây.
* Xây dựng 4 khối trụ tròn ( Thứ tự công việc : Tạo mặt phẳng làm việc,
xây dựng Mesh Sktech trên mặt phẳng vừa tạo, Extrude, Cut, Mirror).
Hình 2.34 : Qui trình xây dựng khối trụ tròn
(Theo thứ tự từ trái qua phải, từ trên xuống dưới )

48
* Hoàn toàn tượng tự ta có thể xây dựng được các khối trụ còn lại và các
gân bám theo đám mây điểm đã phân vùng hình thành nên từng bề mặt của chi
tiết.
Kết quả sau bước 5 đã hình thành nên các khối cơ bản của mặt trên chi tiết
( Kết quả của mục 3.1).
Hình 2.35 : Mô hình kết quả mặt trên của chi tiết

49
b. Xây dựng lại mặt dưới của chi tiết từ dữ liệu số hóa
Hốc
Lỗ tròn
Gân cứng
Khối trụ tròn
Khối trụ vát chữ nhật
Hình 2.36 : Mặt dưới của chi tiết đã được số hóa
Trình tự công việc :
Bước 1 : Tạo hốc
Bước 2: Xây dựng các gân tăng cứng
Bước 3 : Xây dựng 4 trụ vát chữ nhật ở bốn góc
Bước 4: Đục các lỗ tròn
Bước 5 : Xây dựng các khối trụ tròn
Ý tưởng chung cho các bước : Tạo ra các mặt phẳng phù hợp → xây
dựng các Mesh Sktech → Dùng một số lệnh (Extrude, Surface Pritimives,
Extent Surface, Cut, Mirror ..) để tạo ra biên dạng của chi tiết.

50
Bước 1 : Xây dựng hốc như hình vẽ.
Hình 2.37 : Mô hình cần dựng lại ở bước 5 nhìn ở các góc độ khác nhau
Ý tưởng thiết kế: Dùng các mặt phẳng Surface tạo ra từ dữ liệu số hóa
làm các mặt phẳng cắt để cắt mô hình khối tạo hốc cho chi tiết.
* Tạo các mặt phẳng: Ở đây ta dùng lệnh Surface Offset và Surface
Extrude để tạo ra các mặt.
+ Trước tiên là tạo mặt phẳng bằng lệnh Surface Offset: Kích chọn
→Chọn các mặt phẳng làm cơ sơ để Offset trong mục Face và điểm khoảng
cách cần Offset trong mục Offset Distance →Chọn Ok kết thúc câu lệnh.
Sau đó sử dụng lệnh Extend Surface để kéo dài các mặt phẳng vừa tạo tới
kích thước thích hợp tùy theo mỗi mẫu thiết kế (Lệnh này đã được thực hiện ở
trên)
Hình 2.38 : Tạo mặt phẳng sử dụng lệnh Surface Offset và Extend.

51
Surface Offset2
Surface Offset 4 Surface Offset 3
Hình 2.39 : Các mặt phẳng được tạo ra bằng Surface Offset
Dùng lệnh Trim để cắt các phần thừa giữa các mặt phẳng (trong phần này
chúng ta dùng lệnh Trim 2 lần ). Thao tác và kết quả được thể hiện ở hình dưới
đây.
Trim 5 giữa (Surface Offset 3 và Surface Offset 2 ).
Hình 2.40: Kết quả của lần cắt thứ nhất
Trim 6 (Thực hiện lấy phần giao giữa Trim 5 với Surface Offset 4).
Hình 2.41 : Kết quả của lần cắt thứ 2

52
+ Tạo mặt phẳng bằng lệnh Surface Extrude.
Hình 2.42 : Tạo mặt phẳng bằng Surface Extrude
Dùng lệnh Trim Surface để cắt 2 phẳng Surface Extrude vừa tạo với Trim 6
Hình 2.43 : Mặt phẳng tạo ra dùng để cắt khối
* Cắt tạo hốc
Dùng mặt phẳng vừa tạo ra làm mặt phẳng cắt :
Hình 2.44: Kết quả của bước 5 tạo hốc cho chi tiết

