3D Scanner
3D-Scanner in der additiven Fertigung
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Tags:
- R&D , 3D-Datenerfassung
Wichtige Punkte im Überblick
- Additive Fertigung erlaubt komplexe Geometrien, reduziert Teileanzahl und eignet sich für Kleinserien.
- Reverse Engineering mit 3D‑Scannern schafft fehlende CAD‑Daten und beschleunigt Design‑Iterationen.
- Modellreihe VL liefert hohe Messgenauigkeit (±10 µm), kurze Scanzeiten (ca. 30 Sekunden) und anpassbare Scan‑Modi.
- Scandaten exportierbar als STL/DXF/STP für 3D‑Druck, CAE und 2D‑Querschnittsanalysen.
Obwohl der Begriff „3D-Drucker“ weit verbreitet ist, lautet der korrekte Begriff nach den ASTM-Normen „Additive Manufacturing Technology“. Auf dieser Seite werden die additive Fertigung sowie verschiedene Anwendungsbereiche des 3D-Scanners der KEYENCE Modellreihe VL vorgestellt.
Additive Fertigung
Die Fertigung, bei der Materialien geschnitten und geformt werden, wird als subtraktive Fertigung bezeichnet. Die Fertigung, bei der Materialien schichtweise mit einem 3D-Drucker aufgebaut werden, wird als additive Fertigung bezeichnet.
Ziel
Subtraktive Fertigung
Das Bauteil wird hergestellt, indem Material von einer Rundstange, einem Block oder einer anderen Form abgetragen wird.
Additive Fertigung
Das Bauteil wird hergestellt, indem Harz, Pulver oder anderes Material schichtweise aufgetragen wird.
Vorteile der additiven Fertigung
Bauteile mit Hohlräumen oder überhängenden Formen, die sich mit Schneidwerkzeugen nicht herstellen lassen, können produziert werden.
Es ist nicht nur möglich, komplexe Formen zu modellieren, sondern auch das Gewicht zu reduzieren.
Ziel
Subtraktive Fertigung
Hohlformen (A) können nicht hergestellt werden, und überhängende Formen
(B) sind schwer zu bearbeiten.
Additive Fertigung
Hohlformen (A) und überhängende Formen
(B) können problemlos hergestellt werden.
Ideal für Kleinserien mit hoher Variantenvielfalt und engen Fristen
Da für das Modellieren lediglich 3D-Daten benötigt werden und keine Formen oder Vorrichtungen erforderlich sind, eignet sich die additive Fertigung besonders für Kleinserien mit hoher Variantenvielfalt. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, strenge Produktionsfristen einzuhalten.
Reduzierte Anzahl an Bauteilen
Bei herkömmlicher subtraktiver Fertigung müssen mehrere Teile verschweißt oder verlötet werden. Bei der additiven Fertigung können Bauteile jedoch als ein einziges Teil erstellt werden, wodurch die Anzahl der für die Herstellung benötigten Teile reduziert wird. Da das Material während des Modellierens schichtweise aufgetragen wird, können auch die Materialkosten gesenkt werden.
Automatisierung
Die Fertigung ist allein mit 3D-CAD-Daten möglich, selbst ohne spezielles Fachwissen.
Die Produktion kann außerdem weltweit durchgeführt werden, sofern ein 3D-Drucker verfügbar ist.
Sieben Verfahren der additiven Fertigung nach ASTM-Standards
Kommerzielle 3D-Drucker, die der Öffentlichkeit zugänglich sind, nutzen typischerweise das Material-Extrusionsverfahren. Bei der additiven Fertigung variiert das verwendete Verfahren jedoch je nach zu modellierendem Material.
Materialextrusion
Fließfähiges Material wird durch eine Düse extrudiert und selektiv gehärtet.
Material: Thermoplastisches Harz
Schichtverklebung
Blattmaterialien werden geschichtet und miteinander verbunden.
Material: Papier, Harz, Metallfolie
Material Jetting
Tröpfchenförmiges Material wird injiziert und selektiv gehärtet.
Material: lichthärtbares Harz, Wachs
Binder Jetting
Ein flüssiges Bindemittel wird in ein Pulverbett injiziert und selektiv gehärtet.
Material: Gips, Kunststoff
Gezielte Energieeinbringung
Die Position der fokussierten thermischen Energie wird während der Materialzufuhr gesteuert, um das Material selektiv zu schmelzen und zu verfestigen.
