Reverse-Engineering

Was bedeutet Reverse Engineering & Flächenrückführung?

Den 3D-Scan (STL) eines Bauteils in ein CAD-Format (STEP) zu konvertieren nennt sich “Reverse-Engineering”. 

Man unterscheidet zwei Verfahren. Die Flächenrückführung und die CAD-Konstruktion:

  • Mit der Flächenrückführung erstellt man ein NURBs-Flächenmodell (STEP).
  • Mit der CAD-Konstruktion erstellt man ein Volumenmodell (STEP) oder ein parametrisches Modell.

Der Anwendungsfall bestimmt das
Reverse-Engineering-Verfahren:

CAD-Konstruktion (Neuaufbau)

Anwendungsfall:

  • Parametrisches Modell
  • Volumenmodell
  • FEM-Simulation 
  • CNC-Fräsen

Mit der CAD-Konstruktion reproduzieren wir das Bauteil. Der 3D-Scan (STL) dient dabei nur als Vorlage. Das resultierende Volumenmodell (STEP) hat eine Abweichung von 0,1 mm bis 0,25 mm zum original 3D-Scan. Das Volumenmodell (STEP) kann in jeder CAD-Software editiert werden. Alternativ bieten wir Ihnen auch ein parametrisches Modell an mit Historie im CAD-Programm Ihrer Wahl.

Hybride Flächenrückführung

Anwendungsfall:

  • Flächenmodell / Volumenmodell
  • FEM-Simulation
  • CNC-Fräsen

Bei der hybriden Flächenrückführung wird das NURBs-Kurvennetzwerk manuell erzeugt. Somit kann die Form der NURBs-Flächen frei bestimmt werden. NURBs-Flächen können mit Regelgeometrie verbunden werden. Eine Mischung aus Flächenmodell und Volumenmodell ist daher möglich. Die Abweichung zwischen 3D-Scan (STL) und fertiger CAD-Datei (STEP) liegt zwischen 0,05 mm und 0,1 mm.

Automatische Flächenrückführung

Anwendungsfall:

  • Flächenmodell
  • CNC-Fräsen

Bei dieser Flächenrückführung handelt es sich um eine automatische Abformung des zugrunde liegenden 3D-Scan (STL). Das Resultat ist ein meist löchriges NURBs-Flächenmodell (STEP), das manuell geschlossen werden muss. Die Abweichung zum original 3D-Scan (STL) liegt zwischen 0,01 mm bis 0,05 mm. Diese Art der Flächenrückführung eignet sich nur für organische Formen ohne Kanten und Bohrungen.

Hybride Flächenrückführung im Detail

Die hybride Flächenrückführung macht bei Bauteilen mit großen Freiformflächen Sinn. Freiformflächen sind große kompliziert geschwungene Oberflächen, die sich parametrisch schwer definieren lassen. Ein Beispiel wäre die Oberfläche einer Auto-Karosserie.

  • Soll/Ist-Vergleich (3D-Scan zu STEP)
  • 3D-Druck Optimierung
  • CNC-Fräse Optimierung
  • Bohrungen und Gewinde abbildbar
  • FEM-Simulation

Funktionsweise

In einem ersten Arbeitsschritt definiert man zunächst die Leitlinien des 3D-Modell. Der Computer erzeugt dann die Flächen dazwischen automatisch. Dabei wird der darunterliegende 3D-Scan direkt abgeformt. Aus diesem Grund bedingt sich die Qualität einer automatischen Flächenrückführung unmittelbar aus dem zugrunde liegenden 3D-Scan. Je hochauflösender der 3D-Scan, desto besser die Hybrid Flächenrückführung.
Nach aktuellem Stand der Technik bietet die Reverse-Engineering-Software noch keine gute Feature Detection. Das bedeutet, die Software erkennt nicht zuverlässig, wo ein Bauteil eine scharfe Kante oder eine Bohrung hat. Daher wird dieser Schritt manuell gemacht.

3D-Scan des Zahnrads mit Polygonnetz vor der Hybrid Flächenrückführung.

Vorteile

Die hybrid Flächenrückführung wird teilautomatisch erzeugt, daher sinken Arbeitsaufwand und damit die Kosten. Das Flächenmodell (STEP) der hybrid Flächenrückführung ist weitaus logischer aufgebaut, als das der automatischen Flächenrückführung. Das führt zu einer saubereren Geometrie und einer kleineren Dateigröße, was sich Vorteilhaft auf die Fräsbarkeit auswirkt, da der Arbeitsspeicher der CNC-Fräse nicht überlastet wird.
Weil die hybrid Flächenrückführung durch direkte Abformung vom darunter liegenden 3D-Scan erzeugt wird, ist sie sehr genau. So werden Abweichungen von durchschnittlich nur 0,05mm zwischen Flächenrückführung und 3D-Scan erreicht.

