3D-Druck ist perfekt für die Reproduktion von Ersatzteilen in kleinen Mengen. Wenn keine CAD-Daten vorhanden sind, können die Teile mit einem 3D Scan für den 3D-Druck vorbereitet werden. In diesem Blog erfahren Sie, wie die Scan-Prozesse funktionieren und welche Bedingungen erforderlich sind. Es wird aufgezeigt, in welchen Fällen sich Scannen lohnt oder wo Reverse Engineering vorzuziehen ist.
Damit ein physisches Objekt aus der realen Welt im 3D-Druck zu einem Funktionsmodell oder Prototypen werden kann, braucht es eine „Arbeitsanweisung“ in Form einer digitalen 3D Datei. Diese Daten müssen die Form und das Aussehen beschreiben, damit ein Objekt zu einem 3D-Modell werden kann. Während bei einfachen geometrischen Formen die benötigten Maße einfach mittels Messschieber abgenommen und in einer Softwareumgebung weiterverarbeitet werden können, sieht es bei komplexen Freiformen oder organischen Körpern anders aus.
3D-Scanner übernehmen in diesen Fällen die Aufgabe, aus realen Objekten 3D-Daten herzustellen. In diesem Blog zeigen wir auf, welche Vorteile der 3D-Scan für den 3D-Druck hat, in welchen Fällen 3D-Scanner effizienter sind als Reverse Engineering und wie genau der Prozess vom ersten Scan bis zum fertig gedruckten Bauteil eigentlich abläuft.
Es existieren unterschiedliche Ansätze für das Scannen von Objekten, die 3D-gedruckt werden sollen. Zu den gängigen Methoden, die im professionellen Bereich angewendet werden, zählen das 3D-Laser-Scanning, die Fotogrammetrie und das Structured Light Scanning.
Das Laser-Scanning von Objekten ist die am weitesten verbreitete Technik, um ein digitales Abbild von einem real existierenden Objekt zu erhalten. Beim 3D-Laser-Scanning wird ein Laserpunkt auf das Objekt projiziert, zumeist unterstützt durch optisch getrackte Systeme. Der Laserstrahl wird entlang einer Linie gelenkt, währenddessen ein Messsensor Punkt für Punkt den Abstand zwischen Oberfläche des Objektes und Messkopf vermisst. So entstehen unzählige Einzelpunkte, die in der Folge von einer Software zu einer Punktwolke kombiniert werden. Diese Methode eignet sich ideal für komplexe Geometrien, ist aber durch aufwändige Nacharbeiten vergleichsweise zeitaufwändig und deshalb eher teuer.
Bei der Fotogrammetrie wird das betreffende Objekt aus unterschiedlichen Positionen fotografiert. Durch die verschiedenen Blickwinkel werden alle notwendigen Informationen zur Geometrie gesammelt. Mithilfe von Algorithmen werden die Fotos anschließend verarbeitet, um ein 3D-Modell zu erzeugen. Die Methode ist nicht so präzise wie das Laser-Scanning, aber es lassen sich abhängig von der eingesetzten Software durchaus gute Ergebnisse erzielen.
Beim Structured Light Scanning wird eine genau definierte Abfolge von codierten Mustern aus Licht auf ein Objekt projiziert. Die durch die Geometrie des Objektes verzerrten Lichtmuster werden von einer winkelversetzt aufgebauten Kamera aufgenommen, an eine Software weitergeleitet und dort zur Erstellung des 3D-Modells weiterverarbeitet.
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Die Genauigkeit der 3D-Scans ist – genau wie die Auflösung – direkt abhängig von den eingesetzten Geräten und den Anforderungen, die an den Scan (und damit das spätere 3D-Modell) gestellt werden. Im industriellen Profi-Bereich sind Genauigkeiten im µm-Bereich Standard. Technisch machbar sind Auflösungen bis 0,001 mm – allerdings nicht für jedes Projekt sinnvoll. In den allermeisten Fällen genügen weniger hohe Auflösungen, die wesentlich weniger rechenintensiv sind.
Die benötigte Genauigkeit und Auflösung eines 3D Scans für den 3D-Druck wird auch durch das zu scannende Objekt bestimmt. Sind scharfe Kanten zu realisieren? Müssen bestimmte Toleranzbereiche eingehalten werden? (Blog lesen: welche Toleranzen sind im 3D-Druck möglich) Oder wie groß oder klein ist das Objekt. Alle Parameter fließen direkt in die Auswahl der benötigten Genauigkeit und Auflösung mit ein.
Scanbar sind theoretisch zunächst alle Objekte, von wenigen Millimetern bis hin zu größeren Objekten bis zu mehreren Metern. Schwierigkeiten können vor allem bei transparenten Objekten oder solchen mit hochglänzenden Oberflächen entstehen. Hier kann es beim 3D-Scan zu Datenlücken oder Fehlern in den Punktewolken kommen. Um die Fehlerquellen zu umgehen, werden speziell entwickelte Mattierungssprays eingesetzt. Die Kontrastmittel werden in einer dünnen Schicht auf das Objekt gesprüht. Nach dem Scan lässt sich die Schicht rückstandsfrei wieder entfernen.
Bild: transparente Bauteile müssen für den Scan vorbereitet werden.
Der Aufwand, der rund um den 3D-Scan für den 3D-Druck entsteht, ist stark abhängig von dem zu scannenden Objekt, dessen Geometrie und den Anforderungen an die Druckdatei.
