Skanowanie 3D i inżynieria odwrotna - pojęcia podstawowe

Wiele osób pyta nas co to jest inżynieria odwrotna, skanowanie 3D lub formaty plików, dlatego też zamieściliśmy krótkie wyjaśnienie najpopularniejszych pojęć.

Skanowanie 3D- to proces, który polega na zebraniu dużej ilości punktów współrzędnych z badanego elementu. W wyniku skanowania 3D powstaje tak zwana chmura punktów, którą następnie przetwarza się na siatkę trójkątów za pomocą specjalistycznego oprogramowania (np. Geomagic lub eviXscan 3D Suite).

 

CAE (Computer Aided Engineering) – komputerowe wspomaganie prac inżynierskich. Pojęcie szersze niż CAD, stosowanie sprzętu i oprogramowania komputerowego do rozwiązywania problemów i obliczeń inżynierskich, z wykorzystaniem metod takich jak MES.

Chmura punktów- jest to zbiór olbrzymiej ilości punktów powstałych w wyniku skanowania 3D. Punkty te bardzo dokładnie odtwarzają badaną powierzchnie i są w dalszym etapie poddawane tzw. poligonizacji lub triangulacji.

 

CAM- (Computer Aided Manufacturing) komputerowe wspomaganie wytwarzania. Jest to oprogramowanie wspierające proces wytwarzania przedmiotów, które jest powszechnie stosowane w obróbce (frezowanie, toczenie). Programy typu CAM na podstawie komputerowych rysunków 2D lub obiektów 3D (mogą to być zarówno obiekty bryłowe jak i powierzchniowe), tworzą ścieżki narzędzia (frezu, noża tokarskiego, wiązki lasera itp.). Przez ścieżkę narzędzia należy rozumieć ruch względny narzędzia względem przedmiotu obrabianego - kinematyka tego procesu na maszynie może być wykonywana na różne sposoby. Ścieżki poprzez postprocesor zamieniane są na rozpoznawalne dla maszyny funkcje sterujące. Wykonywanie instrukcji zawartych w kodzie CNC służy wykonaniu przedmiotu zgodnie z wytycznymi.

 

CAE (Computer Aided Engineering) – komputerowe wspomaganie prac inżynierskich.

 

CAD (Computer Aided Design) – projektowanie wspomagane komputerowo. Projektowanie przy użyciu specjalistycznego oprogramowania jak Catia, SolidWorks, Solid Edge, Autocad, Fusion 360 itp. Zastosowanie sprzętu i specjalistycznego oprogramowania w projektowaniu technicznym. W potocznym języku odnosi się do projektowania i modelowania trójwymiarowego.

 

Druk 3D- metoda wytwarzania elementów polegająca na nakładaniu na siebie kolejnych warstw materiału. Jest to technologia zaliczana do tzw. szybkiego prototypowania lub addytywnego wytwarzania.

 

Digitalizacja- w przypadku branży CAD i inżynierii odwrotnej jest to proces konwersji lub przekształcenia rzeczywistego elementu na jego trójwymiarowy, cyfrowy obraz. Pojęcie to jest również używane w przypadku konwersji dokumentacji technicznej z papierowej wersji na wersję elektroniczną, czyli przeniesienie dokumentacji do formatów cyfrowych.

 

 

Fotogrametria- jest to technologia odwzorowania powierzchni, polegająca na przechwytywaniu obrazów fotograficznych i łączeniu ich w jedną całość za pomocą wspólnych cech geometrycznych. Fotogrametria jest wykorzystywana w technologii skanerów światła strukturalnego, które charakteryzują się dużą dokładnością i małą wrażliwością na wibracje (znacznie mniejszą niż skanery laserowe).

 

Inżynieria odwrotna – (Revers Engineering) – dział inżynierii polegający na odwzorowaniu rzeczywistych elementów do postaci trójwymiarowego modelu CAD. Inżynieria odwrotna jest powszechnie wykorzystywana gdy brakuje dokumentacji technicznej części i elementów maszyn lub gdy występuje brak dostępności części zamiennych (np. nie są już produkowane). Inżynieria odwrotna jest również wykorzystywana w medycynie i protetyce np. gdy istnieje potrzeba bardzo dokładnego odwzorowania lub dopasowania skomplikowanych i trudnych do odtworzenia elementów.

Na proces inżynierii odwrotnej składają się skanowanie 3D i modelowanie 3D.

 

IGES (Initial Graphics Exchange Specification) – uniwersalny format plików danych graficznych stworzony aby umożliwić wymianę danych pomiędzy różnymi systemami CAD. Stosowany rzadziej niż STEP ale równie praktyczny.

 

 

Model CAD- Cyfrowy zapis przestrzenny powstały w specjalistycznych programach komputerowych jak Geomagic, SolidWorks, Catia, Autocad, Solid Edge itp. Pliki modeli CAD zawierają informacje o geometrii obiektu i jego parametrów (materiał, zależności geometryczne, tolerancje).

 

NURBS (Non Uniform Rational Basis Spline) – metoda odwzorowania powierzchni, która jest stosowana w oprogramowaniu CAD. Polega ona na zdefiniowaniu powierzchni za pomocą krzywych i powierzchni parametrycznych, opisanych przy użyciu algorytmów matematycznych. Przy pomocy powierzchni Nurbs można odwzorować bardzo skomplikowaną geometrię.

 

Model Parametryczny- model CAD utworzony za pomocą powierzchni NURBS

 

Przyrostowe wytwarzanie- inna nazwa to drukowanie 3D lub wytważanie addytywne.

 

Post-processing- w przypadku skanowania 3D jest to obróbka chmury punktów i przygotowanie go do inżynierii odwrotnej lub kontroli pomiarowej.

Proces ten polega m.in. na usunięciu niechcianych elementów, szumów i śmieci.

 

STL- (ang. Stereolithography). Format pliku, określający siatkę trójkątów. Został stworzony przez 3D Systems właśnie dla potrzeb duku 3D. Jest to najbardziej popularny format pliku wykorzystywany w technologii skanowania 3D.

STEP- (Standard for Exchange of Product Data) to plik modelu 3D sformatowany w standardowym formacie wymiany ISO. Zawiera trójwymiarowe dane w formacie, który może być rozpoznany przez większość programów cadowskich jak np. SolidWorks, Autocad, Catia, Solid Edge, NX Fusion 360 itd.

Format ten został stworzony aby umożliwić udostępnianie i wymianę plików pomiędzy różnymi systemami CAD, co często stanowi problem.

Format STEP jest wymienny i równoznaczny z STP.

Skurcz materiału – powszechne zjawisko występujące bardzo często podczas wytwarzania elementów z materiałów poddawanych rozgrzaniu. Występuje w odlewnictwie i przeróbce plastycznej tworzyw sztucznych, również w przypadku druku 3D. Z pojęciem skurczy związane jest również pojęcie rozszerzalności cieplnej, co należy też brać pod uwagę wykonując pomiary.

 

 

Addytywne wytwarzanie- inna nazwa to drukowanie 3D lub przyrostowe wytwarzanie.  Zob. Druk 3D