QUICKSURFACE Half-embedded one brasilianisches Ingenieurbüro, um das Reverse Engineering eines Kühleinheitspropellers zu beschleunigen, indem 3D-Scan-Daten in präzise CAD-Geometrie umgewandelt wurden. Mithilfe eines strukturierten Scan-to-CAD-Workflows rekonstruierte das Team die beschädigte Komponente und erstellte ein fertigungsbereites CAD-Modell, das für die Herstellung und den 3D-Druck geeignet ist.

RVF3D Engineering Ltd.

Rio de Janeiro – Brasilien

RVF3D wurde 2020, mitten in der Pandemie, als externes Ingenieurbüro gegründet. Das Unternehmen begann mit zwei geschlossenen FDM-Druckern, die sich auf 3D-Modellierung mit CAD-Software und den Druck von kundenspezifischen Kunststoffautoersatzteilen konzentrierten.

Zwei Ingenieure gründeten das Unternehmen: Ricardo Freitas, der sich nach mehr als 35 Jahren in der Luftfahrtbranche gerade zur Ruhe gesetzt hatte, und sein Sohn Jose Ricardo Freitas, der gerade als Maschinenbauingenieur sein Studium abgeschlossen hatte und bereits Erfahrung im CAD-Design mit mehreren Softwaresystemen besaß.

Das Büro erweiterte seine Aktivitäten schnell. Es begann, die akademischen Projekte mit 3D-Druck zu unterstützen und mechanische Teile für lokale Zerspanungsbetriebe und Autowerkstätten zu produzieren.

In den folgenden Jahren, RVF3D erweiterte seine Fähigkeiten um 3D-Design und -Modellierung durch 3D-Scannen und Reverse Engineering. Das Unternehmen begann mit der Unterstützung größerer Industrien wie Kunststoffspritzguss, Öl & Gas und Metallmechanik in der Region Petropolis und im Großraum Rio de Janeiro.

Ricardo erklärt:

“Als wir unsere Aktivitäten auf größere Kunden ausdehnten, sahen wir uns einer neuen Herausforderung gegenüber. Wir brauchten eindeutig eine Software, die Reverse Engineering-Projekte schnell, einfach und in hoher Qualität liefern kann. Anfangs wechselten wir zu Solid Edge, das sehr grundlegende Funktionen für das Reverse Engineering wie das Füllen von Oberflächen bietet. Aber sobald wir entdeckten QUICKSURFACE Pro, wechselten wir sofort dorthin. Dafür danken wir der Unterstützung, die wir von Prumo Tech, ”, ein KVS-Vertreter in Brasilien.“

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Die Herausforderung: Eine Kühlerlüfter-Propeller innerhalb einer Woche reverse-engineeren und 3D-drucken

Ein Kunde, der eine große mechanische Werkstatt betreibt, wandte sich mit einem dringenden Problem an RVF3D. Die Werkstatt verwendete einen 4-Flügel-Propeller in einer Kühleinheit. Nach mehreren Versuchen, den Propeller durch Ausbessern beschädigter Stellen mit schwarzem Silikonkautschuk zu reparieren, funktionierte die Komponente nicht mehr richtig. Der Propeller wurde unausgewogen und zerbrechlich und brach während des Betriebs häufig.

Propeller ist kaputt

Propeller mit Silikonkautschuk repariert

Die Kühleinheit konnte ohne diesen Propeller nicht betrieben werden, der eine entscheidende Rolle bei der Kühlung des Ölwechslers spielte. Da die Maschine alt war, waren Ersatzpropeller auf dem Markt nicht mehr erhältlich. Die Situation bedrohte den gesamten Betrieb der CNC-Maschine.

Da RVF3D den Kunden bereits besucht hatte, kontaktierte die Werkstatt diesen sofort. RVF3D sammelte den beschädigten Propeller ein und brachte ihn zur Vermessung in ihr Büro.

Doch sie stießen auf die erste große Herausforderung. Die reparierten Stellen an den Rotorblättern wiesen zahlreiche Narben von den Silikonflicken auf. Diese Unebenheiten erschwerten es, während des Scannens glatte Oberflächen zu erfassen.

Das Team schliff zunächst die Klingenoberflächen, um die stärksten Rauigkeiten zu entfernen. Einige Unvollkommenheiten blieben bestehen, daher planten sie, diese später im STL-Mesh zu korrigieren, das während des Scanvorgangs generiert wurde.

