Кейсы: 3D-сканирование с Shining 3D в литейной промышленности

Эта статья поможет выбрать 3D-сканер Shining 3D для использования в литье, для инспекции отливок на точное соответствие заданным форме и размерам.

Содержание:

Как это делается обычно: традиционные инструменты и их ограничения

Литейное производство жизненно важно для любой отрасли промышленности, поскольку оно обеспечивает создание необходимых деталей практически для каждой отрасли: будь то автомобильное, аэрокосмическое, строительное производство или выпуск потребительских товаров — большая часть продукции изготавливается методом литья.

Традиционно эти процессы требуют использования многочисленных ручных инструментов измерения, таких как стальная линейка, штангенциркуль и другие.

Традиционные инструменты в литейной и литейной промышленности

Преимущества этих традиционных измерительных инструментов заключаются в том, что они просты в использовании, недороги, обеспечивают немедленные результаты измерений и не требуют электропитания.

Использование таких инструментов отнимает много времени и требует навыка. Если их неправильно считать или использовать, это может легко привести к неточным результатам. Поскольку отрасль развивается и требует большей точности, эти инструменты постепенно перестают соответствовать строгим промышленным требованиям.

По этой причине многие предприятия обращаются к инструментам 3D-измерений, таким как КИМ (координатно-измерительные машины) и лазерные 3D-сканеры. Эти инструменты обеспечивают большую точность и устраняют некоторые риски, связанные с ручными измерениями.

Новые 3D-инструменты в литейной промышленности

КИМ и роботизированные лазерные 3D-сканеры также имеют свои недостатки. Они требуют значительных первоначальных инвестиций и могут измерять только то, что находится в пределах их досягаемости — помещается на их рабочие платформы или в непосредственной близости от этих стационарно устанавливаемых машин.

Промышленные координатно-измерительные машины имеют несколько дополнительных ограничений. Они подразумевают высокие эксплуатационные расходы, отчасти потому, что им необходимы особые условия эксплуатации, такие как низкая влажность и постоянная температура, отсутствие вибраций. Они также довольно медленны и требуют много времени для полномасштабных измерений крупных объектов. И последнее, но не менее важное: им трудно измерить детали с ограниченными зонами, например — карманами, отверстиями или изогнутыми участками.

Сравнение метрологических 3D-сканеров с КИМ и лазерными 3D-сканерами на манипуляторах

Принимая во внимание вышеизложенное, можно назвать шесть преимуществ использования метрологических 3D-сканеров в литейной промышленности.

Более высокая скорость: при движении лазера по поверхности объекта можно записывать от тысяч до десятков тысяч точек данных в секунду.
Высокая точность: метрологические 3D-сканеры, подобные сканерам серии SHINING 3D FreeScan, могут обеспечить точность до 0,02 мм.
Хорошая адаптация к окружающей среде: температура, влажность, свет и вибрация мало влияют на сканирование, 3D-сканеры можно широко использовать в мастерских и цехах.
Портативность: ручные 3D-сканеры легки и компактны. Обычно они поставляются с дорожным футляром, что позволяет легко транспортировать их.
Экономичность: бесконтактное 3D-сканирование и контроль выполняются быстрее и проще, обеспечивая при этом сертифицированное качество и точность измерений.
Удобство для пользователя: 3D-сканеры и их программное обеспечение интуитивно понятны в использовании и настройке. Кроме того, портативные метрологические 3D-сканеры облегчают доступ к узким, ограниченным пространствам.

Основные области применения 3D-сканирования отливок и форм

Заводы по литью и формованию используют 3D-сканирование во многих случаях. Большинство из них можно сгруппировать в три распространенных варианта использования:

Реверс-инжиниринг, 3D-сканирование в CAD и 3D-моделирование;
3D-контроль и контроль качества;
CAE (компьютерное проектирование) и виртуальная сборка.

Реверс-инжиниринг и 3D-контроль являются наиболее популярными применениями. Заводы используют 3D-сканеры для обратного проектирования и проверки широкого спектра деталей из всех видов материалов. К ним относятся модели из пенопласта или дерева, металлические формы, необработанные отливки, детали для тонкого фрезерования и многое другое.

Типичный рабочий процесс 3D-контроля с серией FreeScan UE: проектные данные - данные сканирования - отклонения - сравнительный анализ - результат.

Типичный рабочий процесс 3D-контроля отливок и литейных деталей выглядит примерно так:

3D-сканирование детали для получения и экспорта 3D-данных, обычно в формате файла STL.
Импортируйте отсканированные данные в программное обеспечение для 3D-контроля, например Geomagic Control X или Verisurf, и выровняйте их. Существует несколько методов выравнивания, наиболее популярными из которых являются выравнивание по наилучшему совпадению, выравнивание RPS и выравнивание 3-2-1.
Создайте карту отклонений, GD&T или другие элементы проверки и экспортируйте отчет о проверке.

Примеры 3D-сканирования в литейной промышленности

Рассмотрим несколько примеров из реальной жизни. Это должно помочь вам получить более четкое представление о том, как можно использовать 3D-сканирование метрологического уровня в литейном производстве и отливке.

Проверка шаблона

3D-контроль шаблона из пенопласта

При литье по выплавляемым моделям, шаблон из пенополистирола (EPS) покрывается слоем негорючего вещества для создания формы. Затем шаблон испаряется или выгорает, когда расплавленный металл заливается в форму, оставляя после себя точную металлическую отливку.

Перед заливкой важно измерить отклонение шаблона и сравнить его с CAD-моделью. Этот шаг называется «3D-проверка первого изделия». В этом случае клиент использовал 3D-сканер FreeScan UE для быстрого 3D-сканирования на месте. Результаты были очень точными и предоставили высокодетализированную модель.

