In Zeitalter der Digitalisierung ist es überraschend zu erfahren, dass die Welt voller Objekte ist, für die keine digitale Blaupause oder CAD-Dokumentation existiert. Dies ist jedoch eine verbreitete Herausforderung im Bereich des Produktdesigns. Deshalb wird von Teileherstellern der bekanntlich zeitaufwändige Prozess des Reverse-Engineering angewendet. Innovative Hersteller, die mit der Herstellung oder dem Bau von Ersatzteilen ohne zugehörige digitale Datei beauftragt werden, verlassen sich jedoch auf 3D-Scan-Technologien, um den Arbeitsablauf dieser Projekte erheblich zu beschleunigen und gleichzeitig die Genauigkeit und Qualität des fertigen Teils sicherzustellen.
Mit zunehmender Verbreitung des 3D-Scannens beginnen neue Bereiche, darunter Produktentwicklung und Reverse-Engineering, die digitale Messtechnologie zu nutzen. Laut einer Prognose von MarketsandMarkets wird erwartet, dass der Markt für 3D-Messtechnik insgesamt von 10,6 Milliarden US-Dollar im Jahr 2022 auf 15,9 Milliarden US-Dollar bis 2027 wachsen wird, wobei Anwendungen im Reverse-Engineering einer der Haupttreiber sind.
Immer mehr Benutzer wenden 3D-Scannen für Reverse-Engineering-Projekte an, da durch die Möglichkeit, Messungen, Merkmale und Details über verschiedene Designiterationen hinweg effizient und genau zu scannen, die Markteinführungszeit im Vergleich zu herkömmlichen Messmethoden erheblich verkürzt werden kann. Aus diesem Grund haben Automobilhersteller, Luft- und Raumfahrt-, Verteidigungs- und andere Teilehersteller begonnen, 3D-Messtechnik einzusetzen, um vorhandene Objekte schnell und präzise zu rekonstruieren, wenn sie mit der Herstellung von kundenspezifischen Teilen und Ersatzteilen, Teilen, für die die Produktion eingestellt wurde, oder Teilen ohne zugehörige CAD-Datei beauftragt wurden.
Neben der Reduzierung der Rückkopplungsschleife zwischen den Entwurfs-, Prototyping- und Testphasen in Reverse-Engineering-Projekten bieten die durch 3D-Scannen gelieferten Daten auch Hinweise auf die Durchführbarkeit nachfolgender Schritte im Herstellungsprozess und stellen sicher, dass das produzierte Teil dem endgültig beabsichtigten Design entspricht.
3D-Scanner liefern mehr Details bei Reverse Engineering-Anwendungen
Das Reverse-Engineering eines physischen Objekts erfordert die Messung seiner Höhe, Breite, Tiefe, seines Durchmessers und seines Umfangs sowie anderer Geometrien wie der Form des Objekts, die unebene Kanten und Winkel enthalten können. Es kann auch erforderlich sein, komplexe Details wie den Radius bestimmter Merkmale oder Besonderheiten zu erfassen, die sich unter oder zwischen verschiedenen anderen Merkmalen befinden.
Während herkömmliche Messtechniken wie Messschieber und Koordinatenmessmaschinen (CMM) schlicht die physischen Abmessungen eines Teils messen können, erfasst das 3D-Scannen effizient und präzise die Daten des ganzen Teils und bietet Konstrukteuren ein klareres Verständnis des Teils in seiner Gesamtheit, einschließlich seiner Oberflächen, Details und komplizierten Merkmale. Ohne den Vorteil eines detaillierten 3D-Scannens müssen sich Konstrukteure auf Annahmen über die schwieriger zu beschaffenden Details des Teils verlassen, und diese Annahmen führen häufig zu einem schlecht gestalteten Produkt, das nicht genau den Anforderungen des Kunden entspricht. Es ist die Vollständigkeit der durch 3D-Scannen bereitgestellten Daten, die erhebliche Vorteile für die gesamte Anwendung und den Arbeitsablauf mit sich bringt.
