Выбор 3D-сканера для реверс-инжиниринга
Здравствуйте! С вами Top 3D Shop и в очередном обзоре мы рассказываем о реверс-инжиниринге, особенностях выбора 3D-сканеров для него и примерах их использования.
Узнайте больше из этой статьи.
Содержание
- Что такое реверс-инжиниринг или обратное проектирование изделий
- Этапы реверс-инжиниринга
- Примеры использования
- Реверс-инжиниринг импеллера
- Создание тележки для аудиоколонки методом реверс-инжиниринга
- Использование реверс-инжиниринга в восстановлении пресс-формы
- Дизайн обуви с применением реверс-инжиниринга
- Сканирование различных объектов, DE-Engineering
- 3D-сканирование в реверс-инжиниринге детали сложной формы, Top 3D Shop
- Как выбрать сканер для реверс-инжиниринга — инфографика
- Программное обеспечение для моделирования и реверс-инжиниринга
- Правовые вопросы реверс-инжиниринга
- Заключение
Что такое реверс-инжиниринг или обратное проектирование изделий
Источник: 3daeroscan.com
Реверс-инжиниринг, он же обратный инжиниринг или обратное проектирование – процесс создания проекта деталей или изделий, для которых нет чертежей или документации. Создав с помощью 3D-сканирования цифровую модель CAD, эти детали можно изменить и оптимизировать, чтобы продлить их срок службы или добавить новые функции. Этот метод используется во многих отраслях промышленности, включая производство военной техники или космических аппаратов.
Обратный инжиниринг привлекает все больше внимания, из-за растущей популярности 3D-печати. Это связано с тем, что воспроизведение объекта или дизайна с помощью цифрового моделирования и 3D-печати более доступно рядовым пользователям, по сравнению с другими производственными процессами.
Компания ICON использует различные 3D-сканеры для реверс-инжиниринга деталей старинных автомобилей.
Источник: 3dreveng.com
Процесс реверс-инжиниринга состоит из трех задач: получения достаточно точного цифрового слепка детали, перевода полученного изображения в твердотельную 3D-модель в специализированном программном продукте и последующей программной обработки полученной модели для устранения артефактов, преобразования формата и модификации, для создания проекта изделия, годного для запуска в производство.
Поэтому необходим правильный выбор 3D-сканера для получения первичных данных, наиболее соответствующих имеющейся задаче. Например, совершенно бессмысленно сканировать ювелирное украшение времяпролетным сканером для крупных объектов, и наоборот, очень высокая точность настольного или ручного сканера избыточна при 3D-сканировании, например, морского судна.
Компания NeoMetrix technologies использует 3D-сканер Creaform HandySCAN 700 для реверс-инжиниринга и метрологического контроля различных объектов.
Этапы реверс-инжиниринга
Источник: 3dcaptura.cz
1. Подготовьте объект к сканированию, при необходимости нанесите маркеры. Обратите внимание, что даже слегка глянцевые поверхности затрудняют работу 3D-сканеров, а отражающие и прозрачные поверхности вообще почти невозможно сканировать без матового покрытия, поэтому распылите на объект временный матовый порошок для повышения точности сканирования.
2. Используйте 3D-сканер для захвата важных участков детали. Вам может потребоваться несколько раз сориентировать и повторно сканировать ваш объект, если он имеет отверстия или глубокие пазы.
3. Скорректируйте и оптимизируйте полученную полигональную сетку. Некоторые сканеры создают файлы очень большого размера, из-за чего могут возникнуть трудности с последующей обработкой или печатью. Удалите артефакты, проверьте сшивание поверхностей.
4. Импортируйте сетку в программное обеспечение CAD, оснащенное инструментами обратного проектирования.
5. Переведите полигональные поверхности в твердотельные. Подробнее о создании и обработке 3D-моделей читайте в нашей статье “Как создать модель для 3D-печати”.
6. При необходимости, добавьте в полученную 3D-модель новые объекты или удалите лишние.
7. Используйте 3D-принтеры или станки с ЧПУ для создания новой детали в соответствии с вновь созданной моделью.
Реверс-инжиниринг автомобильных деталей в компании Creaform с использованием 3D-сканера Creaform и ПО VXmodel и Autodesk Inventor.