Als Nächstes sprühten sie den Propeller mit AESUB Blaues Scan-Spray, da die Originaloberfläche schwarz war. Sie platzierten den Propeller auf einem manuellen Drehteller mit Markierungen und scannten beide Seiten mit dem RVS_3D Harpy M Scanner und der RV3D Studio Scan-Software.

RV3D Studio Software – das gescannte Propeller-3D-Modell wurde generiert, weist jedoch immer noch Unregelmäßigkeiten an den Blättern auf.

Jose Ricardo erklärt:

“Bisher war das der einfachste Teil der Arbeit, aber es hat trotzdem fast zwei Tage gedauert. Danach mussten wir die STL-Oberflächen glätten und mit dem Reverse-Engineering-Prozess beginnen. Wir hatten gerade gekauft QUICKSURFACE Pro und nur wenig Erfahrung damit hatten, war die Unterstützung von RVS_3D entscheidend für unseren Erfolg.”

Dank der hohen Qualität des Harpy M Scanners konnte das Team ein sehr genaues Scanergebnis erzielen, wobei die Blattdefekte dennoch sichtbar blieben.

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Vorbereitung des Meshes für Reverse Engineering

Zur Vorbereitung der Mesh-Datei verwendete RVF3D das Scan vorbereiten Werkzeuge drin QUICKSURFACE. Diese Werkzeuge ermöglichten es ihnen, Unebenheiten von den Klingflächen zu entfernen, das Netz zu glätten und das Modell an den XYZ-Referenzachsen auszurichten.

Optimal geformter Schwertabschnitt nach dem Scannen

Klingenabschnitt nach dem Glätten in QUICKSURFACE

Nachdem sie das Netz bereinigt hatten, wählten sie die am besten erhaltene Klinge unter den vier beschädigten aus und verwendeten sie als Referenzgeometrie für die Rekonstruktion.

Überholung des Propellers in QUICKSURFACE

Das Team begann daraufhin mit dem Reverse-Engineering-Prozess unter Verwendung von QUICKSURFACE Pro. Mit der Unterstützung von Prumo Tech, erstellten sie im Handumdrehen ein präzises CAD-Modell.

Gescanntes STL-File, vorbereitet in QS und auf den XYZ-Achsen ausgerichtet, nahezu fehlerfrei

Sie folgten einem strukturierten Arbeitsablauf:

• Zuerst benutzten sie Oberflächenanpassung Werkzeuge zur Rekonstruktion der Vorder- und Rückseite der Klinge direkt über dem Netz.

Vordere Schaufeloberfläche, definiert mit dem Werkzeug “Surface Fitting” in QUICKSURFACE Pro

“Surface Fitting”-Funktion in QUICKSURFACE Pro auf der Vorderseite der Klinge

“Surface Fitting”-Funktion in QUICKSURFACE Pro auf der Rückseite der Klinge

Vorder- und Rückseite Oberflächen über dem Mesh erstellt

• Als Nächstes erstellten sie Skizzen für die zentrale Nabe und extrudierten den zentralen Körper.

Skizze des zentralen Körpers erstellen

Extrudieren des Mittelkörpers

• Sie erstellten dann eine Skizze des Schalenprofils und extrudierten die Schale durch die rekonstruierten Vorder- und Rückseiten.

Eine Skizze der Klinge erstellen

Klingenprofil vorne und hinten extrudiert

• Nachdem überschüssige Flächen entfernt und die Körper kombiniert wurden, erzeugten sie ein sauberes Volumenmodell.

Nach dem Entfernen überschüssiger Flächen und dem Zusammenführen der Körper wurde ein sauberes Festkörpermodell erstellt.

• Ein Vergleich zwischen dem rekonstruierten Modell und dem gescannten STL zeigte eine Abweichung innerhalb 0,10 mm, was die Richtigkeit der Rekonstruktion bestätigt.

Endgültiger fester Körper, der den Mittelteil und die Klinge kombiniert

Vergleich des Endmodells mit der gescannten STL-Datei, der Abweichungen innerhalb von ±0,10 mm (grün) zeigt

• Mit der fertigen Klinge schufen sie eine Kreismuster alle vier Klingen zu erzeugen.

Kreismuster angewendet, um vier Flügel zu erzeugen

• Schließlich fügten sie innere Rippen und zusätzliche Schnitte hinzu, um dem ursprünglichen Design zu entsprechen.

