1.2　3D打印建模方法

3D打印建模方法主要分為正向設計、逆向設計和正逆向混合設計。這三種方法在具體應用時，可以利用三維軟件建模、儀器設備測量建模或利用圖像或者視頻建模，采用其中的一種或幾種技術相結合。

1.2.1　正向設計

正向設計的方法是一個從概念設計起步到CAD模型，它是設計者在進行產品造型設計時主要采用的方法。正向設計的一般流程包括：首先對要設計產品的功能進行分析，在此基礎上進行產品的概念設計，即提出滿足功能需求、所有的原理實現方案，通過比較選擇合適的原理方案；然后通過分析計算得出詳細的結構參數，在此基礎上建立產品模型。對于復雜的產品，正向設計過程難度系數大、周期較長、成本高、產品研制開發難。正向設計是一個反復的過程，由于設計者無法完全預估產品在設計過程中會出現的狀況，需要不斷地修改設計方案，才能最終確定產品的定型結構。

常用的正向設計軟件包括UG NX、PTC CreoParamatric、SolidWorks、CATIA等。它們的共同特點是利用一些基本的幾何元素（如立方體、球體等），通過一系列幾何操作（如平移、旋轉、拉伸以及布爾運算等）來構建復雜的幾何實體。圖1-2所示為采用正向設計方法建立的掃地車產品模型。

圖1-2　正向設計方法建立的掃地車產品模型

1.2.2　逆向設計

逆向設計又稱反求設計，是一種基于逆向推理的設計，通過對現有樣件進行產品開發，運用適當的手段進行仿制，或按預想的效果進行改進，并最終超越現有產品或系統的設計過程。逆向設計的一般流程包括：首先對產品樣件進行三維數據采集，然后通過相關軟件對采集的數據進行降噪、精簡、光順等數據處理，最后進行模型的重構或修改，從而得到產品的三維模型。常用的逆向設計軟件包括Imageware、Geomagic Studio等。

1.2.3　正逆向混合設計

傳統的設計方法以正向設計為主，但并不能滿足產品設計的需求，將正向設計和逆向設計有機地結合起來已成為設計研發領域的一種趨勢。逆向設計和正向設計方法各有所長，逆向設計優勢在于測量數據點的強大處理功能和復雜自由曲面的設計，一般逆向軟件都提供了對自由曲面的重構、編輯修改等功能；正向設計優勢在于特征造型和實體造型，對零件特征的編輯修改比較方便。復雜產品外殼常常既帶有復雜曲面，又包含一些簡單特征，要通過單一的逆向設計或正向設計方法難以實現設計意圖。為此，需要把逆向設計和正向設計的優勢結合起來，即采用正逆向混合建模技術，對現有產品進行第二次創新。

混合設計是從測量數據中提取出可以重新進行參數化設計的特征及設計意圖，進行再設計，完成CAD 模型。混合建模方法可以分為三種：基于特征與自由形狀的反求建模方法混合；基于截面線與基于面的曲面重建方法混合；幾何形狀創建過程中曲線曲面的特征形式表達與NURBS 形式表達混合。混合建模結合了正向建模與逆向建模的優勢，將產品經過三維掃描，獲得點云數據，對工件進行對齊、封裝、修復、填充等處理建立網格面模型，然后經過特征提取、草圖設計和定位對齊等來正向設計，以此獲得CAD 模型，如圖1-3所示。正逆向混合建模軟件包括Geomagic Design Direct等。

圖1-3　正逆向混合建模