Material: Metall
Becken-Photopolymerisation
In einem Tank befindet sich flüssiges photosensitives Harz, das durch gezielte Lichteinwirkung ausgehärtet wird.
Material: lichthärtbares Harz
Powder Bed Fusion (Pulverbettfusion)
Bereiche eines Pulverbett werden selektiv geschmolzen und durch thermische Energie gebunden.
Material: Metall, Harz, Keramik
Anwendungen von 3D-Scannern in der additiven Fertigung
Der Einsatz eines 3D-Scanners der Modellreihe VL ermöglicht es, Zeichnungen von Objekten zu erstellen, für die ursprünglich keine Zeichnungen verfügbar sind. Dies wird als Reverse Engineering bezeichnet, und kann in folgenden Situationen genutzt werden:
- Wenn vom Lieferanten keine Zeichnungen zur Verfügung stehen, die für die Konstruktion des Bauteils benötigt werden
- Wenn der Entwurf auf Basis der tatsächlichen Produktform erfolgt
- Wenn vom Kunden nur das Produkt, jedoch keine Zeichnungen vorhanden sind
- Wenn ein Bauteil hergestellt werden soll, das von der Zeichnung abweicht, aber die gleiche Form wie das Originalbauteil hat
- Wenn Zeichnungen für ältere Bauteile nur noch auf Papier verfügbar sind
Konventioneller Fertigungsprozess
1. CAD-Daten-Design
2. Analyse
3. Prototypenbau
4. Produktion
5. Produkt
Reverse Engineering
1. Produkt
2. Formmessung
3. Analyse/Datenverarbeitung
4. CAD-Daten-Design
Reverse Engineering
Reverse Engineering bezeichnet die Demontage und Analyse von Software, Hardware und anderen existierenden Produkten, um Funktionsprinzipien, technische Elemente und weitere Informationen zu bestimmen.
In der Fertigung bezieht sich Reverse Engineering üblicherweise darauf, Daten durch die Messung der Form eines Tonmodells oder eines tatsächlichen Produkts zu erheben und darauf basierend CAD-Daten zu erstellen. In den letzten Jahren gewinnen 3D-CAD und 3D-Scanner zunehmend an Bedeutung. Reverse Engineering erlebt insbesondere in Europa und den USA ein rapides Wachstum.
Herausforderungen beim Reverse Engineering
Messgenauigkeit: Messfehler und bedienerabhängige Variationen
Beim Erstellen von Zeichnungen aus einem realen Produkt sind präzise Messungen entscheidend. Die Verwendung von Messschiebern oder Höhenmessgeräten kann zu großen Messfehlern und variierenden Ergebnissen zwischen verschiedenen Bedienern führen.
Messdauer: Lange Messzeiten
Mit zunehmender Komplexität der Form steigt auch die Anzahl der Messpunkte, wodurch die Messungen sehr zeitaufwendig werden.
Datenqualität: Falsche Formwiedergabe
Selbst beim Einsatz eines 3D-Scanners zur Erfassung der Form und Erstellung von Zeichnungen können Probleme wie schlechte Datenqualität und geringe Auflösung auftreten, was zu einer fehlerhaften Wiedergabe der Form führt.
Lösungen mit den 3D-Scannern der Modellreihe VL
Die 3D-Scanner der Modellreihe VL von KEYENCE können verschiedene Probleme herkömmlicher Methoden lösen und machen Reverse Engineering einfach und effizient.
Messgenauigkeit: Präzise Messungen
Profitieren Sie von einer garantierten Genauigkeit von ±10 µm und einer Wiederholbarkeit von 2 µm entlang der X-, Y- und Z-Achsen. Präzise Messungen sind ohne bedienerabhängige Abweichungen möglich.
Messzeit: One-Shot-Messung in ca. 30 Sekunden
Der Scan kann mit einer einzigen Aufnahme in etwa 30 Sekunden abgeschlossen werden. Dadurch ist die Messung der gewünschten Bereiche auch bei komplexen Formen schnell und einfach möglich.
Datenqualität: Probenspezifische Scan- Einstellungen
Die Scan-Einstellungen können an die Größe und Form der Probe angepasst werden.
Die Form jeder Probe kann mit hoher Datenqualität reproduziert werden, indem die geeigneten Einstellungen ausgewählt werden – der High-Definition-Modus für filigrane Formen und eine Kamera mit hoher Vergrößerung für kleine Objekte.
3D-Datenerstellung
Scandaten
STL-Daten
2D-Datenerstellung
2D Messung
Querschnittsmessung (DXF-Ausgabe)
