3D-skannaus ja reverse engineering – kuinka fyysinen kappale muutetaan CAD-malliksi

Teollisuudessa törmätään usein tilanteeseen, jossa olemassa olevasta kappaleesta tarvitaan CAD-malli, mutta alkuperäisiä piirustuksia ei ole saatavilla. Osa voi olla vanha varaosa, prototyyppi tai vuosia tuotannossa ollut komponentti, jonka dokumentaatio on kadonnut.

Tällöin ratkaisuna on usein reverse engineering.

Reverse engineering tarkoittaa prosessia, jossa fyysisestä kappaleesta luodaan digitaalinen 3D-malli. Nykyisin tämä tehdään useimmiten 3D-skannauksen avulla, joka mahdollistaa monimutkaisten muotojen nopean ja tarkan digitalisoinnin.

Tässä artikkelissa käydään läpi, miten reverse engineering toimii käytännössä ja milloin 3D-skannaus on siihen paras ratkaisu.

Mitä reverse engineering tarkoittaa teollisuudessa?

Reverse engineering tarkoittaa yksinkertaisesti sitä, että valmis kappale analysoidaan ja mallinnetaan uudelleen digitaalisesti.

Prosessin tavoitteena voi olla esimerkiksi:

• varaosan valmistaminen ilman alkuperäisiä piirustuksia
• tuotteen kehittäminen tai parantaminen
• kilpailijan tuotteen analysointi
• kuluneen osan uudelleen suunnittelu
• dokumentaation luominen vanhalle tuotteelle

Aiemmin reverse engineering tehtiin pääasiassa manuaalisilla mittauksilla. Monimutkaisten muotojen mittaaminen oli hidasta ja usein epätarkkaa.

3D-skannauksen avulla koko kappale voidaan kuitenkin mitata yhdellä mittausprosessilla, jolloin kaikki geometria tallentuu digitaalisesti.

Miten reverse engineering 3D-skannauksen avulla toimii?

Reverse engineering -prosessi koostuu yleensä muutamasta päävaiheesta.

1. Kappaleen 3D-skannaus

Ensimmäinen vaihe on kappaleen digitalisointi.

3D-skanneri mittaa kappaleen pinnan ja muodostaa siitä pistepilven tai polygonimallin (mesh). Tämä malli kuvaa tarkasti kappaleen geometriaa.

Teollisessa käytössä skannaus kestää usein vain muutamia minuutteja.

Käsikäyttöiset 3D-skannerit soveltuvat erityisesti:

• hitsatuille rakenteille
• monimutkaisille pinnoille
• orgaanisille muodoille
• valukappaleille

2. Pistepilven käsittely

Skannauksen jälkeen data täytyy käsitellä.

Tyypillisiä vaiheita ovat:

• skannausten yhdistäminen, jos useampi skannaus kappaleesta
• datan puhdistus
• koordinaatiston määritys

Tässä vaiheessa raakadata muutetaan yhtenäiseksi digitaaliseksi malliksi.

3. CAD-mallin luonti

Seuraavaksi mesh-mallista rakennetaan parametrinen CAD-malli.

Tämä voidaan tehdä esimerkiksi:

• mallintamalla kappale uudelleen CAD-ohjelmassa
• muuntamalla skannattu data suoraan CAD-pinnoiksi

Lopputuloksena syntyy CAD-malli, jota voidaan käyttää esimerkiksi:

• dokumentaatiossa
• valmistuksessa
• tuotekehityksessä
• mittauksessa

3D-skannaus on erityisen hyödyllinen silloin, kun kappaleen geometria on monimutkainen.

Tyypillisiä kohteita ovat esimerkiksi:

• valukappaleet
• muotit ja työkalut
• turbiini- ja siipikomponentit
• ergonomiset tuotteet
• hitsatut rakenteet

Jos kappale koostuu pääasiassa yksinkertaisista geometrioista (tasot, reiät, sylinterit), se voidaan usein mallintaa myös perinteisillä mittauksilla.

Mutta kun muoto muuttuu monimutkaisemmaksi, 3D-skannaus on lähes aina nopein ja tarkin ratkaisu.