Kreative Ideen schneller umgesetzt - 3D-Scannen Dominic Schori

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1 Kreative Ideen schneller umgesetzt - 3D-Scannen Dominic Schori

2 Dominic Schori Fachhochschule Nordwestschweiz Hochschule für Technik Institut für Produkt- und Produktionsengineering Wissenschaftlicher Assistent (50%) Rapid Technologien Produkteentwicklung Aktuelles Studium (50%) Master of Science in Engineering Prof. Dr. U. Bopp Dominic Schori 2

3 Prof. Dr. Ing. Urs Bopp Fachhochschule Nordwestschweiz Hochschule für Technik Institut für Produkt- und Produktionsengineering Dozent für Produktionstechnik seit 1998 Fertigungstechnik Rapid Technologien Akustik Stv. Institutsleiter Stv. Studiengangleiter Maschinenbau 3

4 Institut für Produkt- und Produktionsengineering Produktentwicklung unter Anwendung moderner Technologien Kompetenzbereiche: Simulation und Messung mechanischer Systeme Werkstoffwissenschaften und Bauteilprüfung 3D-Laser Mikromaterialbearbeitung 3D-Objekterfassung (Rapid Technologien) Infrastruktur: 3D-Scanner ATOS III Triple Scan 3D-Photogrammetrie-System TRITOP optische 3D-Deformationsmessung ARAMIS 3D-Drucker Objet EDEN 330 4

5 Inhalt 1. Einführung 2. 3D-Scannverfahren 3. Folgeprozesse 4. Deformationsmessung 5. Anwendungsbeispiele 5

6 1. Einführung Prozesskreis vom realen Modell zum virtuellen und zurück Bild: FHNW IPPE 6

7 Reverse Engineering (RE) aus realen Modellen digitale Modelle erstellen 3D-Scannen Reverse Engineering aus digitalen Modellen direkt reale Modelle erstellen 3D-Drucken Additive Manufacturing Bilder: FHNW IPPE 7

8 Gründe für Reverse Engineering Vergleich eines Endproduktes mit dem CAD-Urmodell (Soll-Ist-Vergleich) Herstellung oder Optimierung von bestehenden Produkten, die nicht als 3D- CAD-Modelle vorliegen Erfassen von Design-Geometrien für neue Produktentwicklungen Erfassen nicht elektronisch dokumentierter Geometrien zur Datensicherung Werkstücke für CAx-Technologien nutzbar machen (FEM-Analyse, Simulation, CAM, etc.) 8

9 2. 3D-Scannverfahren Taktile Scanner Optische Scanner Laserscanner Streiflichtprojektion Weisslicht Blaulicht Destructive Scanner Röntgenscanner 9

10 Taktile Scanner Koordinatenmessmaschine Messarm + Genauigkeit + Oberflächen - Messgeschwindigkeit - Zugänglichkeit - Kleine Anz. Messpunkte - Deformiert weiche Materialien Quellen: Zeiss, FARO 10

11 Optische Scanner Laser Scanner Scannprinzip + Messgeschwindigkeit + Grosse Anz. Messpunkte +- Genauigkeit (System abhängig) +- Oberflächen - Zugänglichkeit Quellen: Konica Minolta, Creaform 11

12 Optische Scanner Streifenlichtprojektion (Weisslicht) Eigenschaften berührungslose, optische Messmethode hohe Genauigkeit (wenige tausendstel Millimeter) durch eine grosse Anzahl Messpunkte Verfahren Streiflichtprojektion 1 Präzisions-Projektor 2 hochauflösende Kameras Bilder: GOM mbh, FHNW IPPE 12

13 Streifenlichtprojektion Messprinzip linkes Bild rechtes Bild Bild: FHNW IPPE Quelle: 13

14 Ganze Objekte Scannen Bild: FHNW IPPE Prof. Dr. Schori U. Bopp Dominic 14

15 Optische Scanner Streifenlichtprojektion (Weisslicht) + Messgeschwindigkeit + Grosse Anz. Messpunkte +- Genauigkeit (System abhängig) +- Oberflächen - Zugänglichkeit Quellen: Breuckmann, CogniTens, David Vision Systems 15