53
* Bước 2: Xây dựng các khối trụ tròn
Lần lượt tạo xây dựng các Sktech cho từng khối trụ sau đó dùng lệnh
Extrude (Tùy từng khối mà chúng ta có thể chọn tính năng Cut hay Merge trong
mục (Resutl Operator). Kết quả của bước 1 như hình vẽ dưới đây.
Hình 2.45 : Tạo khối trụ tròn từ số liệu số hóa
* Bước 3: Xây dựng các gân tăng cứng.
Thao tác và thứ tự công việc được thể hiện như sau :
Tạo mặt phẳng làm việc Xây dựng các Mesh Sktech
Hình 2.46 : Qui trình thực hiện bước 3.

54
* Hoàn toàn như việc xây dựng các khối trụ và gân tăng vứng ta có kết
quả của bước 3 hình .a), bước 4 (hình .b).
a. b.
Hình 2.47 : Mô hình kết quả của bước 4 và bước5.
c. Chỉnh sửa mặt trên, mặt dưới và hoàn thiện chi tiết.
Sau khi đã dựng lại khá đầy đủ hình dạng các khối, các gân… ở mặt trên
và mặt dưới của chi tiết từ dữ liệu được số hóa. Chúng ta tiến hành kiểm tra
chỉnh sửa chi tiết tại các góc cạnh bằng các lệnh Chamfer, Fillet, Draft .
* Bo tròn các góc cạnh bằng lệnh Fillet
Trình đơn: Kích chọn trên thanh Task Bar → Chọn mục Constant
Fillet → Chọn cạnh cần Fillet trọng mục Entitines, nhập bán kính cần Filllet →
Chọn Ok kết thúc câu lênh .
Chú ý : - Một trong những tính năng nổi bật của phần mềm thiết kế
ngược Rapidfrom trong lệnh Fillet đó chính là phần mềm sẽ tự tính toán cho ta
kết quả bán kính của cạnh cần Fillet từ số liệu quét, chúng ta chỉ cần chọn cạnh
cần Fillet rồi sau đó kích chuột trái vào biểu tượng lúc đó bán kính cần
bo sẽ hiện trong ô Radius .
- Nếu cần Fillet nhiều cạnh với bán kính khác nhau thì sau khi
chọn song cạnh thứ nhất và các thông số liên quan tới cạnh thứ nhất, ta kích
chuột trái vào biểu tượng trong mục Fillet Entity Set. Hoàn toàn cho các cạnh
tiếp theo nếu có .

55
- Sau khi chọn cạnh và bán kính Fillet song chúng ta có thể kiểm tra
xem với bán kính đó thì cạnh cần bo tròn đã chính xác với dữ liệu Scan chưa
bằng cách chúng ta phong to 1 đoạn của cạnh cần Fillet lên sau đó quan sát 2
đường được thành lập từ bán kính nhập vào đã trùng với dường mà máy quét số
hóa được không, nếu chưa chính xác ta nhập lại giá trị bán kính cho tới khi trùng
hoặc nằm trong khoảng dung sai cho phép .
Hình 2.48 : Chỉnh sửa bằng lệnh Fillet
Hoàn toàn tương tự với các cạnh còn lại của chi tiết

56
Đến đây ta đã thiết kế song mô hình CAD cho mẫu sản phẩm vỏ máy
khoan phá.
Mặt trên của chi tiết :
Dữ liệu quét Phân vùng
Mô hình CAD
Hình 2.49 : Toàn bộ mặt trên của chi tiết
Mặt dưới chi tiết :
Dữ liệu quét Phân vùng
Mô hình CAD
Hình 2.50 : Toàn bộ mặt dưới của chi tiết

