Verbesserung der additiven Fertigung durch Reverse Engineering

Reverse Engineering ist ein leistungsstarkes Werkzeug für die additive Fertigung, und die Kombination beider kann das Produktdesign erheblich verbessern und den Produktentwicklungszyklus verkürzen. Unabhängig davon, ob Sie ein Altteil ohne digitales Modell oder ein Ersatzteil zum Austausch herstellen müssen, Reverse Engineering bietet viele Vorteile. Eine Reihe von Branchen wie die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie und die Medizintechnik nutzen bereits die Vorteile des Reverse Engineering neben AM mit erheblichen Zeit- und Kosteneinsparungen.

Was ist Reverse Engineering?

Wenn ein Objekt von Grund auf neu entworfen wird, erstellt ein Konstruktionsingenieur normalerweise Zeichnungen, die detailliert beschreiben, wie das Objekt konstruiert werden soll. Im Gegensatz dazu beinhaltet Reverse Engineering den gegenteiligen Ansatz:Der Designer beginnt mit dem Endprodukt und arbeitet sich rückwärts durch den Designprozess, um die ursprünglichen Designinformationen zu erreichen. Theoretisch kann jedes Objekt nachgebaut werden, sei es ein mechanisches Teil, ein Konsumprodukt oder sogar ein antikes Artefakt.

Wie funktioniert Reverse Engineering?

Um mit dem Reverse-Engineering-Prozess zu beginnen, beginnen Sie normalerweise mit der Messung der Größe und Form des Objekts. Dies kann manuell erfolgen, aber insbesondere für industrielle Anwendungen hat sich der Einsatz von 3D-Scanning immer mehr durchgesetzt. Die Daten zu den Designvorgaben des Objekts werden dann in eine digitale CAD-Datei umgewandelt. An dieser Stelle kann das digitale Modell in STL umgewandelt und für den 3D-Druck optimiert werden.

Warum Reverse Engineering verwenden?

Es gibt mehrere Gründe, warum Reverse Engineering eine nützliche Fertigungstechnik ist. Sie sind beispielsweise ein Automobilzulieferer, der Ersatzteile produzieren muss, aber Ihnen fehlen die CAD-Daten? Durch Reverse Engineering können die erforderlichen Spezifikationen erhalten werden, sodass seltene Ersatzteile im 3D-Druck reproduziert werden können.

Darüber hinaus ist Reverse Engineering von Vorteil, wenn Sie ein vorhandenes Objekt verbessern müssen, aber kein digitales Modell haben. In diesem Fall können Sie mit Reverse Engineering das Objekt scannen und prozessinterne Designänderungen vornehmen, was zu erheblichen Zeiteinsparungen führt.

3D-Scannen:der natürliche Begleiter zum 3D-Druck

Der traditionelle Prozess des manuellen Messens eines Objekts durch Reverse Engineering kann sehr zeitaufwändig sein, da verschiedene Geräte wie Messschieber oder Gleitlehren erforderlich sind, um die Form und Größe eines Bauteils zu messen und zu zeichnen, bevor es in ein CAD-Programm repliziert wird. . Glücklicherweise haben wir beeindruckende Fortschritte in der Reverse-Engineering-Technologie gesehen, die eine schnellere und genauere Lösung ermöglicht:3D-Scannen

Da die digitale Darstellung eines Objekts das Rückgrat des 3D-Drucks ist, bietet das 3D-Scannen eine effiziente digitale Lösung, wenn alte Teile als Ersatz oder Teile ohne vorhandene CAD-Modelle zurückentwickelt werden müssen. Die Kombination von 3D-Druck- und 3D-Scanmethoden bietet erhebliche Vorteile für technische Anwendungen, die eine hohe Genauigkeit und kürzere Produktentwicklungszeiten erfordern.

3D-Scanner sind Geräte zur dreidimensionalen Messung und ermöglichen die schnelle und präzise Erfassung von Daten des physischen Objekts, um "Punktwolken" zu erstellen, die dann in eine digitale 3D-Darstellung gerendert werden.

3 3D-Scantechniken

Der Schlüssel zum erfolgreichen 3D-Scannen besteht darin, Ihr Objekt mit ausreichender Genauigkeit zu vermessen, um die für eine angemessene Replikation erforderlichen Details zu erfassen. Um dies zu erreichen, gibt es einige 3D-Scanoptionen, die dazu beitragen können, fast sofort ein 3D-Modell zu erstellen, das für den 3D-Druck bereit ist.