Примеры использования
Реверс-инжиниринг импеллера
Источник: 3d-scantech.com
Производителю оборудования потребовалось оптимизировать производство продукта и устранить отклонения, возникающие при изготовлении. Традиционными средствами оказалось невозможно получить точные данные о детали, имеющей отверстия, мертвые углы и геометрически сложные поверхности. Импеллер имеет узкие зазоры между лопатками, что препятствует измерению с помощью зонда, поэтому было решено использовать лазерное 3D-сканирование и обработку результатов методами реверс-инжиниринга для сравнения с исходной цифровой моделью.
Источник: 3d-scantech.com
Для 3D-сканирования был использован высокоточный 3D-сканер ScanTech PRINCE с режимами красного и синего лазерного сканирования. Устройство имеет разрешение 0,020 мм, может быстро переключаться между режимами, способно сканировать глубокие отверстия с помощью одной красной лазерной линии, нечувствительно к внешнему освещению и способно захватывать мельчайшие детали.
Источник: 3d-scantech.com
При помощи 3D-сканера была получена полная детальная модель корпуса импеллера с лопатками.
Источник: 3d-scantech.com
Для анализа была создана полная цифровая модель.
Создание тележки для аудиоколонки методом реверс-инжиниринга
Источник: shining3d.com
Для участия в спортивно-танцевальном мероприятии под названием «Colorguard» капитану потребовалось сделать что-то для команды. Она решила создать тележку на роликах для тяжелой колонки, которую девушки используют для воспроизведения музыки во время тренировок и выступлений. Колонка должна была легко сниматься с тележки при необходимости. Кроме того, необходимо было восстановить одну из ручек на ней, которая была сломана.
У колонки есть три одинаковые ручки, которые крепятся винтами. Чтобы создать новую ручку взамен сломанной, для сканирования одной из оставшихся ручек был использован 3D-сканер EinScan-SP. Так как ручка была очень темной, ее припудрили тонким слоем детской присыпки, чтобы сканер смог правильно распознать поверхность. EinScan-SP имеет функцию автоматического сшивания изображений, при повороте объекта на поворотном столе и в разных положениях объекта. Программа выбирает некоторые точки из нескольких сканированных изображений и совмещает их друг с другом. Это позволяет пользователям сканировать не только стороны, но также верх и низ объекта.
Источник: shining3d.com
Для очистки полученного изображения от артефактов и коррекции имевшихся на ручке повреждений был использован инструмент “Deform: Smooth” в бесплатной утилите Autodesk Meshmixer. С помощью инструментов “Edit: Erase and Fill” с модели был удален имевшийся логотип производителя и добавлен логотип мероприятия. Meshmixer также был использован для того, чтобы убедиться, что отверстия для винтов имеют цилиндрическую форму. Обработка полученного STL-файла в программе Meshlab упростила модель и уменьшила размер файла с 26 до 2,4 Mb.
Источник: shining3d.com
Для печати ручки использовался 3D-принтер Afinia H+1 с экструдером TPU и гибкая нить Cheetah от NinjaTek. Для большей жесткости использовалось заполнение на 80%. Полученная ручка оказалась одновременно прочной и приятной на ощупь.
Источник: shining3d.com
После осмотра было решено использовать отверстия для крепления колонки в качестве точек крепления к тележке. Можно было бы потратить много времени на замеры штангенциркулем, но в этом случае эффективнее было использовать портативный 3D-сканер Shining 3D EinScan Pro 2X PLUS. Для лучшего захвата поверхностей использовались маркеры.
Источник: shining3d.com
Хотя EinScan Pro 2X PLUS поставляется с программным обеспечением Solid Edge – полным пакетом САПР с возможностями реверс-инжиниринга, в этом случае использовался Autodesk Fusion 360, так как пользователю с ним было привычнее работать.
Источник: shining3d.com
Полученная 3D-модель оказалась слишком велика для печати целиком, поэтому она была разбита на две части. Печатали черным PLA.
Источник: shining3d.com
Траектория печати была оптимизирована таким образом, чтобы повысить прочность цилиндра и стенок модели.
Источник: shining3d.com
Ручка тележки сделана из ABS-пластика, сваренного ацетоном, а плита основания из куска ДСП.
Использование реверс-инжиниринга в восстановлении пресс-формы
Источник: metrology.news
Gestamp – международная компания, занимающаяся проектированием, разработкой и изготовлением методом горячей штамповки металлических автомобильных деталей для крупнейших автопроизводителей. В современном производстве часто складывается ситуация, когда в изготовленный по CAD-модели штамп непосредственно на производстве вносятся изменения, которые забывают отразить в документации/исходной модели. В результате, при замене штампа вследствие его износа или повреждения, инженерам приходится заново вносить в него недокументированные изменения, что приводит к ошибкам и росту брака.