16 Optische Scanner Streifenlichtprojektion (Blaulicht) + Messgeschwindigkeit + Grosse Anz. Messpunkte +- Genauigkeit (System abhängig) + Oberflächen - Zugänglichkeit Quelle: GOM mbh Quelle: 16

17 Destructive Scanner + Grosse Anzahl Messpunkte + Zugänglichkeit - auch innere Strukturen sichtbar +- Genauigkeit (System abhängig) + Oberflächen - Messgeschwindigkeit - Zerstört das Bauteil Quelle: Quelle: CGI 3D Scanning 17

18 Röntgenscanner Innenformen Lunker + Grosse Anzahl Messpunkte + Zugänglichkeit - auch innere Strukturen sichtbar + Zerstört nicht das Bauteil +- Genauigkeit (immer besser) - Messgeschwindigkeit (Tendenz steigend!) - Kosten Quelle: Quellen: Nano-Tom, Wenzel, phoenix-xray 18

19 Photogrammetrie Messung von Referenzpunkten + Messgeschwindigkeit + Grosse Anz. Messpunkte +- Genauigkeit (System abhängig) + hoch mobil Quelle: Bilder: GOM mbh, FHNW IPPE 19

20 Ganze Objekte Scannen Bild: FHNW IPPE Prof. Dr. Schori U. Bopp Dominic 20

21 Ganze Objekte mit Photogrammetrie Bild: FHNW IPPE 21

22 Punktewolken: Matching Best Fit 22

23 Punktewolken: Reference Points 23

24 3. Folgeprozesse Ergebnis 3D-Scannen: Punktewolke Bild: FHNW IPPE 24

25 3D-Scann Was folgt nach dem Scannen? STL-Daten Flächenrückführung CAD-Daten Datensicherung + Soll-Ist- Vergleich 3D- Druck FEM- Analyse CAM- Fräsen 25

26 Soll-Ist-Vergleich Bild: FHNW IPPE 26

27 Flächenrückführung (nicht parametrisiert) Bild: FHNW IPPE 27

28 Flächenrückführung (parametrisiert) Bild: FHNW IPPE 28

29 4. Deformationsmessung Messen von Dehnungen Verformungsanalyse von dynamisch belasteten Bauteilen Bewegungsmessung von Mehrkörpersystemen Vergleich von Versuchen mit FE-Analysen 29

30 Quasistatische 3D-Deformationsmessung von Bauteilen oder Strukturen Quelle: GOM mbh 30

31 Dynamische 3D-Deformationsmessung Bilder: FHNW IPPE, GOM mbh 31

32 5. Anwendungsbeispiele Qualitätssicherung Erfassen von bestehenden Produkten Erfassen von Design-Geometrien Kulturgüterschutz 32

33 Qualitätssicherung 3D-Scanning Quelle: Sulzer Elbar BV 33

34 Qualitätskontrolle in der Serienfertigung Quelle: GOM mbh 34

35 Prof. Dr. U. Bopp Dominic Schori 35

36 Erfassen von bestehenden Produkten 3D-Scanning Quelle: Sulzer Elbar BV 36

37 Erfassen von bestehenden Produkten Photogrammetrie und 3D-Scanning Gasturbine Alison (MTU) 250 C20B Mit freundlicher Genehmigung: MSW Aviation 37

38 Erfassen/optimieren von Design-Geometrien Photogrammetrie und 3D-Scanning Nicolas Ivanoffs Rennflugzeug Bild: FHNW IPPE 38

39 Kulturgüterschutz Sakramentar Heinrichs II Staatsarchiv München Mit freundlicher Genehmigung: Aventia GmbH, Avenches 39

40 Kulturgüterschutz 3D-Scannen Quelle: GOM mbh 40

41 Kulturgüterschutz Flächenrückführung Quelle: GOM mbh 41

42 Kulturgüterschutz 3D-Drucken Quelle: GOM mbh 42

43 Prof. Dr. U. Bopp Dominic Schori 43