1. Photogrammetrie

Die Methode der Photogrammetrie basiert auf Fotos, die aus verschiedenen Blickwinkeln um ein Objekt herum aufgenommen und dann mit Hilfe einer speziellen Software „zusammengefügt“ werden, um ein physisches Objekt digital nachzubilden. Die Photogrammetrie erfordert jedoch eine Studioumgebung, da diese Technik ein komplexes System von Kameras beinhaltet, das schwierig einzurichten sein kann und nicht leicht zu transportieren ist. Darüber hinaus können mit Photogrammetrie erstellte digitale 3D-Modelle in Bezug auf Genauigkeit und Detaillierung normalerweise nicht mit lichtbasiertem 3D-Scannen mithalten.

2. Lichtbasiertes 3D-Scannen

Es gibt zwei gängige Arten von 3D-Scannern, die in die Kategorie des lichtbasierten 3D-Scannens fallen: strukturiertes Licht und Laserscanning . Diese Scanner sind in verschiedenen Größen erhältlich, sowohl als Handheld- als auch als stationäre Option.

• Ein 3D-Scanner mit strukturiertem Licht projiziert das Lichtmuster von parallelen Streifen auf die Oberfläche eines Objekts. Die Kamera des Scanners erfasst dann diese Projektion, die anschließend in eine digitale Kopie übersetzt wird. 3D-Scanner mit strukturiertem Licht bieten eine hohe Detailgenauigkeit, werden jedoch normalerweise für kleine Objekte verwendet.

• Im Gegensatz dazu funktioniert Laserscanning, indem ein Laserstrahl auf die Oberfläche eines Objekts projiziert wird, der von der Oberfläche reflektiert wird. Die Kameras des Scanners erfassen dann den Reflexionswinkel und übersetzen ihn in Koordinaten eines Objekts, aus denen ein 3D-Modell generiert wird. Diese Methode ermöglicht das Scannen von Freiformobjekten und komplizierten Details, was das Laserscannen zu einer der genauesten Formen des 3D-Scannens macht.

Die BMW Group ist ein Hersteller, der derzeit  Blaulicht-3D-Scanner sowie Photogrammetrie verwendet, um Ersatzteile für seine Kunden zurückzuentwickeln und dann additiv herzustellen.

3. CT-Scan

Die Computertomographie (CT) ist ein weiteres Scanverfahren, das in der additiven Fertigung für das Reverse Engineering angewendet werden kann. Beim CT-Scannen werden mehrere Röntgenprojektionen durch ein Objekt durchgeführt, wodurch Bilder erstellt werden, die dann zu einem digitalen 3D-Modell kombiniert werden. Das CT-Scanning ist insofern einzigartig, als es nicht nur Daten über äußere, sondern auch innere Strukturen liefert. Da es immer wichtiger wird, die strukturelle Integrität, Eigenspannung und andere Parameter mit 3D-gedruckten Komponenten vorherzusagen und zu ermitteln, um ihre Leistungsfähigkeit zu erhalten, ist diese Fähigkeit wichtig, um die strukturellen Spezifikationen eines Teils zu ermitteln. CT-Scans haben vor allem in medizinischen Anwendungen eine Nische gefunden. CT-Scans können beispielsweise verwendet werden, um 3D-gedruckte Modelle menschlicher Organe herzustellen, die Chirurgen bei der Vorbereitung auf komplexe Operationen unterstützen.

Reverse Engineering und additive Fertigung:Anwendungsfälle 

Technologien wie 3D-Scannen helfen bei der Integration von Reverse Engineering in den Arbeitsablauf der additiven Fertigung und bieten Herstellern branchenübergreifend eine praktikable Lösung für spezifische technische Herausforderungen.

Ein Beispiel dafür ist die Herstellung von 3D-gedruckten Prototypen von veralteten Teilen für die Luft- und Raumfahrt. Roc-Aire, ein Auftragshersteller für Luft- und Raumfahrtteile, scannt ältere Flugzeugteile vor dem 3D-Drucken zur Passungsprüfung und Bewertung von Design und Funktion. Eine solche Lösung hilft nicht nur, die Projektentwicklung zu beschleunigen, sondern führt auch zu effektiveren Endergebnissen.

Im Medizinbereich ist die Integration von Reverse Engineering und additiver Fertigung entscheidend für die Lösung komplexer medizinischer Fälle. Das Royal Hospital for Sick Children hat beispielsweise im Jahr 2016 3D-Scans und 3D-Druck für Ohrrekonstruktionsoperationen verwendet. Mit Hilfe eines 3D-Scanners mit strukturiertem Licht sollten Ärzte das nicht betroffene Ohr scannen und einen Polymer-Prototyp in 3D drucken, der als Vorlage für die Rekonstruktion verwendet wurde.

Ein weiteres Beispiel findet sich in der Automobilindustrie, wo Reverse Engineering zusammen mit der  SLS-Technologie verwendet wurde, um einen platzoptimierten Lufteinlass für ein Rennmotorrad zu schaffen. In diesem Fall hat der Einsatz von Reverse Engineering und SLS einen großen Unterschied gemacht, um die für die Realisierung des Projekts erforderliche Zeit zu verkürzen.