Come usare la scansione e la stampa 3D per l’ingegneria inversa

Indice

L’ingegneria inversa è uno strumento potente per la creazione di design digitali da parti fisiche ed è molto utile per la prototipazione in combinazione con tecnologie quali la scansione e la stampa 3D.

Gli scanner 3D sono in grado di misurare oggetti complessi molto rapidamente e possono accelerare in maniera significativa i workflow di design che contengono riferimenti a oggetti reali. Grazie alla loro capacità di rilevare e modificare forme fisiche, è possibile progettare parti stampate in 3D che si adattano perfettamente a prodotti esistenti di tutti i tipi. Le dime stampate in 3D, ad esempio, facilitano la ripetizione del posizionamento corretto di un trapano o una sega, o l’assemblaggio preciso di parti con adesivo. Permettono, inoltre, la creazione di maschere riutilizzabili per la sabbiatura, la verniciatura o l’incisione.

In questo articolo illustreremo passo a passo il processo di ingegneria inversa di un calibro digitale per il mercato post-vendita, spiegheremo come scansionare una parte per la stampa 3D, e daremo alcuni consigli su come utilizzare i giusti strumenti di ingegneria inversa, dai software CAD, agli scanner e le stampanti 3D. 

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Dal fisico al digitale: mesh e solidi

Una delle sfide che ci si trova ad affrontare quando si convertono oggetti fisici in digitali è la notevole incompatibilità tra due diversi tipi di modelli 3D: mesh e solidi.

Gli scanner 3D producono mesh, non modelli costruttivi “solidi”, che devono essere sottoposti a ingegneria inversa per poter essere modificati.

mesh sono il formato di output principale di tutti gli scanner 3D, normalmente compatibile con tutte le stampanti 3D (STL). Un mesh rappresenta la superficie di una forma mediante diversi triangoli connessi tra loro dai lati. Oltre alla posizione dei triangoli che definiscono una forma, i modelli mesh non contengono altre informazioni riguardo agli oggetti.

Gli ingegneri, però, sono abituati a lavorare con modelli solidi, che contengono informazioni sulla progettazione dei modelli codificate esplicitamente come dettagli in una serie passi logici. Nei CAD solidi, modificando le dimensioni di un singolo dettaglio, il resto del modello verrà aggiornato per adattarsi a questa modifica.

Poiché i mesh non contengono informazioni riguardo alla costruzione dell’oggetto, le possibilità di modificare un modello mesh sono limitate: software CAD come Solidworks e Onshape, ad esempio, non sono in grado di modificare i mesh direttamente. Se si vogliono apportare modifiche significative al design alla base di una parte scansionata, il mesh deve essere convertito in un disegno CAD solido: questo processo prende il nome di ingegneria inversa.

Come scansionare un oggetto per la stampa 3D: il workflow dell’ingegneria inversa

L’ingegneria inversa è importante quando si vogliono creare nuove parti che contengono o fanno riferimento a design preesistenti e non si ha a disposizione il design CAD originale.

Ad esempio, si possono creare parti di ricambio che corrispondono al design originale di pezzi danneggiati, o usare processi di ingegneria inversa per integrare superfici complesse da oggetti esistenti in dime stampate in 3D, che sono utili quando si modificano oggetti prodotti in massa o a mano.

Per la dimostrazione passo a passo di un workflow di ingegneria inversa useremo il processo di creazione di una dima di assemblaggio di un calibro digitale per il mercato post-vendita utilizzato sulla bocchetta di aerazione di una Golf Volkswagen.

1. Preparazione dell’oggetto per la scansione

Spruzza una polvere opaca temporanea sull’oggetto per migliorare la precisione della scansione. Le superfici anche solo minimamente brillanti tendono a far deteriorare la qualità della scansione, mentre le superfici riflettenti e trasparenti non possono proprio essere scansionate senza uno strato di copertura opaca.

Usa una polvere opaca temporanea per una scansione più precisa dell’oggetto.

2. Scansione 3D dell’oggetto

Usa uno scanner 3D ad alta precisione per acquisire le sezioni importanti della parte. Gli scanner da tavolo a luce strutturata o laser, con una precisione di ±100 e oltre, sono i migliori per questo tipo di lavoro.

Scopri di più su come scegliere lo scanner 3D più adatto alla tua applicazione con il nostro whitepaper sulla scansione 3D:


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Scansione 3D per ingegneria inversa, ricostruzione e metrologia

Questo whitepaper fornisce un quadro dettagliato sulle modalità di impiego della scansione 3D per migliorare la progettazione e la produzione di componenti e sul modo in cui i flussi di lavoro delle tecnologie di scansione, unitamente alla stampa 3D, possono essere di fatto applicati alle pratiche di riproduzione e restauro, ingegneria inversa e metrologia.