Typischerweise umfasst der 3D-Messprozess mehrere Schritte: Zuerst wird das Objekt gescannt und eine Punktwolke erzeugt, die die Formen, Konturen und Abmessungen des Bauteils identifiziert. Als Nächstes werden die gesammelten Daten in eine CAD-Datei oder ein 3D-Replikat des Teils gerendert. Schließlich kann das Teil mithilfe von Software modelliert werden, um eine „Blaupause“ zu generieren, die dann für die Herstellung des Teils verwendet wird.
Für den ersten Schritt der Datenerfassung stehen verschiedene 3D-Scan-Technologien zur Verfügung. An einem Arm montierte Laserscanner haben jedoch in der Regel weniger Einschränkungen als andere Technologien und sind fortschrittlicher, wenn es darum geht, glatte, organische Geometrien bis zu einem bestimmten Detaillierungsgrad zu erfassen. Die Präzision kann durch den Einsatz einer harten Sonde, die präzise geometrische Merkmale sowie scharf bearbeitete Linien erfasst, weiter erhöht werden. Es stehen 3D-Scanner zur Verfügung, mit denen Messungen an Teilen mit einem Durchmesser von nur wenigen Zentimetern bis hin zu Objekten von der Größe eines Bootsrumpfs durchgeführt werden können, sowie Scanner für unterschiedliche Komplexitätsstufen.
Mithilfe dieser 3D-Scan-Technologien können Produktdesigner mit dem Reverse-Engineering beginnen, um kundenspezifische Komponenten oder Ersatzteile zu erstellen. In der Automobilindustrie könnte beispielsweise ein Laserscanner verwendet werden, um eine Autotür zu scannen und die organischeren, geformten Aspekte der Tür zu erfassen, während ein Berührungssonde angewendet werden könnte, um die mit den maschinell hergestellten Teilen der Tür verbundenen Daten zu erfassen. Die gesammelten Daten könnten dann verwendet werden, um CAD-Dateien und Modelle für Produkte wie Ersatzkomponenten für ein Auto zu erstellen, das möglicherweise nicht mehr produziert wird.
Dieselbe Technologie kann beim Reverse-Engineering von Ersatzteilen angewendet werden, für die eine CAD-Datei vorhanden ist, berücksichtigt jedoch nicht, dass sich das Teil im Laufe der Zeit oder während des Gebrauchs abgenutzt hat. In diesen Fällen beschleunigt das 3D-Scannen nicht nur den Designprozess, sondern stellt auch sicher, dass Ersatzteile aus Sicht der Nutzung effizienter sind, da sie auf den tatsächlichen, realen Zustand eines bestimmten Teils oder einer bestimmten Maschine zugeschnitten sind.
Die Vorteile von Reverse-Engineering mit 3D-Scannen
Da der Produktentwicklungsprozess oft langwierig und teuer ist und mehrere Iterationen umfasst, ist Zeit von entscheidender Bedeutung. Daher ist jede Verkürzung des Zeitplans ein wichtiger Werttreiber bei designbezogenen Anwendungen. Die Möglichkeit, mithilfe von 3D-Scannen ein vorhandenes Produkt genau und effizient zurückzuentwickeln, spart erheblich Zeit. Schätzungen zufolge kann die Technologie den Entwicklungsprozess zur Analyse der Daten und Validierung des Designs im Vergleich zu herkömmlichen Methoden um bis zu 80% reduzieren.
Sobald der erste Prototyp gebaut ist, wird sich der Benutzer der Herstellbarkeit des Teils oder Produkts bewusst und kann früh im Designprozess feststellen, ob eine Herstellung möglich ist. Und nachdem der erste Prototyp gebaut wurde, können 3D-Scanner wieder verwendet werden, um zu kontrollieren, ob das Teil wirklich dem geplanten Design entspricht. Mit anderen Worten, ist es möglich, es herzustellen, aber tut nicht, was es tun soll, oder passt es, wo es passen soll, und reagiert auf Stress und Abnutzung so, wie es sollte? Da bei Reverse-Engineering-Projekten mehrere Iterationen notwendig sind, ermöglicht die Fähigkeit, solche Probleme durch effizientes und genaues 3D-Scannen früh im Prozess zu erkennen, den Benutzern eine erhebliche Zeitersparnis in der Entwicklungsphase. Und je kürzer die Rückkopplungsschleife ist, desto schneller kann ein qualitativ hochwertiges Teil oder Produkt, das wie vorgesehen funktioniert, auf den Markt gebracht werden.
