3D-Digitalisierung mit einer KMG
3D-Scannen mit einer KMG (Koordinatenmessmaschine) ist eine Methode zur Erstellung einer detaillierten digitalen Darstellung eines physischen Objekts durch Erfassung seiner Geometrie. Dieser Prozess kombiniert die Präzision einer KMG mit den Möglichkeiten des 3D-Scannens, um hochgenaue 3D-Messungen und das Reverse Engineering komplexer Maschinenteile oder Werkzeuge zu ermöglichen.
3D-Scan-Anwendungen
Das 3D-Scannen hat sich als ein wichtiges Werkzeug in jedem Schritt des Produktlebenszyklus-Managements (PLM) erwiesen. Dies gilt insbesondere für die neue Generation von wirklich tragbaren, selbstpositionierenden Scannern.
Die Fähigkeit des 3D-Scannens, die Lücke zwischen physischen Objekten in der realen Welt und der digitalen Designumgebung zu überbrücken, ist in einer Vielzahl von Industrien, die PLM nutzen – Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Konsumgüter, Fertigung und Schwerindustrie – äußerst wertvoll geworden.
Diese Industrien profitieren von schnelleren Markteinführungen, verbesserter Qualität, reduzierten Lagerkosten und einem besseren Verständnis der Produktleistung.
Reverse Engineering
Reverse Engineering ist ein Prozess, bei dem ein physisches Objekt vermessen und als 3D-Modell rekonstruiert wird, um die Designabsicht wiederherzustellen – eine perfekte Rekonstruktion des Originaldesigns – in Form einfacher analytischer Flächen (Ebenen, Zylinder) und Freiformflächen (NURBS), um ein neues CAD-Referenzmodell zu erstellen.
Als CAD-Ingenieure und Industriedesigner haben Sie die wichtige Aufgabe, Teile mit oft organischen und komplexen Formen anzupassen und zu warten. Da CAD-Modelle oft nicht verfügbar oder schwer zu finden sind, müssen Sie die 3D-Modelle rekonstruieren und in das Design integrieren.
Die Gründe für Reverse Engineering sind vielfältig: Ersatz beschädigter Komponenten (für die keine CAD-Modelle existieren), Aktualisierung veralteter Teile, Einpassen neuer Teile in eine bestehende Baugruppe oder Umgebung, Erstellung neuer Fertigungspläne oder einfach Analyse von Wettbewerbsprodukten. 3D-Scanner sind in der Regel die bevorzugte Technologie zur Gewinnung von Maßinformationen und deren Darstellung als Punktwolke oder automatisches und sofortiges Mesh.
SRSC verwendet den leistungsstarken Creaform MetraSCAN Black EliteTM, der unseren CAD-Ingenieuren ermöglicht, 3D-Modelle aus vorhandenen physischen Objekten zu erstellen. Darüber hinaus bietet die Scan-to-CAD-Software VXelement unseren Kunden die Flexibilität, gescannte Daten zu bereinigen, auszurichten und zu optimieren sowie Maßinformationen aus dem Mesh vor der Übertragung in CAD-Software zu extrahieren.
Hohe Detailgenauigkeit: Mit hoher Auflösung für komplexe Details und vollständiger Farbunterstützung ist die Scanqualität makellos für die Modellierung von Freiformflächen und die Darstellung kleinster Merkmale.
Vielseitigkeit: Mit fortschrittlichen Laser- und optischen Technologien und unbegrenzten Scanvolumina können 3D-Scanner jedes Teil messen, unabhängig von Größe, Form, Material, Oberflächenfinish und Komplexität.
Einfachheit: Mit einem Plug-and-Play-Gerät und benutzerfreundlicher Oberfläche war das Scannen von Objekten ohne Vorbereitung noch nie einfacher, unabhängig von der Erfahrung des Benutzers.
Geschwindigkeit: Im Gegensatz zu einer Punktwolke ist das erzeugte Mesh bereits verarbeitet und bereit für die nahtlose Integration in bevorzugte Reverse-Engineering-, CAD- oder 3D-Druck-Software.
