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Cómo usar el escaneo 3D y la impresión 3D para la ingeniería inversa

3D scanning and 3D printing workflow

La ingeniería inversa es un modo eficaz de crear diseños digitales a partir de una pieza física y puede ser una valiosa herramienta de creación de prototipos, junto con tecnologías como el escaneo 3D y la impresión 3D.

Los escáneres miden objetos complejos con mucha rapidez, y pueden acelerar tu proceso de trabajo de diseño de forma considerable cuando hay referencias reales involucradas. Con la capacidad de capturar y modificar formas físicas, puedes diseñas piezas impresas en 3D que encajen perfectamente en productos de todo tipo. Las sujeciones con guía impresas en 3D permiten situar repetidamente un taladro o una sierra, o ensamblar piezas con precisión con algún adhesivo. Crea mascarillas ajustadas y reutilizables para tareas de arenado, pintado o grabados.

En esta publicación, describiremos paso a paso el proceso de aplicar la ingeniería inversa para un medidor digital de recambio y explicaremos cómo escanear una pieza para imprimirla en 3D, con consejos para usar las herramientas de ingeniería inversa adecuadas: desde el software CAD hasta los escáneres 3D e impresoras 3D. 

Si quieres ver un desglose completo de los procesos de trabajo y tecnologías de escaneo 3D, descarga nuestro libro blanco.

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¿Estás buscando un escáner 3D para tu impresora 3D? Lee nuestra guía detallada sobre cómo elegir el mejor escáner 3D para tu impresora 3D.

De lo físico a lo digital: mallas y sólidos

Uno de los mayores desafíos a los que se enfrenta la gente al convertir objetos físicos a un formato digital es una gran incompatibilidad entre dos tipos diferentes de modelos 3D: mallas y sólidos.

A 3D scanner outputs a mesh, rather than a constructive “solid” model. Meshes need to be reverse engineered to be made editable.

Un escáner 3D genera una malla, en vez de un modelo "sólido" constructivo. Para hacer que las mallas sean editables, es necesario aplicarles ingeniería inversa.

Las mallas son el principal producto de todos los escáneres 3D y el formato que en general entienden las impresoras 3D (STL). Una malla representa la superficie de una forma con un gran número de triángulos, conectados por sus lados. Los modelos de malla no contienen información de los objetos más allá de la posición de los triángulos que definen la forma.

Por otro lado, los ingenieros se han formado para trabajar con modelos sólidos. Los modelos sólidos contienen información sobre cómo se ha diseñado un objeto, y dicha información está codificada en el modelo como características en una "pila" de pasos lógicos. En el CAD de modelos sólidos, es posible cambiar el tamaño de una única característica y que el modelo se actualice para adaptarse al cambio.

Dado que las mallas no contienen información sobre la construcción del objeto, las formas de las que se puede alterar un modelo de malla son limitadas. Sin ir más lejos, el software CAD como SolidWorks y Onshape no puede modificar las mallas directamente. Si necesitas realizar cambios importantes en el diseño subyacente de una pieza escaneada, la malla debe convertirse en un dibujo de CAD sólido. Este proceso es lo que llamamos ingeniería inversa.

Cómo escanear un objeto para la impresión 3D: El proceso de trabajo de la ingeniería inversa

La ingeniería inversa es importante cuando quieres crear nuevas piezas que hagan referencia a diseños anteriores o que incorporen partes de él, cuando el diseño CAD original no está accesible.

Por ejemplo, puedes crear piezas de recambio que se correspondan con el diseño original de piezas existentes dañadas o usar procesos de ingeniería inversa para integrar superficies complejas de objetos resistentes en sujeciones con guía imprimibles en 3D, que resultan útiles cuando se quiere modificar productos hechos a mano o fabricados en masa.

Para demostrar los pasos básicos de un proceso de trabajo de ingeniería inversa. echaremos un vistazo al proceso de creación de un soporte para montaje para un medidor digital de recambio que debe encajar en la salida de ventilación del salpicadero de un Volkswagen Golf.

1. Prepara el objeto para el escaneo

Rocía el objeto con un recubrimiento de polvo mate temporal para mejorar la precisión del escaneo. Ten en cuenta que las superficies reflectantes y transparentes no pueden escanearse , y que incluso las superficies que solo son ligeramente brillantes tienden a degradar la calidad del escaneo.

Utiliza un polvo mate temporal para mejorar la precisión del escaneo de tu objeto.

Utiliza un polvo mate temporal para mejorar la precisión del escaneo de tu objeto.

2. Realiza el escaneo 3D del objeto

Usa un escáner 3D de alta precisión para capturar las partes importantes de la pieza. Los escáneres de escritorio de luz estructurada o láser son las herramientas adecuadas para este trabajo, con una precisión de ±100 o más.

¿Quieres saber más acerca de cómo elegir el escáner 3D adecuado para tu aplicación? Lee nuestro libro blanco de escaneo 3D:


Libro blanco

Escaneado 3D en restauración, ingeniería inversa y metrología

Este libro blanco proporciona información detallada sobre cómo comenzar a utilizar el escaneado 3D para mejorar el diseño y la producción de piezas, y cómo, combinado con la impresión 3D, los procesos de escaneado pueden aplicarse de forma efectiva a la reproducción y restauración de piezas, a la ingeniería inversa y a la metrología.

