Flächenrückführung

Die Flächenrückführung ist ein Prozess bei dem Polygonnetze (3D Scan Daten) in CAD Formate wie STEP oder IGES umgewandelt werden. Die Flächenrückführung ist Teil eines Prozesses, der Reverse Engineering genannt wird. Zum gesamten Reverse Engineering Prozess gehört die optische Erfassung des Objekts, die Umwandlung der Punktewolke in ein Polygonnetz und im letzten Schritt die eigentliche Flächenrückführung.

Zum Einsatz kommen unterschiedliche Techniken, die Daten in unterschiedlicher Genauigkeit und Datengröße erzeugen. Die Auswahl der Technik wird durch unterschiedliche Kriterien bestimmt, wie dem Verwendungszweck der CAD-Daten und die Geometrie des Objekts.

Vielleicht haben Sie den Begriff „Reverse Engineering“ schon einmal gehört, aber wissen nicht so recht, was er bedeutet. Reverse Engineering wird in vielen Branchen häufiger genutzt, als man glaubt. Es ist ein Prozess, bei dem ein bestehendes Produkt untersucht wird, um seine Funktionsweise zu verstehen und es anschließend nachbauen und verbessern zu können.

Durch den Einsatz von 3D-Scantechnologie kann ein digitales Abbild des originalen Objekts angefertigt werden. Auf diese Weise lassen sich produktspezifische Geometrien erfassen und analysieren sowie Varianten ableiten. In den meisten Fällen wird Reverse Engineering durchgeführt, um die Funktionsweise eines Produkts oder einer Komponente zu verstehen. Dies ist besonders hilfreich, wenn es keine dokumentierten Informationen gibt, oder wenn diese unvollständig sind.

Reverse Engineering ist eine gängige Methode in der Produktentwicklung und wird oft angewendet, um mit dem Wettbewerb Schritt zu halten oder ihn sogar zu überholen. Die Technik kann jedoch auch für andere Zwecke eingesetzt werden, beispielsweise für die Diagnose von Fehlern in einem System oder für die Erstellung von Dokumentationen.

Reverse Engineering ist die Schlüsseltechnologie für die rasche Erfassung und Analyse komplexer Produkte. Ob Bauteile, Produkte oder Werkzeuge aus unterschiedlichen Branchen wie zum Beispiel dem Werkzeugbau, der Automobilindustrie oder dem Maschinenbau.

Durch die vollflächigen 3D Scans und die leistungsstarke Inspektionssoftware haben wir viele Möglichkeiten, um alle Merkmale des Bauteils oder der Baugruppe umfangreich zu analysieren.

Die häufigsten Methoden sind:

• 3D Inspektion: Dabei werden Materialien, Konstruktion und Verarbeitung beurteilt und mögliche Schwachstellen identifiziert.
• Messung: Mit dieser Methode werden die Abmessungen des Produkts genau bestimmt. Die hoch aufgelösten 3D Scandaten ermöglichen eine hochgenaue Vermessung im 0,01 mm Bereich. Die so gewonnenen Daten können dann mit den originalen Konstruktionszeichnungen verglichen werden.
• Virtuelle Demontage: Bei dieser Methode wird das Produkt virtuell in seine Einzelteile zerlegt und genau untersucht. Dabei können auch versteckte Komponenten entdeckt und deren Funktion verstanden werden.
• Analyse: Mithilfe verschiedener Analysemethoden wie Defekt- und Porositätsanalyse kann man die Struktur und Zusammensetzung von Materialien genau untersuchen. Dies ist besonders hilfreich bei der Suche nach Schwachstellen oder beim Verständnis von komplexeren Funktionen.
• Simulation: Um die Funktionsweise eines Produkts besser zu verstehen, kann in einer computergestützten Simulation Struktur zielgerichtet analysiert werden. Dabei können die beobachteten Eigenschaften des Originalprodukts nachgebildet und mögliche Verbesserungen getestet werden.

Wenn es um die Verbesserung von Produkten, Prozessen oder Komponenten geht, spielt das Reverse Engineering eine entscheidende Rolle. Diese Methode wird zunehmend in vielen Bereichen angewandt und bietet eine Vielzahl an Vorteilen.

Dazu gehören unter anderem:

• Zeitersparnis: Die Hersteller müssen nicht mehr so viel Zeit in die Entwicklung neuer Produkte investieren, weil sie mit dem Reverse Engineering bereits vorhandene Komponenten analysieren und verbessern können.
• Kostenersparnis: Auch die Kosten für die Entwicklung neuer Produkte oder Komponenten sinken, weil weniger Ressourcen für die Forschung und Entwicklung aufgewendet werden müssen.
• Qualitätsverbesserung: Durch das Reverse Engineering können bestehende Fehler schnell erkannt und behoben werden. So kann die Qualität der Produkte stetig verbessert werden.
• Neue Anwendungen schaffen: Reverse Engineering ermöglicht es uns, neue Anwendungen für ein Bauteil zu finden, da wir durch das Verständnis der Funktionsweise des Bauteils die Grenzen des Einsatzgebietes erweitern können.

Viele Unternehmen sehen den Vorteil von Reverse Engineering erst, wenn sie mit einem Problem konfrontiert werden. Dies ist meist der Fall, wenn ein wichtiger Zulieferer Insolvenz anmeldet oder die Kosten für eine bestimmte Komponente unverhältnismäßig steigen. In diesen Fällen hilft das Reverse Engineering, indem es Unternehmen ermöglicht, mit schnell erzeugten CAD-Daten wichtige Komponenten selbst herzustellen oder bei anderen Lieferanten fertigen zu lassen. Das Ergebnis ist in der Regel eine deutliche Kostensenkung. Darüber hinaus bietet das Reverse Engineering auch die Möglichkeit, Produkte weiterzuentwickeln und an neue Anforderungen anzupassen.