3D-Scannen im PLM: Konzept
3D-Scannen wird in der Konzeptphase des PLM für eine Vielzahl von Prozessen verwendet, einschließlich der Bestimmung von Anforderungen und Spezifikationen, Konzeptdesign (einschließlich Reverse Engineering) und Konzeptprototyping.
Wie kann man Teile für den Automobil-Nachmarkt entwerfen, ohne Zugang zu CAD-Dateien?
Herausforderung
Unzählige Automarken und Modelle, aber keine CAD-Datei
Die Konstruktion von Teilen für den Automobil-Nachmarkt ist aufgrund der Vielzahl an Automarken und Modellen eine Herausforderung. Zudem werden jedes Jahr neue Modelle eingeführt. Wie kann also ein Teil, wie z.B. ein Innenraumteppich, so gestaltet werden, dass es zu jedem Fahrzeugtyp, Modell und Baujahr auf dem Markt passt? Wie können diese Teile effektiv gestaltet werden, wenn CAD-Dateien des Fahrzeuginnenraums kaum zugänglich sind? Wie können Teile erfolgreich gestaltet werden, wenn Messungen an komplexen Geometrien durchgeführt werden müssen und traditionelle manuelle Messmethoden zu einschränkend sind und keine präzisen Daten liefern?
Lösung
Einsatz tragbarer 3D-Scan-Technologie zur Erstellung hochdetaillierter CAD-Dateien
Die Lösung für die Herstellung maßgeschneiderter Teile für jedes Automodell ist ein tragbarer 3D-Scanner. Das 3D-Scan-Tool erfordert nur minimale Einrichtung und kann verwendet werden, um das Fahrzeuginnere schnell und direkt beim Händler zu scannen. Zudem ermöglicht es dem Entwickler von Nachrüstteilen, Zubehör für jedes Modell, Baujahr und jede Marke zu entwerfen. Schließlich ermöglicht es dem Unternehmen, seinen Kunden einen vollständigen Katalog anzubieten und mit neuen Zubehörteilen stets am Puls des Marktes zu sein, sobald ein neues Automodell herauskommt.
Nutzen
Schnellere, einfachere und effizientere Produktentwicklung
Mit einem tragbaren 3D-Scanner wird Scan-to-CAD zum Kinderspiel, was die Produktentwicklung schneller, einfacher und effizienter macht. Es ist schneller, weil die Produktentwicklung gleich beim ersten Mal korrekt durchgeführt wird. Es ist einfacher, weil das Plug-and-Play-Tool automatisch STL-Flächen generiert und Mesh-Dateien direkt ausgibt. Schließlich ist es effizienter, weil die Produktentwicklungskosten optimiert und günstiger als traditionelle manuelle Methoden sind. Außerdem ist die Designqualität höher, da das Scan-Tool alle Oberflächen mit mehr als einer halben Million Punkten pro Sekunde misst, um bessere Produktspezifikationen und Eigenschaften zu erhalten. Schließlich war der Nutzer, der sich für einen tragbaren 3D-Scanner als Designwerkzeug entschieden hat, der erste Anbieter, der ein solches Angebot seinen Kunden machte, was ihm einen Wettbewerbsvorteil auf dem Markt verschafft.
3D-Scannen im PLM: Design
3D-Scannen wird in der Designphase des PLM für CAD, Rapid Prototyping sowie Tests, Simulationen und Analysen (CFD, FEA) eingesetzt.
Rapid Prototyping bei der genauen Umwandlung von Tonmodellen in CAD-Dateien
Herausforderung
Digitalisierung komplexer physischer Objekte für Prototypen
Beim Entwurf eines ersten Prototyps ist es sinnvoll, zunächst ein physisches Modell zu erstellen, um es anfassen und testen zu können. Die physische Realität unterscheidet sich oft von CAD-Modellen. Ein erster Prototyp ermöglicht es Designern, Stillinien zu modifizieren und ein perfektes Design sicherzustellen. Außerdem ist es interessant zu sehen, was der Markt bereits bietet, um sicherzustellen, dass das geplante Design besser ist als das der Konkurrenz. Welche Rapid-Prototyping-Phasen müssen digital überwacht oder archiviert werden? Wie kann man diese Informationen zurück in CAD-Software bringen? Wie digitalisiert man komplexe physische Objekte? Wie stellt man den Proof of Concept sicher?
