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STL in STEP umwandeln mit gratis Software (Tutorial)

  • Tutorial
STL in STEP umwandeln mit kostenloser Software (kurzes Tutorial) 07:45
Mit kostenloser Software können auch Sie einen 3D-Scan (STL) in ein CAD-Format (STEP) umwandeln. Dieser Prozess nennt sich Reverse Engineering. In diesem Tutorial zeigen wir, wie wir einen 3D-Scan als CAD-Volumenmodell rekonstruieren. Dies ist kein automatischer Prozess, sondern eine manuelle Rekonstruktion.
Inhaltsverzeichnis

Für dieses Tutorial nutzen wir Netfabb (Version 7.4.0) oder Netfabb (aktuelle Testversion) und die aktuelle Version von FreeCAD.

Wenn Sie bei diesem Reverse Engineering-Tutorial Hilfe benötigen oder wir den Prozess für Sie durchführen sollen, melden Sie sich gerne bei uns: +49 40 481133 oder schreiben Sie uns bitte eine E-Mail: info@holocreators.com.

Einleitung

Dieses Tutorial umfasst die fünf Grundschritte, um ein Reverse-Engineering mit FreeCAD und Netfabb durchzuführen. Wir wenden uns dabei an fortgeschrittene FreeCAD-Anwender. Wir haben haben ebenfalls ein 120 min. Tutorial-Video (auf Englisch) vorbereitet, welches im Detail durch jeden einzelnen Schritt führt.

Das kaputte Teil, das uns als Beispielprojekt dient, ist aus dem Tank eines 50 Jahre alten Autos. Von diesem Bauteil haben wir einen 3D-Scan mit dem Profi-3D-Scanner “Artec Space Spider” erstellt.Danach haben wir von dem 3D-Scan ein Reverse Engineering mit parametrischer Modellierung in FreeCAD vorgenommen.
Dies ist der originale 3D-Scan (STL Format) des Tankgeber-Bauteils. Es wurde mit einem professionellen 3D-Scanner (Artec Space Spider) erstellt. Wir haben den 3D-Scan hier zum Download vorbereitet.
Die Auswahl kann im STEP-Format in FreeCAD gespeichert werden.
Nach unserem Reverse Engineering mit parametrischer Modellierung in FreeCAD sieht die fertige STEP-Datei so aus. Wir haben die CAD-Datei hier zum Download vorbereitet.

Schritt 1: Vermessung des 3D-Scans in Netfabb und Erzeugen einer Referenzskizze in FreeCAD

In diesem ersten Schritt definieren wir einen Kreis in FreeCAD, der uns bei der korrekten Ausrichtung des 3D-Scans helfen wird.

Der 3D-Scan wurde in Netfabb importiert.
Wir importieren den originalen 3D-Scan „professional-3d-scan-with-artec-space-spider-tankgeberpart.stl“ in Netfabb. Wir haben den 3D-Scan hier zum Download vorbereitet.
Mit der auf dem Bild gezeigten Schaltfläche kann eine neue Messung in Netfabb vorgenommen werden.
Wir klicken auf den Button „Neue Messung“.
Wir klicken auf „Radius messen“. Der Button „3 Punkte auf Kreis“ muss dabei aktiviert sein
Mit der auf dem Bild gezeigten Funktion, der Drei-Punkte-auf-Kreis-Funktion, kann der 3D-Scandurchmesser in Netfabb gemessen werden.
Wir wählen die Außenkante des Flansches aus. Netfabb wird automatisch den Außendurchmesser ausgeben.
Mit der auf dem Bild gezeigten Schaltfläche kann der Durchmesser des 3D-Scans in Netfabb gemessen werden.
Der Außendurchmesser des Flansches ist 75,97 mm. Wir runden auf 76mm auf
Das ist der Daten-Tab in FreeCAD.
Wir importieren die Datei „Professioneller-3d-scan-flansch.stl“ in FreeCAD und aktivieren den Arbeitsbereich „Sketcher“. Wir klicken auf den Button „Einen Kreis in der Skizze erstellen“.
In FreeCAD kann mit der auf dem Bild gezeigten Schaltfläche der Radius eines Kreises oder eines Bogens festgelegt werden.
Wir klicken auf die Schaltfläche „Lege Radius eines Kreises oder eines Bogens fest“.
In diesem Computerfenster können Änderungen des Radius in FreeCAD vorgenommen werden.
Wir geben den Radius des Durchmessers ein. Also 76 mm / 2. FreeCAD wird automatisch den Radius von 38 mm berechnen. Unsere Referenzkreis-Skizze ist nun fertig.