Источник: metrology.news
Эту ситуацию можно исправить с использованием реверс-инжиниринга. После того, как штамп установлен и настроен, он сканируется и все внесенные изменения фиксируются в цифровой модели. Полученный файл, полностью соответствующий отсканированной поверхности, включая малейшие детали, используется для реверс-инжиниринга штампа. Изменения, выявленные с помощью этого метода, включаются в исходную трехмерную модель штампа.
Источник: metrology.news
Специалисты Gestamp работают с 3D-сканерами Creaform HandySCAN 3D, высоко оценивая их точность, удобство и совместимость с программным обеспечением для реверс-инжиниринга.
Дизайн обуви с применением реверс-инжиниринга
Источник: rangevision.com
Специалисты компании RangeVision исследовали вопрос ускорения реверс-инжиниринга объектов с большим количеством поверхностей, изменяющих свою кривизну в соответствии с математическими законами. В качестве опытной поверхности с такими свойствами они использовали подошву спортивной обуви.
Источник: rangevision.com
Для этого было проведено 3D-сканирование геометрии подошвы при помощи 3D-сканера с высоким разрешением RangeVision Spectrum, настроенного на размеры объектов от 30 см до 1 м, и поворотного стола. За 25 минут устройство выполнило 2 группы по 8 сканирований, которые были автоматически соединены в общую модель с помощью ПО сканера. Постобработка в программе RangeVision ScanCenter и получение 3D-модели в формате .stl заняли еще 35 минут.
Источник: rangevision.com
Реверс-инжиниринг подошвы выполнялся в программе Geomagic Studio с использованием метода NURBS. В первую очередь были удалены артефакты и цифровой шум, создана система координат, обрезаны лишние детали, а границы сглажены.
Источник: rangevision.com
После применения метода NURBS к полученной поверхности была создана окончательная 3D-модель. Обратный инжиниринг с использованием NURBS занял 4 часа. Полностью вся задача была выполнена в течение одного рабочего дня.
Сканирование различных объектов, DE-Engineering
Источник: rangevision.com
Компания DE-Engineering выполняет заказы по высокоточной трехмерной оцифровке и реверс-инжинирингу различных объектов, от самолетов до ювелирных изделий. Основатель компании Дмитрий Эпштейн ведет на YouTube видеоблог, в котором публикует наиболее интересные работы. DE-Engineering использует 3D-сканеры RangeVision семейства PRO и Gom Atos.
Источник: rangevision.com
3D-сканирование крупных объектов, таких как корпус вертолета или самолета, имеет некоторые особенности: для экономии времени маркеры наклеиваются на полосы малярного скотча, а само сканирование проводится с нескольких точек, чтобы облегчить сшивание модели с помощью ПО.
Источник: rangevision.com
Для бронирования двух автомобилей Citroen Jumpy специалисты DE-Engineering провели трехмерное сканирование кузова и создали точную модель, в соответствии с которой были изготовлены металлические пластины. Высокая точность реверс-инжиниринга позволила установить броню без какой-либо дополнительной подгонки. Весь процесс занял семь дней: два дня на сканирование и пять на обработку результата.
Источник: rangevision.com
В DE-Engineering стараются использовать обработку облака точек вместо полигонов, что удобнее с точки зрения упрощения модели. Это позволяет максимально увеличить детализацию объекта в местах со сложной геометрией и уменьшить на простых участках. Обработка производится с помощью ПО CATIA. Для сканирования ювелирных изделий используются сменные объективы.
3D-сканирование в реверс-инжиниринге детали сложной формы, Top 3D Shop
Клиент обратился в компанию Top 3D Shop с просьбой восстановить сломанную пластиковую деталь сложной формы.
Деталь была создана путем трехмерного сканирования сканером RangeVision Pro, реверс-инжиниринга и 3D-печати.
Шаг 1. Длина детали – около 30 см, поэтому применять ручные сканеры средней точности и решения для съемки больших объектов было нецелесообразно. Также не подошли настольные сканеры с мультиосевым столом, т.к. объект по длине не помещался в полуоткрытую камеру сканера. Оставалось использовать только стационарные оптические сканеры или высокоточные ручные.
Шаг 2. Объект имеет геометрию средней сложности. Для хорошего сканирования подобных деталей нужна точность сканера 40-60 мкм и выше.