57
3.2.3.4. Xuất file CAD cho các phần mềm CAD CAM khác
Sau khi đã xây dựng lại được toàn bộ mô hình CAD cho chi tiết từ số liệu
dữ hóa , do đây chỉ là phần mềm thiết kế ngược không có tình năng xuất sang
được bản vẽ 2D. Do vậy để thuận lợi cho quá trình tạo mẫu nhanh cho sản phẩm
và có được bản vẽ 2D của chi tiết mẫu , trước tiên chúng ta cần lưu file với các
định dạng đuôi Step, IGS. Rồi chuyển sang các phần mềm thiết kế 3D khác như
Catia, Inventer, Soild Wroks… để Export với định dạng đuôi STL để phục vụ
cho quá trình tạo mẫu nhanh ( được giới thiệu ở phần II), và tạo bản vẽ 2D.
* Lưu file với đuôi Step, IGS.
Ta chọn File/Export cửa sổ Export hiện ra như sau:
Hình 2.51 : Cửa sổ Export
Ta kích chọn vào mẫu CAD cần Export (khối sáng mầu lên) sau đó nhập
OK. Một cửa sổ khác hiện ra yêu cầu ta ghi lại tên file Export và kiểu định dạng
xuất ra. Ở đây để xuất sang Soid Worls ta chọn kiểu file là .igs (IGS file).

58
4.2. Đánh giá sai số thiết kế
4.2.1. Các phương pháp đánh giá sai số thiết kế
Theo công nghệ thiết kế ngược từ sản phần hình CAD nó trải qua các
bước : Quét mẫu sản phẩm lấy dữ liệu đám mây điểm rồi thiết kế lại mô hình
CAD trên cơ sở đám mây điểm bằng phần mềm thiết kế lại. Sai số của cả quá
trình thiết kế là TKδ sẽ tích hợp sai số do quá trình quét mẫu trên máy ATOS QMδ
bằng phần mềm ATOS -V6 và sai số trong quá trình thiết kế lại trên XOR REδ .
Để tìm sai số thiết kế ta có 2 cách:
Thiết bị quét Phần mềmTK
Mô hình mẫu Mô hình đám lại (XOR) Mô hình CAD
thật Sai số quét mây điểm Sai số thiết kế thiết kế lại
mẫu : QMδ lại : REδ
Đo trực tiếp trên mẫu so sánh với mô hình CAD
Sai số thiết kế : TKδ
Hình 2.52 : Sơ đồ đánh giá sai số
Cách 1 : Ta tính toán, tìm sai số trong quá trình quét mẫu QMδ và sai số
thiết kế lại đám mây diểm REδ . Sau đó tính sai số thiết kế theo công thức:
REQMTK δδδ += (2.1)
Theo cách này thì chúng ta có thể biết đánh giá sai số cụ thể của từng
công đoạn . Rất trực quan ta có thể biết được sai số thiết kế chủ yếu ở giai đoạn
nào. Tuy nhiên rất khó tìm sai số quét mẫu do nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
- Sai số của thiết bị quét (Sai số của máy quét ATOS). Sai số này khoảng
50 µm tuy nhiên nó không cố định mà còn phụ thuộc vào cự ly quét, khoảng
cách máy tính toán tiêu điểm (Focused), chế độ quét, điều kiện ánh sáng, phông
nền, kích thước mẫu quét, ống kình quét... rất khó xác định và chưa có công cụ
tính toán các sai số này.

