1.2　3D打印建模方法

3D打印建模方法主要分为正向设计、逆向设计和正逆向混合设计。这三种方法在具体应用时，可以利用三维软件建模、仪器设备测量建模或利用图像或者视频建模，采用其中的一种或几种技术相结合。

1.2.1　正向设计

正向设计的方法是一个从概念设计起步到CAD模型，它是设计者在进行产品造型设计时主要采用的方法。正向设计的一般流程包括：首先对要设计产品的功能进行分析，在此基础上进行产品的概念设计，即提出满足功能需求、所有的原理实现方案，通过比较选择合适的原理方案；然后通过分析计算得出详细的结构参数，在此基础上建立产品模型。对于复杂的产品，正向设计过程难度系数大、周期较长、成本高、产品研制开发难。正向设计是一个反复的过程，由于设计者无法完全预估产品在设计过程中会出现的状况，需要不断地修改设计方案，才能最终确定产品的定型结构。

常用的正向设计软件包括UG NX、PTC CreoParamatric、SolidWorks、CATIA等。它们的共同特点是利用一些基本的几何元素（如立方体、球体等），通过一系列几何操作（如平移、旋转、拉伸以及布尔运算等）来构建复杂的几何实体。图1-2所示为采用正向设计方法建立的扫地车产品模型。

图1-2　正向设计方法建立的扫地车产品模型

1.2.2　逆向设计

逆向设计又称反求设计，是一种基于逆向推理的设计，通过对现有样件进行产品开发，运用适当的手段进行仿制，或按预想的效果进行改进，并最终超越现有产品或系统的设计过程。逆向设计的一般流程包括：首先对产品样件进行三维数据采集，然后通过相关软件对采集的数据进行降噪、精简、光顺等数据处理，最后进行模型的重构或修改，从而得到产品的三维模型。常用的逆向设计软件包括Imageware、Geomagic Studio等。

1.2.3　正逆向混合设计

传统的设计方法以正向设计为主，但并不能满足产品设计的需求，将正向设计和逆向设计有机地结合起来已成为设计研发领域的一种趋势。逆向设计和正向设计方法各有所长，逆向设计优势在于测量数据点的强大处理功能和复杂自由曲面的设计，一般逆向软件都提供了对自由曲面的重构、编辑修改等功能；正向设计优势在于特征造型和实体造型，对零件特征的编辑修改比较方便。复杂产品外壳常常既带有复杂曲面，又包含一些简单特征，要通过单一的逆向设计或正向设计方法难以实现设计意图。为此，需要把逆向设计和正向设计的优势结合起来，即采用正逆向混合建模技术，对现有产品进行第二次创新。

混合设计是从测量数据中提取出可以重新进行参数化设计的特征及设计意图，进行再设计，完成CAD 模型。混合建模方法可以分为三种：基于特征与自由形状的反求建模方法混合；基于截面线与基于面的曲面重建方法混合；几何形状创建过程中曲线曲面的特征形式表达与NURBS 形式表达混合。混合建模结合了正向建模与逆向建模的优势，将产品经过三维扫描，获得点云数据，对工件进行对齐、封装、修复、填充等处理建立网格面模型，然后经过特征提取、草图设计和定位对齐等来正向设计，以此获得CAD 模型，如图1-3所示。正逆向混合建模软件包括Geomagic Design Direct等。

图1-3　正逆向混合建模