Улучшение аддитивного производства с помощью обратного проектирования

Обратный инжиниринг - мощный инструмент для аддитивного производства, и их сочетание может значительно улучшить дизайн продукта, а также сократить цикл разработки продукта. Независимо от того, нужно ли вам изготовить устаревшую деталь, не имеющую цифровой модели, или запчасть для замены, обратный инжиниринг имеет множество преимуществ. Ряд отраслей, таких как аэрокосмическая, автомобильная и медицинская, уже используют преимущества обратного инжиниринга наряду с AM, что дает значительную экономию времени и средств.

Что такое реверс-инжиниринг?

Обычно при проектировании объекта с нуля инженер-проектировщик создает чертежи с подробным описанием того, как объект должен быть построен. Напротив, обратный инжиниринг предполагает противоположный подход:инженер-проектировщик начинает с конечного продукта, работая в обратном порядке в процессе проектирования, чтобы достичь исходной проектной информации. Теоретически любой объект можно реконструировать, будь то механическая часть, потребительский продукт или даже древний артефакт.

Как работает обратный инжиниринг?

Чтобы начать процесс обратного проектирования, вы обычно начинаете с измерения размера и формы объекта. Это можно сделать вручную, но, особенно для промышленных приложений, использование 3D-сканирования становится все более обычным явлением. Данные, относящиеся к проектным характеристикам объекта, затем преобразуются в цифровой файл САПР. На этом этапе цифровую модель можно преобразовать в STL, оптимизируя ее для 3D-печати.

Зачем нужен обратный инжиниринг?

Обратный инжиниринг является полезным производственным методом по нескольким причинам. Например, вы поставщик автомобилей, которому необходимо производить запасные части, но у вас нет данных САПР? Обратный инжиниринг может быть использован для получения требуемых спецификаций, чтобы можно было воспроизвести редкие запасные части с помощью 3D-печати.

Кроме того, обратное проектирование полезно, когда вам нужно улучшить существующий объект, но у вас нет его цифровой модели. В этом случае обратное проектирование позволяет сканировать объект и вносить изменения в конструкцию в процессе, что приводит к значительной экономии времени.

3D-сканирование:естественный спутник 3D-печати

Традиционный процесс ручного измерения объекта для его обратного проектирования может занять очень много времени, так как он требует различных устройств, таких как штангенциркуль или калибры скольжения, для измерения и рисования формы и размера компонента перед воспроизведением его в программе САПР. . К счастью, мы стали свидетелями впечатляющих достижений в технологии обратного проектирования, что позволило предложить более быстрое и точное решение: 3D-сканирование .

Поскольку цифровое представление объекта является основой 3D-печати, 3D-сканирование предлагает эффективное цифровое решение, когда необходимо реконструировать старые детали для замены или детали без существующих моделей САПР. Сочетание методов 3D-печати и 3D-сканирования дает значительные преимущества для инженерных приложений, требующих высокой точности и более коротких сроков разработки продукта.

3D-сканеры - это устройства, используемые для трехмерных измерений и позволяющие быстро и точно собирать данные о физическом объекте для создания «облаков точек», которые затем преобразуются в цифровое трехмерное представление.

Три метода 3D-сканирования

Ключом к успешному 3D-сканированию является измерение вашего объекта с достаточной степенью точности, чтобы уловить детали, необходимые для адекватной репликации. Для этого есть несколько вариантов 3D-сканирования, которые могут помочь создать 3D-модель почти сразу, готовую для 3D-печати. ​​

1. Фотограмметрия

Метод фотограмметрии основан на фотографиях, сделанных под разными углами вокруг объекта, а затем «сшитых» вместе с помощью специального программного обеспечения для цифровой репликации физического объекта. Однако фотограмметрия требует студийной обстановки, поскольку этот метод включает сложную систему камер, которую сложно настроить и которую нелегко перенести. Кроме того, цифровые 3D-модели, созданные с помощью фотограмметрии, обычно не могут конкурировать со световым 3D-сканированием с точки зрения точности и уровня детализации.

2. Световое 3D-сканирование

Существует два распространенных типа 3D-сканеров, подпадающих под категорию 3D-сканирования на основе света: структурированный свет и лазерное сканирование . Эти сканеры бывают разных размеров и доступны как в портативных, так и в стационарных вариантах.

• 3D-сканер со структурированным светом проецирует световой узор из параллельных полос на поверхность объекта. Затем камера на сканере фиксирует эту проекцию, которая впоследствии преобразуется в цифровую копию. 3D-сканеры со структурированным освещением способны обеспечивать высокий уровень детализации, хотя обычно используются для небольших объектов.

• В отличие от этого, лазерное сканирование работает путем проецирования лазерного луча на поверхность объекта, который отражается от поверхности. Затем камеры сканера фиксируют угол отражения и переводят его в координаты объекта, которые используются для создания 3D-модели. Этот метод позволяет сканировать объекты произвольной формы и сложные детали, что делает лазерное сканирование одним из самых точных видов 3D-сканирования.

BMW Group - один из производителей, который в настоящее время использует 3D-сканеры синего света, а также фотограмметрию для обратного проектирования, а затем аддитивного производства запасных частей для своих клиентов.

3. КТ сканирование

Компьютерная томография (КТ) - это еще один метод сканирования, который можно применять в аддитивном производстве для обратного проектирования. КТ-сканирование включает в себя несколько рентгеновских проекций через объект, создание изображений, которые затем объединяются в цифровую 3D-модель. КТ-сканирование особенно уникально тем, что позволяет получать данные не только о внешних, но и о внутренних структурах. Поскольку становится все более важным иметь возможность прогнозировать и устанавливать структурную целостность, остаточное напряжение и другие параметры для компонентов, напечатанных на 3D-принтере, для поддержания их характеристик, эта возможность важна для определения структурных характеристик детали. КТ-сканирование особенно нашло свою нишу в медицинских приложениях. Например, КТ-сканирование можно использовать для создания 3D-печатных моделей человеческих органов, помогая хирургам подготовиться к сложным операциям.

Обратный инжиниринг и аддитивное производство:примеры использования

Такие технологии, как 3D-сканирование, помогают интегрировать обратный инжиниринг в рабочий процесс аддитивного производства, предоставляя производителям во всех отраслях эффективное решение конкретных инженерных задач.

Одним из примеров этого является производство прототипов устаревших деталей для аэрокосмической промышленности, напечатанных на 3D-принтере. Roc-Aire, контрактный производитель аэрокосмических деталей, сканирует устаревшие детали самолетов перед их 3D-печатью для проверки их соответствия и оценки конструкции и функций. Такое решение не только помогает ускорить разработку проекта, но и приводит к более эффективным конечным результатам.

В медицинском секторе интеграция обратного инжиниринга и аддитивного производства имеет решающее значение для решения сложных медицинских задач. Например, еще в 2016 году Королевская больница для больных детей использовала 3D-сканирование и 3D-печать для операций по реконструкции уха. С помощью 3D-сканера со структурированным светом врачи отсканировали непораженное ухо и напечатали на 3D-принтере полимерный прототип, который использовался в качестве шаблона для реконструкции.

Другой пример можно найти в автомобильной промышленности, где обратный инжиниринг, наряду с технологией SLS, был использован для создания воздухозаборника, оптимизированного для пространства, для гоночного мотоцикла. В данном случае использование реверс-инжиниринга и SLS существенно сократило время, необходимое для реализации проекта.