引言
基于逆向设计的无人机叶片制造大体包含两个步骤，其一是叶片的逆向建模，主要是利用三维扫描仪采集叶片数据，并在数据预处理的基础上通过逆向设计优化得到新模型；其二是叶片的3D打印，具体又可分为熔融沉积成型技术（FDM）、立体光固化成型技术（SLA）和选择性激光烧结（SLS）等类型。本文选择FDM打印技术，并简要概述了无人机叶片FDM打印过程，并且对打印时常见的不出料、测温异常等问题提出了针对性的处理建议，为应用3D打印技术高精度、高效率地制造出无人机叶片提供了一定的帮助。
1逆向工程技术概述
逆向工程技术是对产品设计的逆向分析和研究，它概括了产品设计过程、组织结构、性能和效率，设计出相似但具有定义特性的产品。逆向工程是再现产品设计技术的过程。目前，逆向工程广泛应用于产品设计、质量分析等领域，不仅可以大大减少产品开发和设计时间，降低设计使用成本，还可以加快产品设计速度，提高产品效率，具有广阔的应用前景。可用于逆向工程的操作软件主要包括Imageware、GeomagicStudio、CopyCAD等。逆向工程遵循点线曲面过程，这是直接设计模拟。原始设计意图由对象上的点云测量，以便能够准确地重建模型。逆向工程的真正价值是通过重组进行创新学习。
2基于逆向工程的无人机建模
2.1数据的采集
采集测量对象的基础数据是逆向建模的第一步，而所得数据的完整性、准确性则直接影响着逆向工程的成败。传统的接触测量是利用传感器探头接触被测物体，获取其形状信息。但是接触摩擦容易划伤被测物体，并且不适合有自由曲面或空腔结构的零件。基于手持式三维扫描仪的非接触式测量则能有效解决上述问题，并且效率和精度都得到了大幅度提高。
2.2数据的处理
通过数据处理可以对无人机叶片模型进行优化，这也是提高叶片制造精度的关键步骤。使用Imageware逆向软件进行数据处理和叶片模型的重建。在数据采集过程中，由于设备晃动等原因可能会导致点云数据中存在一些脱离曲面的离散点。因此数据处理环节需要剔除异常点，保证最终生成的叶片模型具有足够高的精度。选择不同测量方式获得的点云数据，对于异常点数据的处理方式也存在差异。可以使用Imageware软件提供的直接检查和放大功能，将明显的多余点和噪音点删除。对于那些不太明显的异常点，则可以选择体外孤点功能进行删除。通过对比异常点处理前后无人机叶片模型的变化，在确认异常点消失后保存当前的叶片点云数据。
2.3无人机叶片模型的构建
构建叶片模型是进行3D打印的前提。基于Imageware软件给出的测量数据可知，无人机叶片直径为200mm，总高度为46.2mm，总宽度为18.8mm。模型主要分为两部分，即叶片端盖和叶片曲面。叶片模型的端盖部分可通过公差曲线拟合的方式生成。在Imageware软件的菜单栏中，选择“曲线”-“投影曲线”后，将叶片与端盖的相交线投影到外圆面上。将该曲线沿着Z轴旋转360°后，就可得到端盖模型。叶片模型的曲面部分必须要保证曲率的平滑过渡，因此要在曲面上尽可能选择更多的控制点。具体又可分为三个步骤：第一是截取剖面点云。将前期采集到的点云数据导入到软件中，并建立新的坐标系。创建5个间隔为10mm的基准平面，并在左右侧各拾取大量的点，同样执行投影命令，把这些点全部投影到平面上。通常来说，同一截面上点云数据越多，则点云与生成放样曲面的拟合性越好，即平面曲线越光滑。第二是根据点云构造闭合曲线。依次选择“曲线”-“艺术样条”-“通过极点”选项，可以得到多条从截面点云中分离出来的闭合曲线。再执行“曲面”-“网格曲面”命令，利用闭合曲线构建得到叶片曲面。第三是基于生成的叶片曲面，开展误差分析和光顺性检查。依次执行“分析”-“面形状”-“反射”命令，选择黑白线后通过斑马纹形状分析，可以得到叶片曲面的光顺性、曲率等参数。根据分析结果对曲面作出微调，直到叶片曲面的精度符合预期。
3叶轮的结构优化
3.1.叶轮参数化建模
叶轮分为大叶轮和小叶片叶轮。选择要优化的模型后，参数化建模将在软件中执行，并导入到ANSYSWorkbench优化模块中，模型将由Por/E软件进行参数化。此外，叶片根部厚度和叶轮圆角可以视为计算变量，其余可以视为常数。
3.2.叶轮模型的优化
分析叶轮模型后，确定了设计目标，即最大等效电压在保证模型质量的基础上小于材料应力。设计的目的是质量要尽可能小，变形大小不能太大，等效应力约为360MPa。需要将设计目标导入到参数管理器中，然后使用软件完成多目标优化。
4无人机旋翼逆向建模点云处理
将采集得到的共计约３００万的点云数据导入ＧｅｏｍａｇｉｃＷｒａｐ中，首先进行点云处理，主要包括删多边形数据处理对处理后的点云进行合并封装处理，得到旋翼的多边形数据。由于软件坐标系与点云的坐标系不一致，因此需在软件中为模型建立新的坐标系。取桨毂处上下平面的中间面做为ＸＺ平面，Ｘ轴方向与旋翼桨尖平面平行，Ｙ轴垂直于ＸＺ平面，并将该坐标系对齐到全局。合并后的多边形数据存在破损、凸起、交叉面等情况，需做进一步处理。使用填充功能对标志点、曲面、边界等破损位置进行修复，使用平滑功能对凸起、钉状物进行修复，使用网格医生做综合检查修复以后得到完整的翼型多边形数据。
结束语
通过对基于逆向工程的无人机叶轮再设计方法的研究，可知逆向工程技术在无人机叶轮的设计和优化中发挥着重要作用，不仅大大降低了开发成本和时间，而且改善了无人机叶轮的性能。通过对叶轮的数据采集、数据预处理、逆向重构和平滑，对叶轮结构进行了改造和优化，并实现了无人飞行器叶轮的再设计，提高了叶轮的效率和强度。
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