Grundsätzlich sind 4 Schritte notwendig, bis zum fertigen Bauteil:
Bevor ein Bauteil gescannt wird...
Das eigentliche Scannen für den 3D-Druck ist vergleichsweise schnell durchgeführt und tatsächlich der zumeist „einfachste“ Teil des gesamten Prozesses. Wobei einfach hier bewusst in Anführungszeichen gesetzt ist, denn gerade beim professionellen 3D-Scan fließen Details wie die aktuellen Lichtverhältnisse in die Arbeit ein. Der Umgang mit hochwertigen 3D-Scannern und der dahinter eingesetzten Software benötigt Erfahrung und Fachwissen.
Nachdem das Bauteil gescannt wurde, müssen die Daten verarbeitet werden, um eine 3D-druckbare Datei zu erhalten.
Nach dem Scan wird...
Sobald die 3D-Druckdatei fertig korrigiert und optimiert ist, kann das Bauteil additiv gefertigt werden.
Eine Übersicht über die bei Jellypipe verfügbaren Materialien und Technologien finden Sie mit den folgenden Links:
Einfache Hand-Scanner oder gar das eigene Smartphone für die Erstellung von 3D-Druckdateien verwenden und die erzeugten Datensätze anschließend in Gratis-Software nachbearbeiten klingt zunächst verlockend – und ist vor allem für den privaten Gebrauch tatsächlich eine Überlegung wert. Die verfügbaren Geräte sind in unterschiedlichen Qualitäten erhältlich. Auch bei den verfügbaren Software-Lösungen schwankt die Qualität teils erheblich. Hier kann man sagen, dass die Leistungsfähigkeit der Software direkt abhängig vom Preis ist. Je teurer die Software, desto einfacher ist die zuverlässige Erzeugung von druckfähigen Datensätzen. In der Regel müssen mehrere Tools kombiniert werden, um ein einigermaßen verwendbares Ergebnis zu erzielen. Für den professionellen Einsatz sind diese Lösungen nicht geeignet – und wären je nach Vorhaben alles andere als wirtschaftlich.
Um vorhandene physische Objekte in Druckdaten für die additive Fertigung zu übertragen, muss nicht immer auf das zwar sehr präzise, aber auch zeitaufwändige und kostenintensive 3D-Scanning zurückgegriffen werden. Gerade bei einfachen Bauteilen lohnt sich Reverse Engineering oft. (Blog lesen: Reverse Engineering für eine Gummidichtung)
Beim Reverse Engineering werden bestehende Maße mittels eines Messschiebers abgenommen und in einem CAD-Programm zur 3D-Modellierung genutzt. Viele Anforderungen im Bereich der additiven Fertigung lassen sich so schnell, einfach und preiswert umsetzen. Reverse Engineering stößt aber bei Freiformen aller Art an seine Grenzen. Immer dann, wenn keine Detailmaße vom Urmodell abgenommen werden, ist der 3D-Scan im Vorteil.
Dieses Gehäuse lässt sich mit etwas Aufwand durch Reverse Engineering in eine druckfähige Datei übertragen. Gehäuseabdeckungen lassen sich oft wesentlich einfacher mittels Nachzeichnens realisieren. Ein Scan wäre wesentlich zeitaufwändiger und damit teurer.
Diese beiden Bauteile aus dem Automotive und dem Maschinenbau müssten aufgrund der Komplexität der Geometrie gescannt werden:
Dieses Bauteil ist defekt, und ein Scan macht keinen Sinn, dies so zu scannen. Die defekte Stelle müsste in den gescannten Daten anschliessend aufwändig rekonstruiert werden für den 3D-Druck. Deshalb wurde in diesem Fall das Reverse Engineering angewandt. (Blog lesen: Reverse Engineering für eine Gummidichtung)
Je nach Beschädigungs-Art eines Bauteils, kann dieses aber u.u. auch geflickt werden und danach gescannt. Welche Methode geeigneter ist, ist vom Projekt abhängig.
Physische Objekte aus der realen Welt in ein 3D-gedrucktes Modell transferieren: 3D-Scanner ermöglichen zahlreiche Anwendungen für die additive Fertigung. Mit unterschiedlichen technischen Ansätzen werden die Objekte vermessen, in Punktewolken übertragen und anschließend durch spezielle Software in 3D-Druckdaten umgewandelt. Der Prozess ist jedoch zeitaufwändig und arbeitsintensiv, sodass das Verfahren nicht immer wirtschaftlich ist. Gerade bei einfachen Bauteilen empfiehlt sich als Alternative das Reverse Engineering, bei dem die Maße des Urmodells mittels Messschieber abgenommen und anschließend in CAD-Software in ein Modell übertragen werden.
Gerne finden wir für Sie heraus, ob sich für Ihr individuelles Bauteil ein Scan oder Reverse Engineering besser geeignet ist. Senden Sie uns hierzu bitte eine „individuelle Anfrage“ auf einem der Stores, fügen Sie ein Foto Ihres Bauteils bei und teilen Sie uns das spätere Einsatzgebiet mit. Zudem bitte alle wichtigen Informationen mitliefern, wie z.B. Toleranzwerte etc. Gerne beraten wir Sie, um die optimale Lösung für Ihr Projekt zu finden.
Wir freuen uns bereits auf Ihre Anfrage!
Ihr Jellypipe Team
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