Обратный инжиниринг. От 3D сканирования до 3D печати. Реальный пример решения задачи создания запасных частей.
Эта история о реверс-инжиниринге, о том, как 3D-печать может быть использована для запасных частей, когда они не доступны на рынке и о том, что нужно для создания 3D CAD сложных деталей. Если у вас когда-либо была потребность в поиске редкой запчасти, которую можно воспроизвести с помощью 3D-принтера или хотели узнать больше о 3D-сканировании и инженерии, читайте дальше!
У меня есть сломанная деталь, можете ли вы сделать такую с помощью 3D печати?
Пенсионер из США Рик Дэвисон купил дорогое массажное кресло только для того, чтобы сломать его менее чем за год. В попытке его отремонтировать он узнал, что компания, у которую он купил стул, больше не занимается бизнесом. Дэвисон обратился в магазин, где он приобрел кресло, чтобы попытаться сделать ремонт, однако ему ничем не могли помочь из-за отсутствия нужных запчастей.
Он обратился в компанию Xometry, чтобы узнать, могут ли они напечатать одну из двух изогнутых зубчатых стоек, которые имеют решающее значение для функции массажного кресла. 3D-печать обладает удивительной способностью создавать детали конечного использования в небольших количествах и по низкой цене. Тем не менее, это требует одного: чертежа 3D CAD. Это 3-мерные данные, которые интерпретируются принтером для создания формы детали. Другими словами, нет чертежа, нет печати. Сломанная зубчатая рейка, идентичная неповрежденная зубчатая рейка и пластиковая шайба были отправлены в Xometry, и пришло время определить, как создавать 3D-модели из полученных деталей - это называется реверс-инжинирингом. Xometry получила детали и приступила к работе, чтобы сделать 3D-печатную сломанных деталей.
Задачи обратного проектирования
К обратному инжинирингу можно подходить по-разному. Часто самым простым способом является использование простых измерительных инструментов для полного воспроизведения детали в программе САПР с нуля. Это отлично подходит для деталей, которые просты и имеют легко измеряемые геометрические особенности.
Шайбу, которую необходимо было запросил пару дополнений, достаточно легко повторно сгенерировать в программе CAD. В считанные минуты эта часть была измерена, продублирована в CAD (SOLIDWORKS) и загружена в 3D принтер.
Но как насчет зубчатой стойки? Эта форма была сложной, изогнутой, как сплайн. Деталь также представляет собой длинный пластиковый предмет, что означает, что он уже может иметь небольшую деформацию или искажение. Проще говоря, суппорты и ручные измерения были бы слишком рискованными для создания функционального чертежа. Пришло время привлечь большие пушки и поработать с профессионалами , называемыми экспертами по 3D-сканированию.
Во время видеозвонка Майкл Рафаэль, директор компании Direct Dimensions,и его команда смогли рассмотреть изогнутую часть и определить, что лазерный линейный сканер на шарнирно-сочленяющей руке будет лучшим подходом для 3D-сканирования.
К счастью, неповрежденная версия сломанной детали была доступна для сканирования. Наличие «хорошей» версии детали для воспроизведения устраняет некоторые проблемы, которые могут возникнуть при попытке обратного проектирования сломанной, треснувшей, деформированной или неполной детали.
Как подготовить деталь к сканированию
Неповрежденная часть была установлена на стойках, чтобы получить скан-образцы каждой части. Как только установка была готова, пришло время для «макияжа» . За пределами отрасли мало кто знает, что высококачественное сканирование часто требует подготовки поверхности для получения точных показаний. Если деталь блестящая, полупрозрачная или не сухая, во время процесса сканирования могут быть плохие или отсутствующие данные.
В данном случае в зубьях шестеренки было остаточное масло, которое нужно было очистить. Мы использовали немного мыла для посуды и зубную щетку, чтобы прочистить в канавки, и воздухом продували деталь до высыхания. Затем блестящую полупрозрачную поверхность равномерно опрыскивали специальным средством, чтобы довести ее до непрозрачного матового покрытия. Используемое покрытие создает белую матовую поверхность при одновременном добавлении минимальной толщины. Эта подготовка поверхности гарантирует, что сканирование даст наилучшие данные при использовании процессов сканирования 3D-визуального света.
Теперь деталь была готова к сканированию. В процессе использовался FARO Quantum ScanArm, который представляет собой лазерный сканер на конце калиброванного шарнирно-сочлененного рычага. Сканер использовал видимый свет для сбора данных о поверхности детали и передачи данных в программу.
Этот процесс обычно занимает некоторое время, включая сканирование, остановки, просмотр результатов и возврата, если некоторые части вокруг детали отсутствуют. Этот процесс позволяет видеть собираемые данные в режиме реального времени для быстрого просмотра.
После сканирования данных захвата при считывания лазерным сканером процесс обратного проектирования еще не был полностью завершен. Данные сканирования дают точные точки данных физической модели, но они не полные. Во-вторых, данные сканирования имеют остаточные черты приспособления (стоек), используемого для удержания части массажного кресла - они должны быть удалены в цифровом виде. Имеются также отверстия и зазоры в поверхности сетки; даже самые лучшие сканеры не создают полностью технологичную модель при первом обходе. Для 3D-печати данные сетки должны считаться «водонепроницаемыми», что означает, что существует непрерывная внешняя поверхность по всем функциям детали. Наконец, оригинальная отсканированная деталь представляет собой длинную пластиковую деталь, а это означает, что оригинальная конструкция детали, возможно, испытывала тонкое деформацию на плоских поверхностях во время эксплуатации. Все эти соображения должны быть рассмотрены специалистом для обратного проектирования.
Специалисты Direct Dimensions использовали необработанный набор данных сканирования в качестве отправной точки для обратного проектирования и разработки производственного чертежа детали. В течение дня они смогли предоставить высококачественный файл STEP с параметрическими данными, готовый к 3D-печати.
Изготовление деталей
Детали были готовы к изготовлению на основе инженерного файла. Из-за длины детали, требуемых деталей и необходимости долговечности инженеры Xometry решили, что FDM Ultem 9085 будет идеальным материалом. FDM, или моделирование плавленого осаждения ,может печатать на 3D-принтере размером до 3 футов с использованием инженерных пластмасс для деталей конечного использования. Xometry 3D напечатал набор зубчатых стоек из используя пластик Ultem material за ночь. Ultem невероятно прочный и износостойкий — идеальный материал для непрерывного использования зубчатой стойки без необходимости использования более дорогих процессов, таких как обработка с ЧПУ или литье пластмасс под давлением. Необходимые шайбы были напечатаны прочным спеченным нейлоном.
Момент истины: Решена ли проблема?
Запасные части и их оригиналы были отправлены обратно в Миссури, и настало время для момента истины. Будут ли 3D-отсканированные, реконструированные и напечатанные на 3D-принтере запасные части правильно работать в массажном кресле? Имейте в виду, что команда Xometry имела только исходные детали и не имела сопрягающих частей для испытаний на пригодность или проверок перед отправкой. Xometry полагалась на свой опыт и свои команды экспертов, чтобы предоставить первоклассный продукт.
Запасная часть установлена и работает! (Источник: FOX4KC)
Окончательным испытанием успеха является то, что обратный инженерный и 3D-печатный дизайн будет установлен без каких-либо проблем. После часа распаковки и сборки Дэвисон обнаружил, что детали идеально подходят. Стойки соединены с контурным металлическим каркасом кресла, а зубчатая система скользила по дорожкам без проблем. Для наших инженеров было облегчением видеть, как все получается, тем более, что Дэвисон впервые за несколько месяцев наслаждался массажем в своем кресле.