De Hélice Dañada a CAD de Producción con QUICKSURFACE
QUICKSURFACE ayudó a una oficina de ingeniería brasileña a acelerar la ingeniería inversa de una hélice de unidad de refrigeración transformando datos de escaneo 3D en geometría CAD precisa. Utilizando un flujo de trabajo estructurado de escaneo a CAD, el equipo reconstruyó el componente dañado y produjo un modelo CAD listo para producción, adecuado para la fabricación e impresión 3D.
Río de Janeiro – Brasil
RVF3D se estableció en 2020, justo en medio de la pandemia, como una oficina de servicios de ingeniería remota. La empresa comenzó con dos impresoras FDM cerradas enfocadas en modelado 3D con software CAD e impresión de piezas de automóvil de plástico personalizadas.
Dos ingenieros fundaron la empresa: Ricardo Freitas, quien acababa de retirarse tras más de 35 años trabajando en la industria aeronáutica, y su hijo Jose Ricardo Freitas, quien recién se había graduado como ingeniero mecánico y ya contaba con experiencia en diseño CAD con varios sistemas de software.
La oficina expandió rápidamente sus actividades. Comenzó a brindar soporte de impresión 3D para proyectos académicos y a producir piezas mecánicas para industrias de mecanizado y talleres automotrices locales.
En los años siguientes, RVF3D amplió sus capacidades para incluir el diseño y modelado 3D a través de escaneo e ingeniería inversa 3D. La empresa comenzó a dar soporte a industrias más grandes como la de moldeo por inyección de plástico, petróleo y gas, y metalmecánica en la región de Petrópolis y el área metropolitana de Río de Janeiro.
Ricardo explica:
“Una vez que expandimos nuestras actividades a clientes más grandes, nos enfrentamos a un nuevo desafío. Claramente necesitábamos software que pudiera entregar rápidamente proyectos de ingeniería inversa de alta calidad con facilidad. Inicialmente, pasamos a Solid Edge, que ofrece funciones de ingeniería inversa muy básicas como el relleno de superficies. Pero tan pronto como descubrimos QUICKSURFACE Pro, inmediatamente cambiamos a él. Por ello, agradecemos el apoyo recibido de Prumo Tech, un representante de KVS en Brasil.”
El desafío: hacer ingeniería inversa e imprimir en 3D una hélice de unidad de refrigeración en una semana
Un cliente que opera un gran taller de mecanizado se acercó a RVF3D con un problema urgente. El taller utilizaba una hélice de 4 aspas dentro de una unidad de refrigeración. Después de varios intentos de reparar la hélice parcheando las zonas dañadas con caucho de silicona negro, el componente dejó de funcionar correctamente. La hélice se desequilibró, se volvió frágil y se rompió con frecuencia durante el funcionamiento.
Hélice rota
Hélice reparado con caucho de silicona
La unidad de enfriamiento no podía operar sin esta hélice, que jugaba un papel fundamental en el enfriamiento del intercambiador de aceite. Debido a que la máquina era vieja, las hélices de repuesto ya no estaban disponibles en el mercado. La situación amenazaba la operación de toda la máquina CNC.
Dado que RVF3D había visitado previamente al cliente, la tienda se puso en contacto con ellos inmediatamente. RVF3D recogió la hélice dañada y la llevó a su oficina para escanearla.
Sin embargo, se encontraron con el primer gran desafío. Las áreas reparadas en las aspas contenían múltiples cicatrices de los parches de silicona. Estas irregularidades dificultaban la captura de superficies lisas durante el escaneo.
El equipo lijó primero las superficies de la pala para eliminar la rugosidad más severa. Quedaron algunas imperfecciones, por lo que planearon corregirlas más tarde en la malla STL generada durante el proceso de escaneo.
Luego, rociaron la hélice con AESUB Espray de escaneo azul porque la superficie original era negra. Colocaron la hélice en un plato giratorio manual con marcadores y escanearon ambos lados utilizando el escáner RVS_3D Harpy M y el software de escaneo RV3D Studio.
Software RV3D Studio – se generó el modelo 3D de la hélice escaneada pero aún con irregularidades en las palas.
José Ricardo explica:
“Hasta ahora, esta había sido la parte más fácil del trabajo, pero aun así nos llevó casi dos días. Después de eso, necesitábamos alisar las superficies STL y comenzar el proceso de ingeniería inversa. Acabábamos de comprar QUICKSURFACE Pro y tenía muy poca experiencia con él, por lo que el apoyo de RVS_3D fue esencial para nuestro éxito”.”
Gracias a la alta calidad del escáner Harpy M, el equipo obtuvo un escaneo muy preciso, aunque los defectos de la cuchilla aún eran visibles.
Preparando la malla para ingeniería inversa
Para preparar el archivo de malla, RVF3D utilizó Preparar Escaneo Herramientas adentro QUICKSURFACE. Estas herramientas les permitieron eliminar imperfecciones de las superficies de las palas, alisar la malla y alinear el modelo con los ejes de referencia XYZ.
Mejor forma del perfil de la hoja tras el escaneo
Sección de la cuchilla después de ser alisada en QUICKSURFACE
Después de limpiar la malla, seleccionaron la hoja mejor conservada entre las cuatro dañadas y la utilizaron como la geometría de referencia para la reconstrucción.
Reconstrucción de la hélice en QUICKSURFACE
El equipo comenzó entonces el proceso de ingeniería inversa utilizando QUICKSURFACE Pro. Con el apoyo de Prumo Tech, Rápidamente crearon un modelo CAD preciso.