Деревянный шаблон

3D-контроль шаблона из дерева

Деревянные модели широко используются в качестве прототипов для последующего литья в песчаные формы. Как и большинство прототипов и форм, их размер и форма напрямую влияют на качество конечного продукта.

На скриншоте выше показана деревянная форма главного вала ветряной турбины. Его высота 5 метров, ширина 4 метра. Благодаря своему очень большому размеру, ось деревянного шаблона может легко смещаться в процессе производства.

Чтобы определить, есть ли смещение и в какой степени, команда решила полностью проверить его с помощью FreeScan UE Pro. Этот метрологический 3D-сканер снабжен встроенной фотограмметрией, обеспечивающей согласованность и надежность данных при оцифровке крупных объектов.

Команда смогла сканировать всю форму размером 4 на 5 метров примерно за 35 минут, без учета лазания и проводки.

Проверка программы для станка с ЧПУ

Форма на изображении была изготовлена на фрезерном станке с ЧПУ. Чтобы убедиться, что деталь была правильно отфрезерована, перед ее массовым изготовлением необходимо проверить первый образец. Сравнив результаты 3D-сканирования с исходным проектом в САПР, команда смогла легко обнаружить дефекты, такие как отклонение опорного положения отверстия, и исправить программу для производства на станках с ЧПУ.

Виртуальная сборка и проверка толщины стенок

Виртуальная сборка — это процесс сборки различных частей продукта в 3D-моделях, в ПО и на экране. Цель этого действия в том, чтобы смоделировать окончательную сборку и убедиться, что каждая деталь хорошо сочетается с другими и правильно соединится с ними. Даже если детали подходят друг к другу хорошо, виртуальная сборка может позволить инженерам и дизайнерам дополнительно оптимизировать свою продукцию.

Этот метод легко реализовать с помощью 3D-сканера и подходящего программного обеспечения для 3D-контроля, в котором есть встроенные возможности виртуальной сборки. Одной из основных характеристик, на которую следует обратить внимание при выборе, является толщина стенок формы и самой отливки. Это важнейший элемент контроля размеров, на который необходимо обратить внимание перед запуском процесса литья детали в производство.

Техническое обслуживание и редизайн

3D-сканеры SHINING могут создавать точные цифровые 3D-модели различных деталей и компонентов. Эти «цифровые двойники» не только полезны для обратного проектирования и оптимизации конструкции, но и могут быть заархивированы для будущего применения. Такой заслуженно популярный рабочий процесс применяется, например, при проектировании производимых предприятием деталей, продуктов предприятия, и применяемых на самом производстве приспособлений.

Проверка сложных отливок с помощью 3D-сканирования

Отчет об испытаниях

Высокоточный и надежный контроль деталей имеет решающее значение для качества и надежности продукции в промышленном и производственном секторах. В условиях цифровизации технология метрологического 3D-сканирования зарекомендовала себя как отличный инструмент, упрощающий рабочие процессы и существенно их ускоряющий. Поскольку 3D-сканеры для измерительных технологий становятся все более доступными, а качество результатов растет, разрыв между 3D-сканированием и другими технологиями измерения сокращается.

Хотя мощные, высококачественные профессиональные 3D-сканеры становятся все более доступными, кривая обучения работе с этими устройствами обычно оказывается крутой. Программное обеспечение сложно в использовании, и эффективное обнаружение движения сканера — это задача, к которой пользователь должен привыкнуть. Следующий реальный пример испытания металлических отливок показывает, как можно точно протестировать промышленные детали.

Когда партия литьевой продукции покидает завод, заказчику часто требуется подробный отчет об испытаниях перед дальнейшим применением.

Отливки на заводе

В данном конкретном случае рассматриваемый продукт обладает очень сложными свойствами. Отливка имеет неправильную форму и имеет несколько изогнутых поверхностей. Это создает трудности при ручном измерении. Препятствиями к использованию КИМ для измерения в этом случае являются большой объем работы и риск повреждения устройства, которое легко может произойти при использовании КИМ. Прежде всего, необходимо точно измерить внутреннюю полость отливки.

Учитывая все факторы, идеальным решением было использование бесконтактного высокоточного 3D-сканера для проверки отливки.

Получение 3D-данных отливки

Данные сканирования отливки, полученные FreeScan UE

На первом этапе вся отливка сканировалась для определения внешней формы детали. Поскольку отливка была тяжелой и неподвижной, малый вес FreeScan UE, всего 750 г, был большим преимуществом, позволяя оператору оперативно перемещать его вокруг детали и сканировать ее под разными углами для получения полных 3D-данных.

Данные сканирования полости

Для осмотра полости отливки, для получения данных о внутреннем строении детали, ее необходимо разрезать и разобрать. Поскольку программное обеспечение позволяет легко соединить все детали, можно получить полные и безошибочные данные.

Чугунные отливки могут дать усадку из-за колебаний температуры в процессе формования. Неправильный контроль, особенно в полости, может привести к неравномерной толщине стенок и ухудшению характеристик продукта. Этой непредсказуемой переменной можно эффективно избежать, регулярно проверяя полости с помощью 3D-сканера.

Полученные данные импортируются в Geomagic Control X для детального изучения. Использование программного обеспечения для проверки, вместе с применением FreeScan UE, позволяет напрямую выводить ряд необходимых отчетов. В данном случае — отчеты о допусках обработки, внешнем виде и пустотах, а также отчеты об измерениях. Всего было измерено 46 точек и получены подробные результаты.