Schritt 2: Korrektes Ausrichten (Placement) des 3D-Scans in FreeCAD

Wir müssen den 3D-Scan optimal entlang der X-, Y- und Z-Achsen ausrichten. Dies geschieht im Arbeitsbereich „Skizze“.

Das ist der Daten-Tab in FreeCAD.
In der unteren linken Ecke klicken wir auf den Button „Daten“.
Das ist die Placement-Registerkarte mit drei Punkten in FreeCAD.
Wir klicken auf die drei Punkte neben der Schaltfläche „Placement“
Dieses Foto zeigt die Checkbox zum Anwenden inkrementeller Änderungen an der Objektplatzierung in FreeCAD.
Wir aktivieren die Checkbox „Änderungen an Objektplacement inkrementell übernehmen“.
Der 3D-Scan wird in FreeCAD entlang der x-Achse gedreht.
Wir wechseln zu einer Seitenansicht und rotieren den 3D-Scan schrittweise, bis er senkrecht zur XAchse ausgerichtet ist.
Der 3D-Scans wird in FreeCAD so gedreht, dass er senkrecht zum Referenzkreis steht.
Am Ende sollte es so aussehen.
Der 3D-Scan wird in FreeCAD entlang der y-Achse gedreht.
Wir ändern die Ansicht und wiederholen den Prozess für die Y-Achse.
Der 3D-Scan kann in der Mitte des Referenzkreises verschoben werden.
Abschließend wechseln wir zur Oberansicht und bewegen den 3D-Scan, bis er im Zentrum des Kreises ist. Der 3D-Scan ist nun optimal im Koordinatensystem von FreeCAD ausgerichtet. Das wird die CADRekonstruktion vereinfachen

Schritt 3: Anpassung der Transparenz des 3D-Scans in FreeCAD und Erstellung eines Profils

Wir machen das Bauteil halbdurchsichtig, um direkt darauf konstruieren zu können.

Mit dem Transparenz-Schieberegler in FreeCAD kann man bestimmten, wie durchsichtig ein Modell sein soll.
Mit der Tastenkombination STRG+D öffnet sich ein Fenster, in dem wir die „Transparency“ einstellen können.
Das Bild zeigt die Transparency-Registerkarte in FreeCAD.
Wenn STRG+D nicht funktioniert, können wir die „Transparency“ auch direkt links unten im Menü einstellen.
In FreeCAD können mit der auf dem Foto gezeigten Schaltfläche neue Skizzen erstellt werden.
Wir klicken auf „Neue Skizze erstellen“ und arbeiten im „Sketcher“-Arbeitsbereich.
Mit der auf dem Bild gezeigten Schaltfläche kann die XZ-Ebene in FreeCAD ausgewählt werden.
Wir wählen die XY-Ebene aus.
Auf dem Bild wird gezeigt, wie das Skizzieren auf dem Querschnitt eines 3D-Scans in FreeCAD möglich ist.
Wir konstruieren auf dem Querschnitt des Flansches.
Mit der auf dem Bild gezeigten Schaltfläche die Länge einer Linie, der Abstand einer Linie oder eines Vertex in FreeCAD festgelegt werden.
Wir klicken auf „Die Länge einer Linie oder den Abstand einer Linie und eines Vertex festlegen“.
Mit diesem Computerfenster kann in FreeCAD die Länge eingetragen werden.
Wir bestimmen das Maß zwischen dem Rand des Flansches und dem Mittelpunkt. Der Radius ist 76 mm / 2 = 38 mm. Ein häufiger Wechsel zwischen Netfabb und FreeCAD ist nötig, bis alle Beschränkungen („constraints“) für die Skizze definiert wurden.
Das ist eine vollständig beschränkte Skizze in FreeCAD.
Wenn alle Beschränkungen definiert wurden, leuchtet die Skizze grün.
Mit der auf dem Bild gezeigten Schaltfläche kann eine ausgewählte Skizze in FreeCAD routiert werden.
Im Arbeitsbereich „Part Design“ klicken wir auf „Rotiere die ausgewählte Skizze“.
Dieses CAD-Modell zeigt die Flanschgrundform in FreeCAD.
Nach der Rotation ist die Grundgeometrie des Flansches komplett. Weitere Skizzen optimieren die Form.

