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Flächenrückführung

von Scandaten zu exakten CAD Modellen

DAS POTENTIAL VON FLÄCHENRÜCKFÜHRUNG

Rekonstruktion, Aktualisierung und Optimierung

Oft fehlen CAD-Daten von bereits vorhandenen Bauteilen, oder sie entsprechen nicht mehr dem Ist-Stand. Damit man diese nicht vorhandenen CAD-Daten wieder kostengünstig in den digitalen Fertigungsprozess einpflegen kann, bedient man sich der so genannten Flächenrückführung. Dabei nutzen wir unsere 3D Scandaten als Referenz für die Rekonstruktion von Volumen und Flächenmodellen im CAD-Format. Je nach Bedarf und Verwendungszweck werden bei der Rekonstruktion unterschiedliche Techniken eingesetzt.

Während des laufenden Projektes stehen wir mit Ihnen in enger Zusammenarbeit und berücksichtigen Ihre Wünsche und Vorstellungen um ein optimales Ergebnis zu erzielen. Bereits beim ersten Gespräch teilen Sie uns die Funktionen und technischen Anforderungen Ihres Bauteils mit. Auf Grundlage dieser Informationen können wir entsprechende Verbesserungen in der Konstruktion einbringen. So wird Ihr Bauteil z.B. hinsichtlich Stabilität und Fertigungsverfahren optimiert. Sie können Ihr Bauteil kosteneffizient und vor allem in einer besseren Qualität reproduzieren.

3D-Scan-Bauteil Flächenrückführung-Bauteil

Anwendungen für Flächenrückführung

DIE VORGEHENSWEISE

Drei-Schritte-Prinzip bei der Flächenrückführung

Schritt 1: 3D-Scan

Flächenrückführung Schritt 1: 3D Scan

Vollständige dreidimensionale Erfassung. Es wird ein 3D-Modell im STL Format ausgegeben.

Schritt 2: Flächenrückführung

Flächenrückführung Schritt 2: CAD Datei

Wir erstellen eine tangentenstetige Flächenrückführung aller Freiformflächen im gewünschten CAD Format.

Schritt 3: Falschfarbenvergleich

Flächenrückführung Schritt 3: Falschfarbenvergleich

Ein Falschfarbenvergleich dient als Qualitätsnachweis unserer Rekonstruktion.

CAD Daten mit Historie

Auf Wunsch bauen wir Ihr Modell strukturiert und mit Historie auf, wodurch auch komplexe Geometrien nachvollziehbar bleiben. Für Sie ist eine nachträgliche Änderung von jedem einzelnen geometrischen Element möglich. Sie erhalten CAD-Daten die direkt in Ihre CAD-Software eingelesen werden können.

Flächenrückführung - Dateiformat CATIA
Flächenrückführung - Dateiformat Inventor
Flächenrückführung - Dateiformat SOLIDWORKS
Flächenrückführung - Dateiformat SOLID EDGE
Flächenrückführung - Dateiformat CREO

CAD Daten ohne Historie

Für FEM-Berechnungen oder CNC-Fräsarbeiten reichen oft preiswertere und schneller zu erstellende Flächenmodelle aus. Diese erstellen wir durch eine manuelle und/oder automatische Flächenrückführung. Sie erhalten Daten im Neutralformat wie STEP oder IGES.

Flächenrückführung - Dateiformat IGES
Flächenrückführung - Dateiformat SAT
Flächenrückführung - Dateiformat STEP

TECHNIKEN VORGESTELLT

Flächenrückführung - Unterscheidung der Techniken

Die Auswahl der Technik richtet sich nach der Geometrie die rekonstruiert werden soll sowie den geplanten Verwendungszweck. Die folgende Übersicht der drei Techniken kann als Orientierungshilfe für Ihr anstehendes Projekt dienen. Um Ihnen zeit- und kostensparende Lösungen liefern zu können, besprechen wir mit Ihnen vorab Ihre detaillierten Anforderungen. So können wir für Sie möglichst kosteneffiziente Flächenrückführungen erstellen und dennoch die geforderte Qualität erreichen.

Automatische Flächenrückführung

Es entsteht auf Basis des 3D-Scans ein direktes Abbild im CAD Format.

Verwendung

  • Bauteile mit organischen Formen ohne Kanten und Bohrungen
  • FEM-Simulation

  • Volumenberechnung

Eigenschaften

  • Modell besteht nur aus NURBs-Flächen

  • Direkte Umsetzung von STL in CAD

  • Fehler in der Oberfläche wie Dellen und Einfallstellen werden korrigiert

Vorteile

  • Schnelle und preiswerte Methode

  • Sehr geringe Abweichung zum 3D-Scan

  • (0,01 mm – 0,05 mm)

Nachteile

  • Je nach Modell ergeben sich große Datenmengen und damit erhöhte Hardwarebelastung

  • Bearbeitung der Messdaten bedarf mehr Aufwand

Konstruktive Flächenrückführung

Einzelne Parameter wie Radien und Winkel werden idealisiert und so ein perfektes Modell erstellt.