Vergleich der Netzstruktur einer Automatischen Flächenrückführung (links) und einer Hybrid Flächenrückführung (rechts).

Nachteile

Die hybride bietet im Gegensatz zur parametrischen Flächenrückführung keine perfekte Oberflächen-kontinuität. Man erhält also keine “Class A Surfaces”. Das bedeutet, dass beim CNC-Fräsen der Fräskopf kurzzeitig stoppen oder verziehen kann und so das Ergebnis nicht optimal wird.

Eine STEP-Datei, die mit einer hybrid Flächenrückführung erzeugt wurde, ist anschließend in einer CAD-Software nur sehr eingeschränkt bearbeitbar. Man sagt daher auch, das Flächemodell einer hybrid Flächenrückführung ist nur eingeschränkt “intelligent”.

3D-Modell mit Zebrastreifenprojektion veranschaulicht, dass die hybride Flächenrückführung keine perfekte Oberflächenkontinuität hat.

Parametrische Flächenrückführung im Detail

Wir erstellen eine komplette Rekonstruktion des 3D-Scans. Mit Dem CAD-Modell erhalten Sie einen “Feature Tree”, in welchem die gesamte Konstruktionshistorie des Volumenmodells hinterlegt ist. So ist es möglich jeden Parameter des Modells zu editieren.

  • 3D-Druck Optimierung
  • CNC-Fräse Optimierung
  • Bohrungen und Gewinde abbildbar
  • FEM-Simulation
  • Editierbares Modell in CAD
  • Konstruktionsverlauf (Historie) in CAD

Funktionsweise

Bei der parametrischen Flächenrückführung erstellt man das Modell aus geometrischen Grundformen. Das CAD-Modell wird dabei komplett neu aufgebaut und der 3D-Scan dient nur noch als Referenz. Schnittbilder aus den 3D-Scandaten werden nachgezeichnet und das Modell so rekonstruiert. Das hat zur Folge, dass die Genauigkeit der parametrischen Flächenrückführung geringer ist als die der automatischen Flächenrückführung. Das Volumenmodell wird aus Punkten, Linien, Kreisen aufgebaut. Dieser Prozess nennt sich auch “solid-modeling”. Dabei werden Messwerte aus dem 3D-Scan so interpretiert, wie sie Sinn ergeben. Eine Bohrung die mit 3,95 mm gemessen wurde, wird dann beispielsweise als 4 mm Bohrung konstruiert.

Volumenmodell des Zahnrads nach der Parametrischen Flächenrückführung.

Vorteile

Durch eine parametrischen Flächenrückführung erhält man ein Volumenmodell mit perfekter Oberflächenkontinuität, den sogenannten “Class A Surfaces”. Ob dies der Fall ist, erkennt man indem die Oberfläche des 3D-Modells mit einer Zebrastreifen-Projektion beleuchtet. Die Kontinuität der Zebrastreifen bedeutet, dass die Oberfläche perfekt ist.

Parametrische Flächenrückführungen verwendet man vor allem dann, wenn das CAD-Modell im Anschluss noch verändert werden soll oder man es fräsen möchte.

Die Zebrastreifenprojektion zeigt, dass die Parametrische Flächenrückführung eine perfekte Oberflächenkontinuität hat.

Nachteile

Ein Nachteil der parametrischen Flächenrückführung ist die Abweichung vom zugrundeliegenden 3D-Scan. Aufgrund der Neukonstruktion liegt die Abweichungen zum 3D-Scan bei 0,1 bis 0,25 mm.

Die Abweichung durch die Neukonstruktion, kann allerdings auch ein Vorteil sein. Nämlich dann, wenn die ursprünglich gescannte Form verändert werden soll. Dies wäre zum Beispiel bei Schäden oder Brüchen am Ausgangsmodell der Fall. Diese Fehler werden beim Nachbau behoben.

Darüber hinaus kann eine parametrischen Flächenrückführung sehr Arbeitsaufwändig werden. Vor allem, wenn es darum geht Freiformflächen zu rekonstruieren.

Das NURB-3D-Modell der automatischen Flächenrückführung hat Löcher.

Baugruppenbodellierung

Die Braugruppenmodellierung ist nötig, wenn verschiedene Teile separat gescannt und anschließend aufeinander abgestimmt werden müssen. Eine Baugruppenmodellierung erfolgt immer aufbauend auf einer parametrischen Flächenrückführung mit Historie, weil dort alle Parametern gemeinsam editiert werden, bis diese aufeinander abgestimmt sind.

Wir bieten Ihnen:

  • CAD Soll/Ist-Vergleich
  • 3D-Druck Optimierung
  • Optimierung für CNC-Fräse
  • Bohrungen und Gewinde abbildbar
  • Editierbares Modell in CAD-Software
  • Konstruktionsverlauf (Historie) für CAD-Software
  • Baugruppen Anpassung

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