Verbeteren van additieve productie met reverse engineering

Reverse engineering is een krachtig hulpmiddel voor additive manufacturing en de combinatie van beide kan het productontwerp aanzienlijk verbeteren en de productontwikkelingscyclus verkorten. Of u nu een legacy-onderdeel moet maken dat geen digitaal model heeft of een reserveonderdeel dat moet worden vervangen, reverse engineering heeft veel voordelen. Een reeks industrieën, zoals de lucht- en ruimtevaart, de automobielindustrie en de medische sector, maken al gebruik van de voordelen van reverse engineering naast AM, met aanzienlijke tijd- en kostenbesparingen.

Wat is reverse-engineering?

Wanneer een object helemaal opnieuw wordt ontworpen, zal een ontwerpingenieur meestal tekeningen maken waarin wordt beschreven hoe het object moet worden geconstrueerd. Daarentegen houdt reverse engineering de tegenovergestelde benadering in:de ontwerper-ingenieur begint bij het eindproduct en werkt achteruit door het ontwerpproces om de oorspronkelijke ontwerpinformatie te bereiken. In theorie kan elk object reverse-engineered worden, of het nu een mechanisch onderdeel, een consumentenproduct of zelfs een oud artefact is.

Hoe werkt reverse engineering?

Om het reverse-engineeringproces te starten, begint u meestal met het meten van de grootte en vorm van het object. Dit kan handmatig, maar met name voor industriële toepassingen is het gebruik van 3D-scanning steeds gebruikelijker geworden. De gegevens met betrekking tot de ontwerpspecificaties van het object worden vervolgens omgezet in een digitaal CAD-bestand. Op dit punt kan het digitale model worden geconverteerd naar STL, waardoor het wordt geoptimaliseerd voor 3D-printen.

Waarom reverse engineering gebruiken?

Er zijn verschillende redenen waarom reverse engineering een nuttige fabricagetechniek is. Bent u bijvoorbeeld een autoleverancier die reserveonderdelen moet produceren, maar beschikt u niet over CAD-gegevens? Reverse engineering kan worden gebruikt om de vereiste specificaties te verkrijgen, zodat zeldzame reserveonderdelen kunnen worden gereproduceerd met behulp van 3D-printen.

Bovendien is reverse engineering nuttig wanneer u verbeteringen aan een bestaand object moet aanbrengen, maar niet over het digitale model beschikt. In dit geval kunt u met reverse engineering het object scannen en tijdens het proces ontwerpwijzigingen doorvoeren, wat een aanzienlijke tijdbesparing oplevert.

3D-scannen:de natuurlijke aanvulling op 3D-printen

Het traditionele proces van handmatig meten van een object om het vervolgens te reverse-engineeren, kan erg tijdrovend zijn, omdat er verschillende apparaten zoals remklauwen of slipmeters voor nodig zijn om zowel de vorm en grootte van een onderdeel te meten en te tekenen voordat het in een CAD-programma wordt gerepliceerd . Gelukkig hebben we indrukwekkende vorderingen gezien in reverse engineering-technologie, waardoor een snellere, nauwkeurigere oplossing mogelijk is:3D-scannen.

Aangezien de digitale weergave van een object de ruggengraat is van 3D-printen, biedt 3D-scannen een efficiënte digitale oplossing wanneer het nodig is om oude onderdelen te reverse-engineeren voor vervanging of onderdelen zonder bestaande CAD-modellen. De combinatie van 3D-printen en 3D-scanmethoden biedt aanzienlijke voordelen voor technische toepassingen die een hoge nauwkeurigheid en kortere productontwikkelingstijden vereisen.

3D-scanners zijn apparaten die worden gebruikt voor driedimensionale metingen en waarmee gegevens van het fysieke object snel en nauwkeurig kunnen worden vastgelegd om "puntenwolken" te creëren, die vervolgens worden omgezet in digitale 3D-weergave.

3 3D-scantechnieken

De sleutel tot succesvol 3D-scannen is om uw object met een voldoende mate van nauwkeurigheid te meten om de details vast te leggen die nodig zijn voor een adequate replicatie. Om dit te bereiken zijn er een paar 3D-scanopties die kunnen helpen om een ​​3D-model te maken dat vrijwel onmiddellijk klaar is voor 3D-afdrukken.