59
- Phụ thuộc vào sai số khi sử dụng phần mềm quét. Đó chính là sai số tính
toán của phần mềm khi điều khiển máy, bắt vật mẫu, điều chỉnh tiêu cự, sai số
do người dùng điều chỉnh, chọn chế độ điều khển máy, độ phân giải ảnh tối đa
của phần mềm có cao hơn được máy hay không dẫn đến sẽ cho ta ảnh có chất
lượng hay không ...
Cách 2 : Để đánh giá sai số trong quá trình thiết kế TKδ ngoài cách thứ
nhất như trên ta còn 1 cách truyền thống nhất là đo trực tiếp sai số trên mô hình
thật sau đó so sánh với mô hình CAD thiết kế. Đây là phương pháp đánh giá ít
sai lệch nhất vì không có khâu trung gian, cho độ tin cậy cao nhất. Tuy nhiên
phương pháp này không đánh giá hết được các đặc tính thiết kế hơn nữa quá
trình đo nhiều lần ở nhiều góc độ khác nhau mất không ít thời gian (đôi khi
không thực hiện được). Phương pháp này phụ thuộc vào nhiều thiết bị, dụng cụ
đo kiểm chính xác như máy đo tọa độ CMM, Pamel số, thước kẹp, đồng hồ so…
Thước cặp Dụng cụ đo độ sâu Dụng cụ đo độ cao
Pamel đo mặt ngoài Pamel đo mặt trong Đồng hồ so
Bộ kích thước chuẩn Bàn chuẩn Thước đo Lazer
Hình 2.53: Các dụng cụ đo chính xác
Trong đồ án này em sẽ thực hiện đánh giá sai số theo cách 1 nhưng chỉ
dừng lại ở việc đánh giá sai số thiết kế lại mô hình CAD với dữ liệu số hóa bằng
phần mềm XOR.

60
4.2.2. Đánh giá sai số giữa mô hình CAD đã thiết kế với dữ liệu số hóa
Sai số giữa mô hình CAD thiết kế lại với số liệu số hóa – đám mây điểm:
REδ có thể lấy được 1 cách dễ dàng nhờ công cụ trong XOR đó là Accuracy
Analyzer (TM). Công cụ này sẽ đối chiếu mô hình CAD đã thiết kế với mô hình
đám mây điểm cơ sở để đưa ra sai số cụ thể cho chi tiết ở từng thời điểm, từng
bề mặt, góc cạnh .Sai số này được thể hiện trực tiếp bằng màu sắc trên mô hình
CAD đã thiết kế với dung sai người thiết kế lựa chọn. Người thiết kế có thể thấy
được những phần, những vùng nào có sai số không nằm trong vùng sai số cho
phép để điều chỉnh thiết kế lại, sửa lại trên mô hình CAD.
Để sử dụng công cụ này ta kích chuột phải lên thanh công cụ Tool Bar
kích chọn Accuracy Analyzer (TM).
Để đưa ra bảng màu dung sai cho mô hình CAD đã thiết kế ta kích chọn
vào tùy mục Deviation trong phần Type. Phần mềm sẽ tính toán đưa ra các màu
dung sai cho mô hình CAD theo bản đồ màu .
Hình 2.54 : Đánh giá sai số giữa mô hình CAD(mặt trên) đã thiết kế với dữ liệu số
hóa.

61
Hình 2.55 : Đánh giá sai số giữa mô hình CAD(mặt dưới) đã thiết kế với dữ liệu số
hóa
Để tự định nghĩa miền dung sai hiển thị ta kích chọn tùy mục Alowable
Tolerance. Nhập giá trị dung sai trên và dưới tại tùy chọn Low và Hight (ở
trong mục của bài thiết kế ta chọn là mm2.0± ) và chọn màu hiển thị cho miền
dung sai . Khi không lựa chọn tùy mục này máy sẽ tự chọn miền dung sai là
mm1.0± .
Ta cũng có thể thay đổi các giới hạn dung sai của bảng màu (Colorbar) bằng
cách kích chuột vào mũi tên màu xanh lam ở 2 đầu giới hạn của bảng màu . Có
thể di chuyển hoặc kích đúp vào nó và gõ giá trị giới hạn dung sai. Phần mềm sẽ cập
nhật tự động phân chia lại bản đồ màu và hiển thị trên mô hình CAD.
Hình 2.56 : Bản đố màu cập nhật mô hình sau khi giảm giới hạn dung sai