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3D scanner aftermarket part - Reverse Engineering

Nota: Es posible que necesites orientar y volver a escanear tu objeto varias veces si el objeto tiene rebajes profundos.

3. Refina la malla

Algunos escáneres generan archivos de maya extremadamente grandes, que ralentizarán o paralizarán pasos posteriores.

El software de escaneo repara huecos pequeños y simplifica el escaneo, haciendo que los datos sean más manejables en CAD. Intenta reducir el modelo tanto como sea posible sin destruir detalles importantes.

Meshmixer menu - Reverse Engineering

Consejo: Si necesitas un control mayor, Meshmixer es una buena elección para refinar mallas escaneadas.

4. Importa la malla en el software CAD

Importa la malla en un software CAD equipado con herramientas de ingeniería inversa. Geomagic para SolidWorks es una opción potente para editar la superficie de formas orgánicas y complejas.

Si vas a aplicar la ingeniería inversa a una pieza con superficies planas más simples, Xtract3D es una alternativa menos cara y más ligera.

En este paso, mueve y gira la malla de escaneo para alinearla con los componentes de diseño existentes.

Solidworks orthographic - Reverse engineering

Consejo: Facilita el dibujo girando y alineando el escaneo para que apunte hacia las direcciones de vista ortográfica.

5. Extrae las superficies importantes

Hay tres opciones para extraer la forma del escaneo y crear un modelo sólido editable con las herramientas de CAD: el modelado de superficie semiautomático, el modelado de superficie automático y el redibujado manual.

Modelado de superficie semiautomático
Las superficies curvas complejas son difíciles de dibujar de forma manual, así que puede convenirte usar la opción del modelado de superficie semiautomático. Esta función genera superficies que se ajustan a regiones detectadas del escaneo. Si cambias la sensibilidad de la función de detección de superficies, se encontrarán superficies distintas.

Solidworks detect surfaces - Reverse Engineering

Consejo: Geomagic para SolidWorks detecta superficies en el escaneo que se ajustan a curvas 3D. Usa un "pincel" para añadir o eliminar manualmente zonas en el escaneo de cada región.

Es posible que debas repetir este proceso varias veces con distintos ajustes de sensibilidad para detectar todas tus superficies. A continuación, estas superficies pueden recortarse y unirse para crear un sólido editable.

Usa el modelado de superficies semiautomático para recrear formas curvas si quieres contar con la máxima editabilidad posible más adelante, y cuando sea importante tener precisión en aristas afiladas.

El resultado modelado, después del recorte.

El resultado modelado, después del recorte.

Modelado de superficies automático

El modelado de superficies automático genera un modelo sólido a partir de cualquier escaneo estanco. Puedes usar herramientas de CAD estándar para quitar y añadir elementos a este cuerpo modelado automáticamente, pero será más difícil mover características básicas en el cuerpo del objeto.

Puede que no necesites controlar la colocación de los bordes y aristas. Por ejemplo, si escaneas una parte del cuerpo humano para crear productos ergonómicos personalizado o si quieres crear una sujeción para modificar de forma precisa o repetible un objeto hecho a mano. En estos casos, el modelado de superficies automático es un modo excelente de ahorrar tiempo de modelado.

Solidworks automatic surfacing - Reverse Engineering

Nota: Compara los resultados del modelado automático con los del modelado semiautomático: se pierde precisión, sobre todo en torno a los bordes afilados.

Redibujado manual

Para elementos sencillos como protuberancias, orificios y cavidades, suele ser más rápido y más preciso redibujar dichos elementos usando como referencia el modelo escaneado. El software de ingeniería inversa te permite crear planos bocetados que se alinean con las superficies planas del escaneo y extraer secciones transversales de la malla del escaneo, que ayudan a reproducir la forma del objeto original.

6. Integra los nuevos objetos

Cuando el escaneo se haya convertido en un sólido, se puede sustraer a otro cuerpo sólido para crear una sujeción que agarre de forma segura la pieza original.

El diseño del nuevo medidor también toma como referencia las medidas del escaneo, usando curvas extraídas mediante el modelado de superficies semiautomático.

7. Imprime en 3D el nuevo diseño

Imprimir el soporte en una impresora 3D de estereolitografía (SLA) de Formlabs te da un alto grado de precisión, comparable al resultado de los escáneres 3D de ingeniería. Usa la Rigid Resin de Formlabs por su resistencia y precisión.


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Experimenta la calidad de Formlabs de primera mano. Enviaremos una pieza de muestra impresa en 3D con la Rigid Resin de manera gratuita a tu oficina.

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Cuando estos pasos se hayan completado, la sujeción impresa en 3D está lista para usarla en el montaje del nuevo medidor en la salida de ventilación del fabricante original.

El soporte para montaje final impreso en 3D con la Rigid Resin.

El soporte para montaje final impreso en 3D con la Rigid Resin.

Las herramientas adecuadas para la ingeniería inversa

El primer paso para comenzar a aplicar la ingeniería inversa a piezas es encontrar el escáner 3D que mejor satisfaga tus necesidades. Lee qué escáneres 3D complementan la impresión 3D de alta precisión en nuestro libro blanco:

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