リバースエンジニアリングは、物理的な部品からデジタルデザインを作成する強力な方法であり、3Dスキャンや 3Dプリント技術と並んで、プロトタイピングの貴重なツールになり得ます。
3Dスキャナー は、複雑な形状のスキャン対象オブジェクトを非常に高速に測定することができ、実物の参照を伴う場合、設計ワークフローを大幅にスピードアップすることができます。物理的な形状を捉えて修正できるため、あらゆる種類の既存の製品にぴったりとフィットする3Dプリントパーツを設計することができます。3Dプリントされた治具を使えば、ドリルやのこぎりを繰り返し位置決めしたり、接着剤で部品を精密に組み付けたりすることができます。サンドブラスト、ペイントやエッチング用に、再使用可能な密着マスクを作成します。
この記事では、アフターマーケットのデジタルゲージのリバースエンジニアリングの手順をステップバイステップで説明し、3D プリント用にパーツをスキャンする方法を、CADソフトウェアから3Dスキャナーや3Dプリンタまで、リバースエンジニアリングツールを正しく使用するためのヒントとともに解説しています。
3Dスキャンのワークフローと技術の全容を詳しく知りたい場合は、Formlabs発行のホワイトペーパーをダウンロードしてください。
お使いの3Dプリンタ用のスキャナーをお探しですか？お使いの3Dプリンタと一緒に使用する最適な3Dスキャナをお探しの場合、その選び方 について詳しく解説するFormlabs発行のガイドをご参照ください。
物理からデジタルへ：メッシュとソリッド
スキャン対象オブジェクトの物理的な情報をデジタルデータに変換する際に遭遇する最大の問題の1つは、 メッシュ と ソリッドという2つの異なるタイプの3Dモデルの間に互換性がないことです。
3Dスキャナーから出力されるのは「メッシュ」で、建設的な「ソリッド」モデルではありません。メッシュを編集可能にするためには、リバースエンジニアリングが必要です。
メッシュ は、すべての3Dスキャナーから得られる主要な出力情報であり、3Dプリンタ（STL）で一般的に理解されている形式です。メッシュは、多数の三角形を辺と辺でつないで、形状の表面を表現したものです。メッシュモデルには、形状を定義する三角形の位置以外に、スキャン対象オブジェクトに関する情報は一切含まれていません。
一方、エンジニアたちは ソリッドモデルで作業するトレーニングを受けています。ソリッドモデルは、オブジェクトがどのように設計されるかという情報を保持し、この情報は論理的ステップの「積み重ね」によって構築されるオブジェクトの特徴として明示的にモデルにエンコードされます。ソリッドCADでは、1つの形状の寸法を変更すると、それに合わせて同じモデルの他の部分のデータも更新されるようになっています。
メッシュはスキャン対象オブジェクトの構造に関する情報を持たないため、メッシュモデルを修正できる範囲は限られています。実際、SolidworksやOnshapeといったCADソフトウェアには、メッシュを直接修正できる機能は備わっていません。スキャンした部品の設計を大幅に変更する場合、メッシュをソリッドCAD図面に変換する必要があります。このプロセスが リバースエンジニアリングです。
3Dプリント用にオブジェクトをスキャンする方法：リバースエンジニアリングのワークフロー
リバースエンジニアリングは、元のCADデータにアクセスできない場合に、古い設計データを参照したり、組み込んだりして新しい部品を作る時に重要です。
例えば、既存部品が破損した場合、その部品の元の設計に合わせて交換部品を製作することができますが、リバースエンジニアリングのプロセスを導入すれば、既存のオブジェクトの複雑な表面を3Dプリント用治具に統合することができるようになります。このプロセスは特に大量生産品や手工芸品を修正する際に便利です。
ではここで、リバースエンジニアリングのワークフローの基本的な手順を説明するための事例として。フォルクスワーゲンゴルフのエアベントに取り付ける組み立て冶具をアフターマーケットのデジタルゲージに基づいて作成するプロセスを見ていきます。
1. スキャン対象オブジェクトを用意する
スキャン精度を上げるため、対象オブジェクトに 一時的な艶消しパウダー を吹き付けます。対象物の表面に少しでも光沢があると、スキャン品質が低下する傾向があります。一方、 反射面や透明面 は、艶消しコーティングトなしでは全くスキャンできません。
スキャン精度を上げるため、対象オブジェクトに一時的な艶消しパウダーを吹き付けます。
2. 対象オブジェクトを3Dスキャンする
高精度3Dスキャナーを使って、部品の重要な部分を撮影します。この場合、±100以上の精度を持つストラクチャーライト方式またはレーザー方式の卓上型スキャナーを使用することをお勧めします。
Formlabs発行の 3Dスキャンに関するホワイトペーパーに、お客様の用途に合った3Dスキャナーの選び方についても詳しく説明しています。
リバースエンジニアリング、修復や計測用の3Dスキャン
本書には、3Dスキャンを使用して部品の設計や生産の改善を図る方法、および3Dプリントと3Dスキャン技術を組み合わせたデジタルワークフローをエンジニアリングやプロダクトデザインをはじめとする様々なワークフローに効果的に応用できる方法に関する詳しい説明が記載されています。
ホワイトペーパーのダウンロード