Schritt 4: Ausblenden von Bereichen des 3D-Scans, um auf dem Querschnitt zu konstruieren

Die folgenden Arbeitsschritte können im Arbeitsbereich „Mesh Design“ vorgenommen werden.

In FreeCAD kann mit einem ausgewählten Polygon ein Netz geschnitten werden.
Wir klicken auf den Button „Schneidet ein Netz mit einem ausgewählten Polygon“
Auf dem Bild ist das blaues Auswahllasso in FreeCAD zu sehen.
Mit der blauen Schnittlinie bestimmen wir die Sektion des Bauteils, die wir ausblenden möchten.
Mit der auf dem Bild gezeigten Schaltfläche kann das Innere nach der Verwendung des Lassos in FreeCAD ausgewählt werden.
Nachdem wir die Auswahl vollendet haben, machen wir einen rechten Mausklick und wählen „Innen“ aus.
In FreeCAD können mit der auf dem Bild gezeigten Schaltfläche neue Skizzen auf der Schnittkante erstellt werden.
Wir wechseln in den Arbeitsbereich „Sketcher“ und klicken auf „Neue Skizze erstellen“.
Mit der auf dem Bild gezeigten Schaltfläche kann die XY-Ebene in FreeCAD ausgewählt werden.
Auswahl der XY-Ebene.
In dieser Darstellung wird gezeigt, wie die Z-Position der Ebene in FreeCAD geändert werden kann.
Im Menü „Position“ ändern wir die Z-Achse, bis die Ebene auf der gleichen Höhe wie die Schnittkante ist.
So wird eine Ebene in FreeCAD eingestellt, damit sie auf dem Querschnitt des 3D-Scans liegt.
Das Resultat sollte so aussehen.
Die Skizze auf dem Querschnitt eines 3D-Scans in FreeCAD ist vollständig beschränkt.
Wir wechseln in die Oberansicht und skizzieren auf dem Querschnitt des 3D-Scans.

Schritt 5: Profile mit einem Loft verbinden

Abhängig von der Komplexität des Bauteils müssen viele verschiedene Profil-Skizzen erstellt werden, um die Außenform zu bestimmen. Wir wechseln in den „Part Design“-Arbeitsbereich.

Die Profile werden mit einem Loft zu einem geschlossenen Volumenkörper verbunden.

Das sind die Profile für das Lofting in FreeCAD.
Diese drei Profile sollen zu einem Loft verbunden werden.
Das sind die äußeren Profile für das Loft.
Der Einfachheit halber konzentrieren wir uns zunächst auf die Außenform.
Mit der auf dem Bild gezeigten Schaltfläche kann das Loft eines ausgewählten Profils durch andere Profilabschnitte in FreeCAD ersetzt werden.
Wir klicken auf „Loft eines ausgewählten Profils durch andere Profilabschnitte“.
Wird ein Lofting-Vorgang in FreeCAD ausgeführt, ist das Ergebnis ein Volumenmodell.
Das Ergebnis der verbundenen Profile sollte so aussehen.