Rippen, die auf der Rückseite des Propellers in den zentralen Körper geschnitten sind

Zusätzliche Schnitte auf der Rückseite

• Nach nur wenigen Arbeitsstunden finalisierte das Team das Propellermodell in QUICKSURFACE.

Das endgültige CAD-Modell des Propellers, erstellt in QUICKSURFACE nach einigen Stunden Arbeit – Rückseite

Das endgültige CAD-Modell des Propellers, erstellt in QUICKSURFACE nach einigen Stunden Arbeit – Vorderansicht

Verbesserung des Designs und Vorbereitung für den 3D-Druck

Vor dem Druck verbesserte das Team das Design. Sie verstärkten die Verbindung zwischen den Schaufeln und der Mittelnabe durch Hinzufügen von Rundungen, verdickten die inneren Rippenwände und glätteten die Vorder- und Hinterkanten der Schaufeln.

STL-Bild der endgültig verbesserten Version des Propellers

Aufgrund von Zeitmangel konnten die Prinzipien des Design for Additive Manufacturing nicht vollständig angewendet werden. Dies führte dazu, dass der Druck erhebliche Stützstrukturen erforderte.

Sie exportierten das endgültige Modell als STEP- und STL-Dateien.

3D-Druck der Propeller

RVF3D druckte den Propeller mit ihrem verbesserten Creality K1 Max 3D pDrucker und ABS Premium MG94 schwarz Filament.

Sie bereiteten das Modell in Orca Slicer, mit Hochgeschwindigkeitskonfigurationen, die von ihrem Team entwickelt wurden.

Propeller-Dateisatz in Orca Slicer

Aufgrund der Klingengeometrie erforderte der Druckvorgang eine große Menge an Stützmaterial. Der Druck dauerte länger als 24 Stunden zu vervollständigen.

Propeller wird 3D-gedruckt – der Prozess dauerte über 24 Stunden

Endgültiger Propeller nach 3D-Druck und Entfernen der Stützen

Trotz der schweren Stützen war das Endergebnis beeindruckend. Nach dem Entfernen der Stützen zeigte der Propeller nur geringe Spuren.

Das Team lieferte das Teil an den Kunden innerhalb vier Tage des Erhaltens des beschädigten Propellers.

Der Kunde plante, die Komponente entweder zu schleifen und zu lackieren oder sie direkt nach dem Druck zu verbauen. Außerdem musste eine Metallbuchse für das zentrale Loch gefertigt werden.

Test und endgültige Genehmigung

Der Kunde hat den neuen Propeller auf einer Drehmaschine getestet bei 1800 U/min zur Überprüfung der mechanischen Leistung und des Gleichgewichts.

Propeller wird auf einer Drehbank bei 1800 U/min getestet und auf Wuchten geprüft

Der Propeller funktionierte einwandfrei.

Nach erfolgreicher Prüfung hat der Kunde das Teil für den Einbau in die Kühleinheit freigegeben.

Schlussfolgerung

Ricardo schließt:

“Es war erstaunlich, dass wir die Anforderungen des Kunden an Qualität, Genauigkeit und Lieferzeit mit der Verwendung von unterstützen konnten QUICKSURFACE Pro ”um dieses komplexe Bauteil nachzubauen. Dank eines hochwertigen Scanners konnten wir ein präzises 3D-Modell erstellen, auf dessen Grundlage wir arbeiten konnten. Mit QUICKSURFACE Pro und der Unterstützung von Prumotech haben wir die Qualität unseres Produktdesigns deutlich verbessert und unseren Entwicklungszyklus beschleunigt. Nun sind wir bereit, größere und komplexere Projekte für viele verschiedene Branchen in Angriff zu nehmen.“

Projekte wie dieses zeigen, wie moderne Scan-to-CAD-Workflows Ingenieuren helfen können, kritische Teile schnell und präzise wiederherzustellen. Mit QUICKSURFACE, Dadurch können Teams 3D-Scan-Daten in präzise, fertigungsfähige CAD-Modelle umwandeln und beschädigte oder veraltete Komponenten wieder zum Leben erwecken.

Möchten Sie es selbst ausprobieren?
Herunterladen QUICKSURFACE-Studie und erfahren Sie, wie schnell Reverse Engineering sein kann.

Besonderer Dank geht an RVF3D Engineering (Rio de Janeiro, Brasilien) und Prumo Tech
für die Weitergabe dieses Reverse-Engineering-Projekts und Workflows.