Für Geometrien, bei denen es auf hohe Präzision ankommt, erstellen Flächenrückführungen mit einer Genauigkeit von 0,01 mm. Das heißt, die erzeugten CAD-Flächen haben einen Abstand von 0,01 mm zu dem Polygonnetz der 3D-Scan Daten. Regelgeometrien wie Führungselemente oder Lochabstände können noch exakter, im Bereich 0,005, rekonstruiert werden. Für eine kosteneffiziente Flächenrückführung werden nur relevante Teilbereiche exakt rekonstruiert. Als Qualitätsnachweis erstellen wir für jede Flächenrückführung einen Falschfarbenvergleich. In diesem sind vollflächig alle Abweichungen zwischen Flächenrückführung und 3D-Scan sichtbar.

• Im ersten Schritt wird das Bauteil oder Objekt mittels 3D Scannern optisch erfasst.
• Das Ergebnis ist eine Punktewolke, die in der Software in ein Polygonnetz (STL Datei) umgewandelt wird.
• Im hochaufgelösten Polygonnetz werden Fehler wie Dellen, Beulen und Risse entfernt.
• Die STL-Datei wird im dreidimensionalen Raum entsprechend dem Koordinatenkreuz ausgerichtet.
• Schließlich folgt die eigentliche Flächenrückführung.
• Einzelteile werden in Falschfarbenvergleiche auf Abweichungen geprüft. Baugruppen werden im virtuellen Zusammenbau auf Funktion und Passgenauigkeit geprüft.
• Im finalen Schritt werden eventuelle Korrekturen, Ergänzungen und Optimierungen vorgenommen.  

Typische Einsatzgebiete der Flächenrückführung sind die Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Schiffsbau, Maschinenbau und Werkzeugbau. Insbesondere in den Bereichen, wo Objekte viele Freiformflächen aufweisen, ist die Flächenrückführung mittlerweile ein notwendiger Prozess.

Beispiele für die Anwendung für Flächenrückführung:

• Konstruktionsdaten für CAM Systeme und Rapid Prototyping
• Ersatzteile für Werkzeugbau, Maschinen, Oldtimer
• CAD-Daten für FEM Simulation
• Werkzeugkorrektur (Bombierung)
• Neuentwicklung und Verbesserung von Produkten
• Designänderungen
• Aktualisierung des CAD-Datenstands

Neben den neutralen CAD-Formaten wie IGES, STEP und SAT sind auch spezifische Formate wie CATIA, INVENTOR, SOLIDWORKS, SOLID EDGE, CREO möglich. Wir stellen Ihnen Flächenrückführungen in allen marktgängigen Formaten bereit.

Für eine reibungslose Zusammenarbeit stellen wir Ihnen während der Projektphase unsere FTP Server zur Verfügung. Der Datenausgang an unsere Kunden wird über TeamBeam verschlüsselt, übertragen und gespeichert. Kundendaten werden zu jeder Zeit vertraulich und gemäß der geltenden Kriterien der DSGVO behandelt.

Der zeitliche Aufwand muss für jedes Bauteil und Objekt individuell betrachtet werden und reicht von wenigen Stunden bis zu mehreren Wochen.

Hauptkriterien für den Zeitaufwand der Flächenrückführung:

• Komplexität der Geometrie
• Aufbau der Geometrie (Freiformfläche, Regelgeometrie)
• Anforderung an die Genauigkeit, Qualität
• Verwendungszweck des 3D Modells

Für Bauteile und Objekte mit relativ einfachen Geometrien entstehen Kosten von ca. 150 €. Faktoren wie Komplexität, geforderte Genauigkeit und verwendete Technik haben wesentlichen Einfluss auf die Kostenhöhe. Die Erstellung von CAD Daten für Simulationen ist beispielsweise mit relativ wenig Aufwand verbunden. Hingegen ist die Rekonstruktion von ganzen Baugruppen unter der Berücksichtigung von Passgenauigkeit und Funktionalität deutlich aufwendiger. Zudem wird die Flächenrückführung bei beschädigten Objekten zusätzlich erschwert. Für eine präzise Flächenrückführung, die einer werkstoff- und fertigungsgerechten Konstruktion entspricht, bedarf es an langjähriger Erfahrung.

Das „einfache und schnelle Umwandeln von STL in STEP“ so wie es von vielen Softwareherstellern beworben wird, gibt es in der Praxis nicht. Das Resultat solcher Umwandlungen sind Daten mit einer Qualität, die für professionelle Vorhaben unzureichend sind. Im Prozess der Flächenrückführung fokussieren wir uns auf das Preis-Leistungs-Verhältnis. Für möglichst kosteneffiziente Lösungen, werden vorab alle Kriterien besprochen, die von den erzeugten CAD-Daten erfüllt werden müssen. Dadurch können wir Daten liefern, die exakt auf das Vorhaben des Kunden angepasst sind.

Hauptkriterien für die Kostenhöhe bei der Flächenrückführung:

• Verwendete Technik (Konstruktiv, Freiformfläche oder Hybrid)
• Einzelteil oder Baugruppe
• Komplexität der Geometrie
• Geforderte Genauigkeit und Detailtreue
• Geforderte Flächenqualität
• Zustand des Objekts (Beschädigung, Verformung, Rost etc.)
• Mit oder ohne Konstruktionshistorie