Lösung
Tonmodelle und 3D-Scannen
Beim Entwurf komplexer Formen ist es oft am einfachsten, Tonmodelle zu verwenden, die sich leicht in 3D-Modelle umwandeln lassen. Designer und Ingenieure haben die Freiheit, mit den Prototypen zu spielen, bis sie die perfekte Form erreichen. 3D-Scannen ermöglicht eine schnelle Digitalisierung komplexer Formen in hoher Auflösung für eine schnelle und präzise Umwandlung von Tonmodellen in CAD-Dateien.
Nutzen
Beschleunigte Markteinführung neuer Produkte
Die 3D-Scan-Technologie bietet eine vielseitige und benutzerfreundliche Lösung, die schnelle und präzise Messungen liefert, ohne lange Messzeiten und teure Prototypen zu benötigen. Die Wettbewerbsanalyse erfolgt schnell, das Teil effizient konstruiert und Änderungen leicht ins CAD-Modell integriert. Dadurch wird viel Zeit gespart, was Designern ermöglicht, die Markteinführung ihrer neuen Produkte zu beschleunigen.
3D-Scanning im PLM: Fertigung
Beschleunigung des iterativen Prozesses bei der Werkzeugkonstruktion durch Zwischenqualitätsprüfungen
Herausforderung
Reduzierung der Anzahl von Iterationen bei der Konstruktion eines Werkzeugs
Bei der Konstruktion eines Werkzeugs stellt ein iterativer Qualitätskontrollprozess sicher, dass das aus der Form, Vorrichtung oder Matrize hergestellte Teil korrekt gebaut wird und die technischen Anforderungen erfüllt. Der Prozess umfasst die Herstellung eines Teils, dessen Vermessung, die Analyse von Abweichungen und die Durchführung von Iterationen am Werkzeug. Diese Methode kann langwierig sein, insbesondere wenn die Inspektionen mit einer Koordinatenmessmaschine (CMM) durchgeführt werden. Wie kann die Anzahl der Iterationen bei der Werkzeugentwicklung reduziert werden? Wie kann der Inspektionsprozess beschleunigt werden? Wie können PPAP und FAI schnell bestanden werden, um die Produktion ohne Verzögerung zu starten?
Lösung
Bessere und schnellere Ergebnisse mit Farbvergleich
Die Entscheidung für 3D-Scanning anstelle von taktiler Messung hilft, den Inspektionsprozess zu beschleunigen. Tatsächlich bietet die 3D-Scanning-Technologie nicht nur bessere und schnellere Ergebnisse für Produktionsprozessingenieure, sondern auch den Farbvergleich, der einen besseren visuellen Überblick über das Teil bietet. Auf diese Weise können Ingenieure das Werkzeug schnell anpassen, ein erstes Teil produzieren und somit die Erstmusterprüfung bestehen.
Nutzen
CMM jetzt zugänglich und Anzahl der Iterationen optimiert
Qualitätskontrollen bei jeder Iteration mit einem alternativen Messwerkzeug reduzieren Engpässe bei der CMM. Somit ist die CMM für wichtige Inspektionen mit engen Toleranzen verfügbar, die ihre hohe Genauigkeit erfordern, wie die Endabnahme oder kritische Merkmale. Die Wahl des 3D-Scannings als alternative Lösung zur taktilen Messung optimiert auch die Anzahl der Iterationen, um das endgültige Werkzeug schneller und effizienter zu erhalten.
Entwicklung, Herstellung und Inspektion von hochwertigen Gussteilen in kürzerer Zeit
Herausforderung
100 % der Oberfläche bei der Herstellung eines Gussteils prüfen
Bei der Herstellung eines Gussteils sind mehrere Änderungen notwendig, um Elemente des Fertigungsprozesses zu korrigieren und das Teil exakt gemäß den Spezifikationen herzustellen.
Wie kann sichergestellt werden, dass vor der Bearbeitung genügend Material vorhanden ist?