Schritt 6: Verbinden der einzelnen Körper mit der Booleschen Operation und Export als STEP Datei

In diesem letzten Schritt werden wir die einzelnen Körper verbinden und als STEP-Datei exportieren. Dafür arbeiten wir im Arbeitsbereich „Part“. 

Nicht alle Körper müssen mit Lofting erzeugt werden: die meisten Formen lassen sich mit Regelgeometrien erstellen.

Mit der auf dem Bild gezeigten Schaltfläche kann ein separater Körper in FreeCAD ausgewählt werden.
Zunächst wählen wir den Flanschkörper aus.
Mit der auf dem Bild gezeigten Schaltfläche können alle Körper in FreeCAD ausgewählt werden.
Und wählen danach alle anderen Körper aus
Die Boolschen Operationen vereinigen mehrere Formen.
Wir klicken auf „Boolsche Operation mit zwei oder mehr Körpern“, um alle Körper miteinander zu verbinden.
Dieses Volumenmodell eines 3D-Scans wurde mit Reverse-Engineering in FreeCAD erstellt.
Das Resultat ist das fertige CAD-Volumenmodell
Die Auswahl kann im STEP-Format in FreeCAD gespeichert werden.
Das Volumenmodell kann jetzt als STEP-Datei exportiert werden. Wir haben das Volumenmodell des Bauteils hier zum Download vorbereitet.

Schritt 7: Vergleich des neu konstruierten Volumenmodells (STEP) mit dem originalen 3D-Scan (STL)

Wir haben einen Report erzeugt, um das in FreeCAD neu erzeugte Volumenmodell mit dem originalen 3D-Scan zu vergleichen. Wir sprechen dabei von einer Abweichungsanalyse. Um diese zu erstellen, haben wir die kostenlose Software Zeiss Inspect verwendet.

Die Abweichungsanalyse zeigt den Unterschied zwischen dem ursprünglichen 3D-Scan und dem erzeugten Volumenmodell in der Seitenansicht.
Dieses Bild zeigt die Abweichungen zwischen 3D-Scan (STL) und Volumenmodell (STEP) in mm. Sie können die Abweichungsanalyse hier herunterladen.
Die Abweichungsanalyse zeigt den Unterschied zwischen dem ursprünglichen 3D-Scan und dem erzeugten Volumenmodell in der Unteransicht.
Die verschiedenen Farben zeigen den Grad der Abweichung.

Erklärung der Farbskala

  • Grün bedeutet: Es gibt kaum Abweichungen zwischen dem originalen 3D-Scan und dem neu erstellten Volumenmodell.
  • Rot bedeutet: Das neue Volumenmodell überlappt an dieser Stelle den originalen 3D-Scan
  • Blau bedeutet: Das neue Volumenmodell liegt unter dem originalen 3D-Scan.

Download der Projektdaten

Alle Projektdaten haben wir auch zum Download vorbereitet: den originalen 3D-Scan, das CADVolumenmodell und die Abweichungsanalyse.

Fazit: Ein voller Erfolg

Das Reverse Engineering war sehr erfolgreich. Es gibt zwar Abweichungen zwischen 3D-Scan und Volumenmodell, aber das originale Bauteil war stark verformt und unsere Nachkonstruktion ist besser als das Original.

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Holocreators bietet einen 3D-Scan-Service, einen 3D-Scan-zu-CAD-Konvertierungsservice (STL zu STEP), 3D-Modellierungsdienstleistungen sowie CAD-Konstruktionsdienstleistungen an. Gerne helfen wir Ihnen bei der Umwandlung von STL in STEP. Rufen Sie uns an: +49 40 481133 oder schicken Sie uns eine E-Mail: info@holocreators.com.

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Swann ist seit vielen Jahren von allem begeistert, was mit 3D zu tun hat. Seine Wurzeln liegen in der analogen Holografie, die ihn 2011 zur digitalen 3D-Modellierung brachte.

Der rapide Fortschritt verschiedenster 3D-Scan-Technologien faszinierten ihn so sehr, dass er 2015 gemeinsam mit seinem Bruder Miró Rack das Unternehmen Holocreators gründete

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