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Nota: potrebbe essere necessario ripetere l’orientamento o la scansione più volte se l’oggetto presenta scanalature profonde.

3. Rifinitura del mesh

Alcuni scanner producono file di mesh molto grandi, che appesantiscono il resto del processo.

I software degli scanner riparano le piccole differenze e semplificano le scansioni rendendo i dati più facilmente gestibili nel CAD. Prova a ridurre il modello il più possibile senza eliminare dettagli importanti.

Consiglio: se hai bisogno di maggiore controllo, Meshmixer è un’ottima scelta per rifinire i mesh scansionati.

4. Importazione del mesh in CAD

Importa il mesh nel software CAD dotato di strumenti per l’ingegneria inversa. Geomagic per Solidworks è molto utile per ricostruire forme organiche complesse.

Se si sta eseguendo un processo di ingegneria inversa su una parte con superfici più semplici e piatte, Xtract3D è un’alternativa più economica e leggera.

In questa fase, muovi e ruota il mesh scansionato per allinearlo con le componenti del design esistenti.

Consiglio: ruota e allinea la scansione in direzione della visualizzazione ortografica per rendere la fase di disegno più agile.

5. Estrazione delle superfici importanti

Esistono tre possibili modi per estrarre la forma dalla scansione per creare un modello solido modificabile con strumenti CAD: modellazione semiautomatica delle superfici, modellazione automatica delle superfici e ridisegno manuale.

Modellazione semiautomatica delle superfici

Le superfici curve complesse sono difficili da disegnare a mano, e in questi casi la modellazione semiautomatica è una buona scelta. Questa funzione genera superfici che si adattano alle regioni rilevate nella scansione. Variando la sensibilità della funzione di rilevamento delle superfici verranno identificate diverse superfici.

Consiglio: Geomagic per Solidworks rileva nella scansione superfici che si adattano alle curve 3D. Usa un “pennello” per aggiungere o eliminare manualmente aree dalla scansione di ogni zona.

Potrebbe essere necessario ripetere questo processo più volte con diverse impostazioni di sensibilità per rilevare tutte le superfici. Le rilevazioni possono essere ritagliate e unite per creare un solido modificabile.

Se desideri ottenere il massimo grado di modificabilità nelle fasi seguenti del processo, e se la precisione delle linee è importante per il progetto, usa la modellazione semiautomatica delle superfici per ricreare le forme curve.

Il risultato della modellazione di superficie dopo i tagli.

Modellazione automatica delle superfici

Con la modellazione automatica delle superfici è possibile creare modelli solidi da qualunque scansione di qualità. Con questo metodo è possibile usare strumenti CAD per sottrarre e aggiungere elementi, ma sarà più difficile spostare le parti di base sul corpo stesso.

Se non si ha necessità di controllare il posizionamento dei bordi, ad esempio quando si eseguono scansioni di parti del corpo umano per creare prodotti ergonomici su misura, o si crea una dima per modificare un oggetto fatto a mano in maniera precisa o ripetutamente, la modellazione automatica delle superfici è un ottimo strumento per risparmiare tempo nella fase di modellazione.

Nota: mettendo a confronto i risultati della modellazione automatica con quelli della modellazione semiautomatica si può notare un minor grado di precisione, soprattutto nei bordi più definiti.

Ridisegno manuale

Per elementi semplici come estrusioni, fori e scomparti, normalmente la soluzione più semplice e precisa è ridisegnarli usando il modello scansionato come riferimento. I software di ingegneria inversa permettono di creare piani schematizzati allineati con le superfici piatte sulla scansione ed estrarre sezioni trasversali dal mesh di scansione, che è utile per trovare la corrispondenza con la forma dell'oggetto originale.

6. Integrazione di nuovi oggetti

Una volta convertita la scansione in solido, può essere sottratta da un altro corpo solido per creare una dima che possa sorreggere la parte originale in maniera sicura.

Il design della nuova componente del calibro usa come riferimento anche le dimensioni della scansione, utilizzando le curve estratte con la modellazione semiautomatica.

7. Stampa 3D del nuovo design

La stampa della dima con la stampante 3D stereolitografica (SLA) di Formlabs garantisce un alto grado di precisione comparabile all'output degli scanner 3D per ingegneria. Usa la Rigid Resin di Formlabs per la sua resistenza e precisione.


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Una volta completate queste fasi, la dima stampata in 3D è pronta all'uso per l'assemblaggio di questo nuovo calibro sulla bocchetta di areazione OEM.

La versione finale della dima di assemblaggio stampata in 3D con la Rigid Resin.

Gli strumenti giusti per l’ingegneria inversa

Il primo passo per iniziare a eseguire l’ingegneria inversa sulle parti è trovare uno scanner 3D adatto alle tue esigenze. Scopri quali sono i migliori scanner 3D per la stampa 3D ad alta precisione nel nostro whitepaper:

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