注：スキャン対象オブジェクトに深い凹みがある場合、何度か向きを変えて再スキャンする必要があるかもしれません。
3. メッシュをリファインする
スキャナーによっては、非常に大きなメッシュファイルを生成するものもあり、そのような場合、後の工程を停止せざるを得なくなる恐れがあります。
スキャナー用ソフトウェアの中には、小さな隙間を修復し、スキャンデータを簡素化することで、CADでのデータ管理をしやすくする機能が備わっているものもあります。重要なディテールを壊さずに、できるだけモデルのスキャンデータをシンプルにするようにします。
ヒント：もう少し調整する必要がある場合は、 Meshmixer がスキャンしたメッシュを絞り込むのに最適な選択肢になります。
4. メッシュをCADにインポートする
リバースエンジニアリングツールを搭載したCADソフトウェアにメッシュを取り込みます。 Geomagic for Solidworks は、複雑で有機的な形状の再表面加工を行うための強力な選択肢になります。
単純な平面の部品のリバースエンジニアリングであれば、 Xtract3D は、より安価で軽量な代替ツールになります。
このステップでは、スキャンするメッシュを移動したり回転させたりして、既存のデザインコンポーネントと整列させます。
ヒント：正投影図の方向を向くようにスキャンを回転させ、位置を合わせると描画が楽になります。
5. 重要な面を抽出する
CADツールで編集可能なソリッドモデルを作成するためのスキャンの形状を抽出するには、半自動サーフェシング、自動サーフェシング、手動再描画の3つの方法があります。
半自動サーフェシング
手で描くのが難しい複雑な曲面は、半自動サーフェシング機能を使って処理した方がいい場合があります。これはスキャンで検出された領域にフィットするサーフェスを生成する機能です。サーフェス検出機能の感度を変えることで、異なるサーフェスを発見することができます。
ヒント：Geomagic for SolidWorksは、3Dカーブにフィットするようにスキャン上のサーフェスを検出します。「ブラシ」を使って、スキャン上の各領域を手動で足したり減らしたりすることができます。
すべての面を検出するためには、感度を変えてこの作業を何度か繰り返す必要があるかもしれません。これらの面をトリミングしたり、編み込んだりして、編集可能なソリッドを作成することができます。
後々の編集性を最大限に引き上げておきたい時やシャープなエッジの精度が重要な場合は、半自動サーフェシング機能を使って曲線形状を再作成します。
再表面加工した結果（トリミング後）
自動サーフェシング
自動サーフェシング機能を使えば、あらゆる 水密スキャンからソリッドモデルが生成できます。自動サーフェシング機能で生成されたボディは、標準的なCADツールで足したり、減らしたりできますが、ボディ自体の基本的な特徴を動かすのは難しくなるでしょう。
エッジの配置を調整する必要がない場合もあります。それは例えば、人体の一部をスキャンして人間工学に基づいた形状のカスタム製品を製作する時や手作り品を精密にまたは繰り返し修正するための治具を作りたい時などです。そのような場合、自動サーフェシングはモデリング時間を短縮するのに有効な機能となります。
注：自動サーフェシングと半自動サーフェシングの結果を比較すると、特に鋭いエッジの周辺では、精度が落ちていることがあります。
手動再描画
浮き出し模様、穴やポケットなどの単純な特徴は通常、スキャンモデルを参照しながら再描画するのが最も早いし、最も正確です。リバースエンジニアリング用のソフトウェアでは、 スキャン上の平面に合わせたスケッチ平面 を作成したり、 スキャンメッシュから断面を抽出することで、元のスキャン対象オブジェクトの形状に合わせることができます。
6. 新しいオブジェクトを統合する
スキャンデータを一旦ソリッドに変換した後、別のソリッドボディから減算して、元の部品をしっかりと保持する治具を作ることができます。
新しいゲージコンポーネントのデザインは、半自動サーフェシングで抽出されたカーブを使用して、スキャンの寸法も参照しています。
7. 新しいデザインを3Dプリントする
Formlabsの光造形（SLA）3Dプリンタ で治具を造形すると、エンジニアリンググレードの3Dスキャナに匹敵する高い精度を得ることができます。材料には、強度と精度が高いFormlabsの Rigid レジンをご使用ください。
パーツの無償サンプルをリクエスト
Formlabsの品質を直接手に取ってご確認ください。Rigidレジンを使って3Dプリントしたサンプルパーツをご指定の宛先まで発送いたします。
パーツの無償サンプルをリクエストこれらの手順が完了すると、3Dプリントした治具を使って、新しいゲージを純正のエアベントに組み付ける準備が整います。
Rigidレジンで3Dプリントした組み立て治具の完成品
リバースエンジニアリングのための正しいツール
リバースエンジニアリングを始めるための最初のステップは、ニーズに合致した3Dスキャナーを見つけることです。高精度3Dプリントを補完する最適な3Dスキャナーについては、当社のホワイトペーパーをご覧ください。
3Dプリントは初めてですか？当社のホワイトペーパーは、 光造形技術について詳しく知る機会にお使いいただけます。また、 他にどのような製造ニーズに対応できるかについては、当社が開催するウェビナーをご覧ください。