На изображениях: твердотельные модели объекта с проведенными по ним работами для восстановления целостности объекта
Шаг 3. Чем выше точность 3D-сканера и чем больше у него возможностей, тем он дороже. Бюджет заказчика не позволил использовать сканеры GOM, Solutionix или Scantech, поэтому для сканирования в Top 3D Shop использовали 3D-сканер RangeVision Pro, который хорошо сканирует подобные небольшие объекты с точностью до 40 мкм. На основе данных, полученных при 3D-сканировании, был выполнен реверс-инжиниринг и подготовка детали к печати.
Как выбрать сканер для реверс-инжиниринга — инфографика
Прежде всего, необходимо определиться с размерами сканируемых объектов – это влияет на выбор технологии сканирования и тип сканера (стационарный настольный, ручной или напольный/наземный):
-
Для объектов размерами больше 10 м по любой из осей координат не подойдут 3D-сканеры с привычными технологиями лазерной триангуляции или структурированного света. Сканирование таких объектов даже ручным сканером займет немало времени, а из-за растущей погрешности снижается точность сбора данных, эта проблема частично решается фотограмметрией. Поэтому для очень крупных объектов (самолеты, корабли, здания) эффективнее всего использовать времяпролетные сканеры.
-
Для объектов больше 50 см но меньше 3 м эффективнее всего использовать ручные сканеры, оптические или лазерные.
-
Для объектов от 10 до 50 см лучше всего подходят стационарные (настольные или напольные на треноге) 3D-сканеры, как лазерные, так и оптические. Оптические настольные и напольные сканеры дешевле и доступнее лазерных. Для задач, требующих высокой скорости сканирования, можно использовать некоторые ручные лазерные сканеры.
-
Для мелких объектов лучше всего подойдут настольные высокоточные оптические сканеры. Сканеры такого типа можно разделить на 2 группы: стоматологические и универсальные.
Стоматологические имеют очень высокую точность, высокое разрешение и поворотные столы с возможностью крепления окклюдатора и подставок для слепков.
Универсальные обычно оборудованы мультиосевым поворотным столом, либо сам сканер закреплен на осях с несколькими степенями свободы. Такая конструкция позволяет автономно отсканировать большую часть поверхности объекта. У таких сканеров хорошая глубина сканирования, чтобы правильно передавать углубления.
Для объектов размерами 10-50 см лучше подойдут лазерные ручные сканеры, если соблюдается хотя бы одно из условий:
-
3D-сканирование планируется использовать очень часто;
-
объект сканирования невозможно транспортировать в студию, например — это несъемная деталь массивного механизма, или транспортировка невозможна по другим причинам;
-
если нет достаточно места для размещения стационарного сканера;
-
поверхность объекта сложна для сканирования оптикой – черная или сильно бликующая.
Определившись с размерами сканируемых объектов, важно понять, какая требуется точность сканирования, погрешность измерений, и необходим ли метрологический сканер.
Реверс-инжиниринг запасных частей автомобилей в Jay Leno's Garage с помощью лазерного 3D-сканера Faro Quantum ScanArm HD и 3D-принтера Stratasys Dimension 1200es.
Программное обеспечение для моделирования и реверс-инжиниринга
ПО для создания полигональной модели
Источник: all3dp.com
Для создания облака точек и полигональных моделей в большинстве случаев служит ПО используемого 3D-сканера. Некоторые программные продукты для 3D-сканирования и реверс-инжиниринга также имеют возможность прямой работы с наиболее популярными моделями сканеров.
ПО для преобразования полигональной модели в твердотельную
Geomagic Essentials
Источник: einscan.com
Geomagic Essentials – программное обеспечение, извлекающее все необходимые элементы отсканированной детали для прямого использования в имеющемся пакете CAD. Данный софт предназначен для работы со сканами сделанными Shining 3D EinScan Pro 2x, это совместный продукт 3D Systems и Shining 3D, выполняющий автоматическую обработку и передачу получаемых данных в среду CAD. Приложение можно использовать как для метрологического контроля, так и для реверс-инжиниринга деталей и узлов. Фирменные алгоритмы выравнивания и восстановления сетки, широкие возможности подгонки элементов, умение создавать поперечные сечения и высокая производительность при работе с большими объемами данных позволяют значительно сократить время работы специалистов.
Использование Geomagic Essentials для реверс-инжиниринга лопастей вентилятора пользователем Gregory George.