Verwendung

  • Bauteile mit definierbaren Geometrien

  • Rekonstruktion des Originaldesigns

  • Referenz für Zeichnungsableitung

  • CNC-Fräsen

Eigenschaften

  • Modell besteht nur aus Regelgeometrien

  • Parametrische Konstruktion mit Historie

  • Identisch einem normalen CAD-Modell

  • Nachträgliche Änderungen von jedem einzelnen Geometrieelement möglich

Vorteile

  • Nachträgliche Änderungen möglich
  • Perfekte Oberflächen und Radien
  • Perfekte Eigenschaften für CNC-Bearbeitung
  • Kleine Datengröße

Nachteile

  • Größere Abweichung zum 3D-Scan

  • Größerer Arbeitsaufwand

Hybride Flächenrückführung

Mischung zwischen den verschiedenen Techniken.

Verwendung

  • Bauteile mit Freiformflächen und Regelgeometrien

  • Werkzeugeinsätze

  • Gussoberflächen

Eigenschaften

  • Verwendung beider Techniken

  • NURBs-Flächen für Freiformflächen

  • Parametrische Konstruktion für Regelgeometrien

  • Nachträgliche Änderungen nur bei parametrischen Elementen möglich

Vorteile

  • Relativ geringe Abweichung zum 3D-Scan

  • Saubere Geometrien mit guter Oberflächen Kontinuität

Nachteile

  • Nachträgliche Änderungen nur teilweise möglich

  • Keine perfekten Oberflächen

Flächenrückführung als Alternative zur Neukonstruktion

In vielen Fällen ist die Flächenrückführung eine effizientere Art der Konstruktion. Wird sie mit der entsprechenden Expertise richtig eingesetzt, ist die Flächenrückführung eine schnellere und kostengünstigere Alternative zur normalen CAD Konstruktion. In der Regel ist es einfacher, ein bestehendes Produkt zu analysieren und nachzubauen, als ein neues zu konstruieren.

Zudem ergeben sich durch die Analyse des bestehenden Objektes häufig neue Erkenntnisse und Lösungsansätze für Probleme, die mit herkömmlichen Methoden nicht zu lösen wären. Oft ist die Flächenrückführung die einzige Möglichkeit um ausgelaufene oder defekte Bauteile wiederherzustellen. Ebenfalls sehr gut einsetzbar ist sie für die Optimierung von bestehen Werkzeugen und Anlagen, sodass sie besser auf die jeweiligen Produkte abgestimmt sind. Dadurch können Unternehmen ihre Wettbewerbsvorteile ausbauen und ihre Effizienz steigern.

Flächenrückführung als Alternative zur Konstruktion

STL in STEP umwandeln

Oft besteht die Annahme das Polygonnetze schnell und einfach zu einer Volumendatei umgewandelt oder konvertiert werden können. Manche Softwarehersteller und Webseiten versprechen die “schnelle Umwandelung“ von STL in STEP Daten. Doch in der Praxis erhalten wir bei so einer Umwandlung eine Datenqualität, die für professionelle Anwendungen unzureichend ist. Für eine präzise Flächenrückführung die einer werkstoff- und fertigungsgerechten Konstruktion entspricht, bedarf es an langjähriger Erfahrung.

Wie bei der regulären Neukonstruktion muss auch bei der Flächenrückführung, auf bauteilspezifische Kriterien geachtet werden, die z.B. die Passgenauigkeit und Funktionalität einer Baugruppe gewährleisten. Das dafür notwendige Wissen kann eine Software mit Ihrem automatisierten Verfahren nicht ersetzen. Deswegen übernehmen wir als Dienstleister die Rekonstruktion Ihrer Daten und können Ihnen somit eine professionelle, fehlerfreie und effiziente Flächenrückführung garantieren.

Projektbeispiele - Flächenrückführung
Flächenrückführung-Zylinderkopf
Flächenrückführung - Zylinderkopf
Flächenrückführung-Modellbau
Flächenrückführung - Kernkasten
Flächenrückführung-Stanztechnik
Flächenrückführung - Stanzwerkzeug
Flächenrückführung-Maschinenteile
Flächenrückführung - Maschinenteil
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Häufig gestellte Fragen

FAQ 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 Gesamtprozesses 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: Mit Hilfe 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 Digitalisiersystem 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 des Koordinatenkreuzes ausgerichtet.
  • Schließlich folgt die eigentliche Flächenrückführung.
  • Einzelteile werden in Falschfarbenvergleichen 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 deutlicher aufwändiger. Zudem wird die Flächenrückführung bei beschädigten Objekten wie gebrochenen Werkzeugeinsätzen 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
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