Weitere Vorteile sind die Reduzierung von Ausschuss und Abfall aufgrund geringerer Anzahl unbrauchbaren Designiterationen und die Vermeidung fertiger Teile, die nicht dem geplanten Design entsprechen, sowie die Möglichkeit, qualitativ hochwertigere Fertigteile und Produkte herzustellen, da das 3D-Scannen ein Verständnis des Teils in seiner Gesamtheit und all seiner Komplexitäten ermöglicht.
Mit 3D-Messtechnik ist Pratt Miller immer einen Schritt voraus
Pratt Miller, ein Konstruktions- und Produktentwicklungsunternehmen mit Wurzeln im Motorsport, hat mehrere Siege und Meistertitel in Programmen wie Corvette Racing errungen. Das Unternehmen hat sich gewaltigen Gegnern wie Ferrari, Porsche, BMW, Aston Martin und Lotus gestellt und sie besiegt. Der Corvette-Racing-Rekord mit acht Siegen beim 24- Stundenrennen von Le Mans beweist, dass das Unternehmen die Kraft von Schnelligkeit und Präzision sowie die Bedeutung einer sorgfältigen Inspektion und Datenanalyse vor, während und nach einem Rennen versteht.
Das Team setzt den FARO® ScanArm während des gesamten Prozesses ein und verlässt sich dabei auf die Datengenauigkeit, die Portabilität und die einfache Einrichtung der Messarme, um wertvolle Informationen zu erhalten, und damit beim 24-Stundenrennen von Le Mans der Konkurrenz einen Schritt voraus zu sein. Während das Team für vier Generationen von Rennwagen mit FARO zusammengearbeitet hat, nutzten Corvette Racing und Pratt Miller FARO-Technologie, um mit der Corvette C8.R auf die Strecke zurückzukehren und einen weiteren Sieg in Le Mans zu erringen.
„Im Rennsport hängt alles von Präzision und Ausführung ab. Der Sieg beginnt mit der Vorbereitung, bevor das Auto jemals die Rennstrecke sieht, und mit den richtigen Werkzeugen und Prozessen, damit unser Team erfolgreich sein kann", sagt Frank Wilson, Qualitätsmanager bei Pratt Miller. „Pratt Miller entwirft, baut und fährt seit über 20 Jahren die Autos für Corvette Racing und unser Team freut sich darauf, zum 24-Stundenrennen von Le Mans zurückzukehren, um unseren neunten Sieg zu erringen.“
Wilson fährt fort: „Wir haben uns bei der Entwicklung von vier Generationen von Corvette-Rennwagen auf FARO-Technologie verlassen, um besser und schneller zu scannen. Und jetzt haben wir diese an der Corvette C8.R angewendet, die dieses Jahr zum ersten Mal in Le Mans fahren wird.“
Pratt Miller verwendet während des gesamten Prozesses verschiedene Varianten des FARO ScanArm. Die Genauigkeit, die Portabilität und die Fähigkeit, Daten schnell zu einzusammeln und zusammenzustellen, ist in der schnelllebigen Welt des professionellen Motorsports von unschätzbarem Wert. „Die von FARO bereitgestellten Messtechniklösungen werden von Anfang an bei unserer Aerodynamikentwicklung, im Reverse-Engineering, zur Unterstützung des Designs und bei der Inspektion von Fixierungen und Formen vor Beginn der Fertigung sowie im Prozess der Endprüfungen von Rennwagenkomponenten und zur Korrelation von Testdaten und Rennresultaten eingesetzt", erklärt Wilson.
Unabhängig davon, ob der FARO ScanArm für das Kontaktscannen, das berührungslose Scannen oder eine Kombination aus beiden verwendet wird, kann das Team vom Pratt Miller den Arm aufgrund seiner Portabilität, Zuverlässigkeit und Vielseitigkeit im Labor, in der Fertigung, in der Werkstatt oder unterwegs verwenden.
„Unser Team freut sich auf die Premiere des C8.R in Le Mans und darauf, dass er beim größten Rennen unseres Sports gegen die besten Hersteller und Teams im Langstreckensportwagenrennen in der GT-Pro-Klasse antritt“, sagt Wilson.