Geomagic Design X
Источник: 3dsystems.com
Geomagic Design X – универсальное профессиональное программное обеспечение для обратного инжиниринга, сочетающее функции традиционного CAD с обработкой данных 3D-сканирования. Design X позволяет создавать функциональные редактируемые твердотельные модели, совместимые с существующим программным обеспечением CAD. Фирменные алгоритмы точной подгонки поверхности к 3D-сканам, редактирования сетки и обработки облака точек дают возможность проектирования компонентов, идеально интегрирующихся с существующими деталями. Простые в использовании инструменты для ремонта сетки обеспечивают быстрое заполнение отверстий, сглаживание, оптимизацию и сравнение с исходной моделью.
Реверс-инжиниринг компрессора с использованием 3D-сканирования и ПО Geomagic Design X в компании Artec 3D.
Autodesk Meshmixer
Источник: all3dp.com
Autodesk Meshmixer полностью бесплатен и хорошо известен среди специалистов по 3D-печати. Meshmixer больше предназначен для работы с полигональными сетками, чем для параметрического моделирования, и имеет большой набор инструментов для этого. Функции автоматического анализа и коррекции очень удобны для обработки результатов 3D-сканирования. Программа также способна выполнять подготовку модели для 3D-печати, в том числе рассчитывать поддержки. Meshmixer прост и удобен в использовании, имеет множество обучающих материалов, доступных в Интернете.
Первое из серии видео компании AutoDesk, демонстрирующих возможности программы Meshmixer.
ПО для работы с твердотельными моделями
SolidWorks
Источник: blog.trimech.com
SOLIDWORKS – программный продукт для трехмерного проектирования и реверс-инжиниринга. Помимо традиционных для CAD/CAM функций, в ПО имеются специализированные инструменты для проектирования деталей из листового металла, сварных узлов и пресс-форм. Огромная библиотека компонентов и деталей, улучшенная реалистичная визуализация, возможности проверки чертежей и анализа конструкций делают SOLIDWORKS одним из самых мощных программных продуктов для инженерной работы с 3D-объектами.
Первое из серии обучающих видео ПО SolidWorks: реверс-инжиниринг и обработка результатов 3D-сканирования.
Solid Edge
Источник: youtu.be
Solid Edge – простой в освоении и использовании пакет инструментов, охватывающий все этапы разработки продукта: проектирование и рендеринг CAD, моделирование, реверс-инжиниринг, управление данными и многое другое. Siemens также предоставляет учебные ресурсы, доступ в сообщество пользователей и консультантов Solid Edge, постоянные обновления ПО. При выполнении ряда условий, Solid Edge Premium можно использовать бесплатно в течение одного года.
Демонстрация возможностей ПО Solid Edge 2021 от компании Siemens Software.
Autodesk FUSION 360
Источник: all3dp.com
Программа Autodesk Fusion 360 и все ее модули бесплатны для студентов, преподавателей, любителей и представителей малого бизнеса. ПО предназначено в основном для работы с твердотельными объектами и оснащается функциональными плагинами.
Реверс-инжиниринг пластикового корпуса с помощью 3D-сканера HDI и ПО Autodesk Fusion360 в компании Dream3D.
Правовые вопросы реверс-инжиниринга
Источник: scantech.com
Темная сторона реверс-инжиниринга – подделка и кража интеллектуальной собственности. Растущая доступность технологии может дать необоснованное преимущество недобросовестным производителям в условиях, когда законодательство отстает от требований современности. Фактически это означает, что прототипы, на создание которых у разработчиков ушло много времени и средств, могут быть безнаказанно подделаны с использованием технологий 3D-сканирования и печати.
Легкость, с которой можно копировать дизайн изделий, вынуждает крупные компании экспериментировать со способами защиты своих интеллектуальных прав, например — путем создания в продуктах дефектов, проявляющихся только при неавторизованном производстве, или внедрением аутентификационных штрих-кодов непосредственно в выпускаемые продукты.
Полное 3D-сканирование и реверс-инжиниринг кузова автомобиля с помощью 3D-сканера Creaform Go!SCAN SPARK.
Заключение
Источник: ductim-x.com
Будущее реверс-инжиниринга — в еще большей автоматизации процессов. Разработчики все активнее используют возможности искусственного интеллекта и облачных технологий в процессах сканирования и постобработки, чтобы позволить не имеющим опыта клиентам самостоятельно выполнять работу. Это может быть полезно специалистам в самых разных областях: от врачей, сканирующих части тела, до рабочих на строительных площадках. 3D-сканеры все больше проникают на потребительский рынок и, возможно, в конечном итоге станут такими же привычными, как камеры на смартфонах (к слову, некоторые смартфоны уже оснащаются времяпролетным сенсором).
Рекомендуемые товары
Оставить комментарий