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 aktuellen Stand. Damit man diese nicht vorhandenen CAD-Daten wieder kostengünstig in den digitalen Fertigungsprozess einpflegen kann, bedient man sich der sogenannten 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. Im 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 sogar in einer besseren Qualität reproduzieren.
Vorgehen und Möglichkeiten im Video erklärt
Anwendungen für Flächenrückführung
- Ersatzteile für den Werkzeug und Formenbau wie z.B. Spritzgussformen, Stanz- und Umformwerkzeuge
- Werkzeugkorrektur z.B. bei Verschleiß oder Beschädigung
- Virtuelles Lager für Ersatzteile, die im Bedarfsfall gefertigt werden können
- Ersatzteile für Oldtimer
- Modelle für FEM Simulation
- Analyse von Aufbau und Funktion eines Produkts, Werkzeugs oder einer Baugruppe
- Daten für die Reproduktion mittels 3D Druckverfahren und CNC Bearbeitung
- Neuentwicklung und Verbesserung von Produkten
- Aktualisierung des CAD Datenstandes
- Designänderungen
DIE VORGEHENSWEISE
Drei-Schritte-Prinzip bei der Flächenrückführung
Schritt 1: 3D-Scan
Vollständige dreidimensionale Erfassung. Es wird ein 3D-Modell im STL Format ausgegeben.
Schritt 2: Flächenrückführung
Wir erstellen eine tangentenstetige Flächenrückführung aller Freiformflächen im gewünschten CAD Format.
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.
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 in einem neutralen Format wie STEP oder IGES.
TECHNIKEN VORGESTELLT
Flächenrückführung - Unterscheidung der Techniken
Die Auswahl der Technik richtet sich nach der Geometrie, die rekonstruiert werden soll sowie dem 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.
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
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
Hybrid 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 Oberflächenkontinuität
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 bestehenden Werkzeugen und Anlagen, sodass sie besser auf die jeweiligen Produkte abgestimmt sind. Dadurch können Produktionsprozesse und Produktqualität laufend verbessert werden.
STL in STEP umwandeln
Oft besteht die Annahme, dass 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 nicht ersetzen.
Anwendungen aus der Praxis
Projektbeispiele
Flächenrückführung von Anlagen
Für das Erfassen großer Objekte nutzen wir 3D Scanner mit entsprechend großem Messvolumen. So können selbst komplette Anlagen in relativ kurzer Zeit und bis ins kleinste Detail erfasst werden. Die Sensoren unserer Scansysteme liefern präzise, vollflächige Daten, die der Qualität von terrestrischen Laserscannern weit überlegen sind. Die präzisen Messdaten nutzen wir für exakte Rekonstruktionen und liefern Ihnen CAD-Daten im gewünschten Detailgrad. Diese CAD-Daten können Sie als Grundlage für spezifische Ein- und Anbauten oder Hallenplanungen verwenden.
Flächenrückführung von Werkzeugen
In der Stanz- und Umformtechnik werden Werkzeuge häufig angepasst, um eine möglichst fehlerfreie Produktion zu gewährleisten. Besonders bei Veränderungen von Freiformflächen gestaltet sich die Übernahme in den aktuellen Datenstand als äußerst schwierig. Dies führt zu veralteten CAD-Daten, die nicht mehr dem aktuellen Stand entsprechen. Basierend auf hochaufgelösten STL-Daten führen wir Reparaturen, Anpassungen und Verbesserungen an Ihren Werkzeugen durch. Sie erhalten präzise CAD-Daten, für die schnelle Herstellung von Werkzeugen, die fehlerfreie Bauteile produzieren.
- Werkzeugkorrektur auf Basis optischer Messdaten
- Anpassung von CAD-Daten an den aktuellen Stand
- Rekonstruktion verschlissener oder gebrochener Geometrien
- Proaktive Verschleißmessung
- Kopierfräsen auf Basis von 3D-Messdaten
- Schnelles und sicheres Fräsen des Werkzeugs
[Details zu Flächenrückführung von Werkzeugen]
Rekonstruktion von Maschinenteilen
Durch die Flächenrückführung werden Konstruktionsdaten generiert, die eine direkte Produktion von Ersatzteilen ermöglichen. In bestimmten Fällen kann auch die Einrichtung eines “virtuellen Lagers” für Ersatzteile sinnvoll sein. Dabei werden die benötigten Ersatzteile erst bei Bedarf hergestellt. Bauteile, die tendenziell einem höheren Verschleiß, Verformung oder Bruch unterliegen, werden entsprechend optimiert. Das bedeutet, dass die Geometrien in der Konstruktion entsprechend den mechanischen Belastungen angepasst werden. Optimierte Konstruktionen ermöglichen somit die Herstellung von langlebigen Ersatzteilen in einer höheren Qualität als das Original.
- Kostengünstige Alternative zur Neukonstruktion
- Schnelle Bereitstellung von Konstruktionsdaten für die Ersatzteilfertigung
- Optimierung der Konstruktion (Topologieoptimierung)
- Inklusive von Soll-Ist-Vergleichen als Qualitätsnachweis unserer Rekonstruktion
- Inklusive Korrekturschleifen für Änderungen und Ergänzungen in der Konstruktion
Rekonstruktion komplexer Gussteile
Gussteile mit komplexer Geometrie und anspruchsvollen Freiformflächen erfordern besonders viel Expertise für die Rekonstruktion vollwertiger CAD-Daten. Bereits im 3D-Scan werden alle Beschädigungen und Verschleißstellen neutralisiert. So erhalten wir eine idealisierte Geometrieoberfläche im Polygonnetz, die möglichst exakt ins CAD übertragen wird. Dabei werden Kriterien wie Lochabstände, Passmaße sowie Funktion von Geometrien berücksichtigt. Zu jeder Rekonstruktion erhalten Sie einen Bericht, der alle Abweichungen zwischen erstelltem Datensatz und dem Ist-Stand zeigt.
Kontrolliert werden auch bauteilspezifische Kriterien wie Passgenauigkeit und Funktionalität innerhalb einer Baugruppe. So können Sie kontrollieren, ob Ihre Ansprüche erfüllt wurden oder weiter Anpassungen nötig sind.
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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 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.
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 eine sehr effektive Methode 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.
Wenn es um die Verbesserung von Produkten, Prozessen oder Komponenten geht, spielt 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 weniger 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 Lieferketten unterbrochen sind oder wenn sich Zukaufteile unverhältnismäßig teurer werden. 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.
Für Geometrien, bei denen es auf hohe Präzision ankommt, sind Flächenrückführungen mit einer Genauigkeit von 0,01 mm möglich. 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 0,002, rekonstruiert werden.
Für eine kosteneffiziente Flächenrückführung werden nur relevante Teilbereiche exakt rekonstruiert. Als Qualitätsnachweis wird bei jeder Flächenrückführung ein Falschfarbenvergleich erstellt. In diesem sind vollflächig alle Abweichungen zwischen Flächenrückführung und 3D-Scan sichtbar.
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.
Neben den neutralen CAD-Formaten wie IGES, STEP und SAT sind auch spezifische Formate wie CATIA, INVENTOR, SOLIDWORKS, SOLID EDGE, CREO möglich.
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.
Für möglichst kosteneffiziente Lösungen, werden vorab alle Kriterien besprochen, die von den erzeugten CAD-Daten erfüllt werden müssen.
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