Wie kann das gesamte Oberflächenprofil – und nicht nur einzelne Punkte – überprüft werden, um sicherzustellen, dass das Teil innerhalb der vorgeschriebenen Toleranzen liegt?
Wie können zuverlässige Daten schnell gewonnen werden, um die Entwicklungszeit nicht unnötig zu verlängern?
Lösung
Bessere und schnellere Ergebnisse mit Farbvergleich
Die Herstellung eines Gussteils für die Luft- und Raumfahrtindustrie erfordert nicht nur die Prüfung der kritischen Maße und Wandstärken, sondern auch eine Gesamtansicht der Oberflächenpläne.
Darüber hinaus muss die Messtechnik jedes Mal schnell zuverlässige und qualitativ hochwertige Daten liefern, wenn ein Teil geprüft werden muss.
Im Gegensatz zur taktilen Messung bietet das 3D-Scanning eine vollständige Übersicht über das zu prüfende Teil und seine Oberflächenprofile. Es zeigt auch, ob vor der Bearbeitung genügend Material vorhanden ist. Zudem stehen alle Prüfdaten schnell und ohne Verzögerung zur Verfügung.
Nutzen
Präzise Gussinspektionen und einwandfreie Qualitätskontrolle
Mit 3D-Scanning verkürzt sich die Entwicklungszeit eines Gussteils, und die Qualität des hergestellten Teils ist dank der Möglichkeit zur Ursachenanalyse einwandfrei.
Hochwertige Informationen sind schnell verfügbar.
Die Zeit für Einrichtung, Scannen und Berichterstellung wird beschleunigt.
Der gesamte Fertigungsprozess eines Gussteils wird verbessert, um Teile mit engen Toleranzen herzustellen.
3D-Scanning im PLM: Service
3D-Scanning wird in der Servicephase des PLM für Anwendungen wie Dokumentation, Wartung, Instandsetzung und Überholung (MRO) sowie den Austausch, das Recycling und die Wiederherstellung von Bauteilen eingesetzt.
Austausch von Kollektoren eines Hauptdampfleitungssystems in einem Kraftwerk
Herausforderung
Konstruktion ohne CAD-Dateien, nur mit vorhandenen Bauteilen
Der Austausch von Kollektoren in einem Hauptdampfleitungssystem eines Kraftwerks ist eine Herausforderung. Häufig sind keine CAD-Modelle mehr verfügbar. Daher müssen Ingenieure die Ersatzteile allein anhand der physischen Teile konstruieren.
Zudem befinden sich die Kollektoren oft in sehr engen und schwer zugänglichen Bereichen.
Hinzu kommt die Herausforderung der Ausrichtung: Die hergestellten sphärischen Kollektoren müssen vor Ort beim Kunden innerhalb enger Toleranzen mit den vorgesehenen Schnittstellenpunkten ausgerichtet werden.
Wie können diese Dampfleitungssysteme gewartet, Ersatzteile gefertigt und all dies im vorgegebenen Zeit- und Kostenrahmen realisiert werden?
Lösung
3D-Erfassung, 3D-Modell, 2D-Zeichnung
Die Lösung besteht darin, die sphärischen Kollektoren mit einem 3D-Scanner zu erfassen und daraus 3D-Modelle zu erstellen. Anschließend werden 2D-Fertigungszeichnungen erstellt, mit denen neue Kollektoren hergestellt werden.
Nach der Fertigung wird das Endprodukt erneut gescannt, um ein Netz zu generieren, das mit dem ursprünglichen 3D-Modell überlagert wird, um die Maßgenauigkeit zu überprüfen und sicherzustellen, dass es den Konstruktionsvorgaben entspricht.
Nutzen
Perfekte Passform
Mit einem tragbaren 3D-Scanner können Ingenieure vor Ort verschiedene Bauteile scannen, um einen umfassenden Überblick über die bestehende Anlage zu erhalten.
3D-Scanning liefert alle Informationen, die zur Optimierung des Designs und zur Ermittlung der Einbaumaße erforderlich sind.
So wissen die Ingenieure von Anfang an, dass die Ersatzteile präzise gefertigt werden und mit dem Design übereinstimmen.
Beim Wiedereinbau passt das Ersatzteil dadurch perfekt.