62
Ngoài việc tính toán đưa ra dung sai đã thiết kế, công cụ Accuracy
Analyzer này còn có các tùy chọn hiển thị sai số theo các kiểu khác nhau do
người sử dụng thiết lập. Không chỉ đưa ra sai số sau khi thiết kế xong mô hình
CAD, mà tại bất kỳ thời điểm nào đó cũng có thể được sử dụng để hỗ trợ thiết
kế như : Hỗ trợ lập các phác thảo Mesh Sketch, 3D Sketch, bắt điểm cho các
đường Polyline, so sánh các cung vẽ, các đường cong phác thảo…
Hình 2.57 : Accuracy Analyzer trong hỗ trợ bắt điểm , tạo phác thảo 3D

63
5.2. Một vài mô hình CAD được thiết kế lại từ dữ liệu số hóa
Hình 2.58 : Một vài mô hình CAD được xây dựng lại trên phần mềm Rapidfom XO
* Trong chương này em đã hoàn thành việc thiết kế lại mô hình CAD từ
mẫu sản phẩm có sẵn. Tiếp theo em sẽ trình bày công nghệ tạo mẫu nhanh để
tạo ra mô hình chi tiết. Chi tiết quá trình này sẽ được trình bày cụ thể ở phần II.

64
PHẦN II : CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH
CHƯƠNG III : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH
Từ dữ liệu mô hình CAD, chúng ta có thể áp dụng công nghệ tạo mẫu
nhanh (Rapid Prototyping) để tạo mẫu sản phẩm. Cũng có thể tạo mẫu trên máy
phay CNC, khi đó phải lập trình NC nhờ các phần mềm CAD/CAM chuyên
nghiệp như Cimatron, Pro/Engineer, Gib CAM …để tạo ra các đường chạy
dao. Hoặc chúng ta thiết kế khuôn cho chi tiết.
3.1. Giới thiệu kỹ thuật tạo mẫu nhanh
Kỹ thuật tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping - RP) là kỹ thuật in hình ảnh
nổi chi tiết mẫu. Là khái niệm mới mẻ trong lĩnh vực chế tạo máy hiện nay.
Phương pháp này có thể tạo ra vật thể không gian 3 chiều trực tiếp từ dữ liệu mô
hình CAD 3D với thời gian rất ngắn. Kỹ thuật này góp phần giảm đáng kể thời
gian, chi phí trong quá trình thiết kế cơ khí. So với phương pháp gia công truyền
thống kỹ thuật này có ưu điểm như sau: Không cần chuẩn bị dụng cụ cắt gọt.
Không tốn đồ gá, sửa đổi nhanh, thiết kế lại chi tiết thuận lợi, có thể thiết kế
những chi tiết phức tạp mà khi gia công trên những máy công cụ số khó khăn
hoặc không gia công được.
Ra đời vào năm 1998, kỹ thuật tạo mẫu nhanh đang tồn tại hơn 30 công
nghệ khác nhau như : SLA, LOM, SLS, …. Với nguyên tắc chung là bồi đắp vật
liệu hoặc tách vật liệu theo lớp. Với mỗi phương pháp, mỗi loại vật liệu khác
nhau thì độ chính xác cũng khác nhau.
* Ưu điểm của công nghệ tạo mẫu nhanh.
Tạo mẫu nhanh có những ưu điểm sau đây:
+ Tăng khả năng quan sát trong quá trình thiết kế.
+ Tạo được mẫu có độ phức tạp cao.
+ Giảm chi phí, thời gian thiết kế và chế tạo.
+ Cho phép giảm chu kỳ thiết kế, chế tạo sản phẩm để mang sản phẩm ra thị
trường nhanh hơn.

Đồ án - ebook: Công nghệ SCAN 3D, Thiết kế ngược, in 3D nhanh

Đồ án - ebook: Công nghệ SCAN 3D, Thiết kế ngược, in 3D nhanh

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Đồ án - ebook: Công nghệ SCAN 3D, Thiết kế ngược, in 3D nhanh

Similar to Đồ án - ebook: Công nghệ SCAN 3D, Thiết kế ngược, in 3D nhanh (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Đồ án - ebook: Công nghệ SCAN 3D, Thiết kế ngược, in 3D nhanh