1. Fotogrammetrie

De methode van fotogrammetrie is gebaseerd op foto's, genomen vanuit verschillende hoeken rond een object en vervolgens aan elkaar "genaaid" met behulp van speciale software om een ​​fysiek object digitaal te repliceren. Fotogrammetrie vereist echter een studio-instelling, aangezien deze techniek een complex systeem van camera's met zich meebrengt, dat moeilijk in te stellen kan zijn en niet gemakkelijk draagbaar is. Bovendien kunnen digitale 3D-modellen gemaakt met fotogrammetrie meestal niet concurreren met op licht gebaseerde 3D-scanning wat betreft nauwkeurigheid en detailniveau.

2. Op licht gebaseerd 3D-scannen

Er zijn twee veelvoorkomende typen 3D-scanners, die onder de categorie van op licht gebaseerd 3D-scannen vallen: gestructureerd licht en laserscannen . Deze scanners zijn er in verschillende formaten en er zijn zowel handheld als stationaire opties beschikbaar.

• Een 3D-scanner met gestructureerd licht projecteert het lichtpatroon van parallelle strepen op het oppervlak van een object. De camera op de scanner legt deze projectie vervolgens vast, die vervolgens wordt vertaald in een digitale replica. 3D-scanners met gestructureerd licht zijn in staat tot een hoog detailniveau, hoewel ze doorgaans worden gebruikt voor kleine objecten.

• Daarentegen werkt laserscannen door een laserstraal te projecteren op het oppervlak van een object dat door het oppervlak wordt gereflecteerd. De camera's op de scanner leggen vervolgens de reflectiehoek vast en vertalen deze naar coördinaten van een object, die worden gebruikt om een ​​3D-model te genereren. Met deze methode kunnen objecten in vrije vorm en ingewikkelde details worden gescand, waardoor laserscannen een van de meest nauwkeurige vormen van 3D-scannen is.

BMW Group is een fabrikant die momenteel 3D-scanners met blauw licht en fotogrammetrie gebruikt om reserveonderdelen te reverse-engineeren en vervolgens additief te produceren voor hun klanten.

3. CT-scan

Computertomografie (CT)-scanning is een andere scanmethode die kan worden toegepast bij additieve fabricage voor reverse engineering. CT-scanning omvat verschillende röntgenprojecties door een object, waarbij beelden worden gemaakt die vervolgens worden gecombineerd om een ​​digitaal 3D-model te vormen. CT-scanning is vooral uniek omdat het niet alleen gegevens levert over externe maar ook interne structuren. Aangezien het steeds belangrijker wordt om de structurele integriteit, restspanning en andere parameters te kunnen voorspellen en vaststellen met 3D-geprinte componenten om hun prestaties te behouden, is dit vermogen belangrijk om de structurele specificaties van een onderdeel vast te stellen. CT-scanning heeft vooral zijn plaats gevonden in medische toepassingen - CT-scans kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt om 3D-geprinte modellen van menselijke organen te produceren, waardoor chirurgen zich kunnen voorbereiden op complexe operaties.

Reverse engineering en additieve fabricage:use cases 

Technologieën zoals 3D-scanning helpen om reverse engineering te integreren in de additieve productieworkflow, waardoor fabrikanten in alle sectoren een levensvatbare oplossing hebben voor specifieke technische uitdagingen.

Een voorbeeld hiervan is de productie van 3D-geprinte prototypes van verouderde lucht- en ruimtevaartonderdelen. Roc-Aire, een contractfabrikant voor lucht- en ruimtevaartonderdelen, scant oude vliegtuigonderdelen voordat ze in 3D worden geprint voor controle op de pasvorm en evaluatie van ontwerp en functie. Een dergelijke oplossing helpt niet alleen om de projectontwikkeling te versnellen, maar leidt ook tot effectievere eindresultaten.

Binnen de medische sector is de integratie van reverse engineering en additive manufacturing cruciaal voor het oplossen van complexe medische casussen. In 2016 gebruikte het Royal Hospital for Sick Children bijvoorbeeld 3D-scannen en 3D-printen voor oorreconstructieoperaties. Met behulp van een 3D-scanner met gestructureerd licht moesten artsen het niet-aangedane oor scannen en een polymeerprototype in 3D printen dat als sjabloon voor reconstructie werd gebruikt.

Een ander voorbeeld is te vinden in de auto-industrie, waar reverse engineering, samen met SLS-technologie, is gebruikt om een ​​in de ruimte geoptimaliseerde luchtinlaat voor een racemotor te creëren. In dit geval heeft het gebruik van reverse engineering en SLS een enorm verschil gemaakt in het verkorten van de tijd die nodig is om het project te realiseren.