Archivo STL escaneado preparado en QS y orientado en los ejes XYZ, casi libre de imperfecciones.
Siguieron una estructurada flujo de trabajo:
- Primero, usaron Ajuste de Superficies herramientas para reconstruir las superficies delantera y trasera de la hoja directamente sobre la malla.
Superficie frontal de la cuchilla definida usando la herramienta “Ajuste de superficie” en QUICKSURFACE Pro
“Funcionalidad ”Ajuste de Superficie" en QUICKSURFACE Pro en el lado frontal de la cuchilla
“Funcionalidad de ”Ajuste de Superficie" en QUICKSURFACE Pro en la parte trasera de la pala
Superficies frontal y posterior creadas sobre la malla
- A continuación, crearon bocetos del cubo central y extruyeron el cuerpo central.
Creando un boceto del cuerpo central
Extrusión del cuerpo central
- Luego crearon un boceto del perfil de la pala y extruyeron la pala a través de las superficies delantera y trasera reconstruidas.
Creando un boceto de la hoja
Perfil de la cuchilla extruido por delante y por detrás
- Después de recortar las superficies excesivas y combinar los cuerpos, produjeron un modelo sólido limpio.
Después de recortar las superficies excesivas y combinar los cuerpos, se creó un modelo sólido limpio
- Una comparación entre el modelo reconstruido y el STL escaneado mostró una desviación dentro de 0,10 mm, confirmando la precisión de la reconstrucción.
Cuerpo sólido final que combina el cuerpo central y la hoja
Comparación del modelo final con el archivo STL escaneado, mostrando desviaciones dentro de ±0.10 mm (verde)
- Usando la hoja terminada, crearon una patrón circular generar las cuatro aspas.
Patrón circular aplicado para generar cuatro aspas
- Finalmente, añadieron nervios internos y cortes adicionales para que coincidieran con el diseño original.
Costillas cortadas en el cuerpo central del lado posterior de la hélice
Cortes adicionales realizados en la parte trasera
- Después de solo unas pocas horas de trabajo, el equipo finalizó el modelo de la hélice en QUICKSURFACE.
Modelo CAD de hélice final creado en QUICKSURFACE después de unas horas de trabajo — cara posterior
Modelo CAD de hélice finalizado en QUICKSURFACE después de unas horas de trabajo — cara frontal
Mejorando el diseño y preparándolo para la impresión 3D
Antes de imprimir, el equipo mejoró el diseño. Reforzaron la unión entre las aspas y el buje central añadiendo redondeos, engrosaron las paredes de las costillas internas y suavizaron los bordes de ataque y de salida de las aspas.
Imagen STL de la versión final mejorada de la hélice
Debido a limitaciones de tiempo, no pudieron aplicar completamente los principios de Diseño para la Fabricación Aditiva. Como resultado, la impresión requirió estructuras de soporte significativas.
Exportaron el modelo final como Archivos STEP y STL.
Impresión 3D de la hélice
RVF3D imprimió la hélice utilizando su mejorada Creality K1 Max 3D pimpresora y Filamento ABS Premium MG94 negro.
Prepararon el modelo en Orca Slicer, utilizando configuraciones de alta velocidad desarrolladas por su equipo.
Configuración de archivo de hélice en Orca Slicer
Debido a la geometría de la cuchilla, el proceso de impresión requirió una gran cantidad de material de soporte. La impresión tardó más de 24 horas completar.
Hélices siendo impresas en 3D, el proceso tomó más de 24 horas
Hélice final después de la impresión 3D y la eliminación de soportes
A pesar de los soportes pesados, el resultado final fue impresionante. Después de quitar los soportes, la hélice solo mostró marcas menores.
El equipo entregó la pieza al cliente dentro de cuatro días de recibir la hélice dañada.
El cliente planeó lijar y pintar el componente o instalarlo directamente después de la impresión. También necesitaban fabricar un casquillo metálico para el orificio central.
Pruebas y aprobación final
El cliente probó la nueva hélice en un torno en 1800 RPM para verificar el rendimiento mecánico y el equilibrio.
Hélice en prueba y balanceada en un torno a 1800 RPM
La hélice funcionó a la perfección.
Tras pruebas exitosas, el cliente aprobó la pieza para su instalación en la unidad de refrigeración.
Conclusión
Ricardo concluye:
“Fue increíble que pudiéramos satisfacer los requisitos del cliente en cuanto a calidad, precisión y plazos de entrega utilizando QUICKSURFACE Pro para hacer la ingeniería inversa de esta compleja pieza. Un escáner de alta calidad nos permitió capturar un modelo 3D preciso para trabajar. Con QUICKSURFACE Pro y el apoyo de Prumotech, mejoramos significativamente la calidad de nuestro diseño de producto y aceleramos nuestro ciclo de desarrollo. Ahora estamos listos para abordar proyectos más grandes y complejos para muchas industrias diferentes”.”
Proyectos como este demuestran cómo los flujos de trabajo modernos de escaneo a CAD pueden ayudar a los ingenieros a recuperar piezas críticas de forma rápida y precisa. Con QUICKSURFACE, los equipos pueden transformar datos de escaneo 3D en modelos CAD precisos y fabricables y dar vida a componentes dañados u obsoletos.
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Agradecimientos especiales a Ingeniería RVF3D (Río de Janeiro, Brasil) y Prumo Tech
por compartir este proyecto y flujo de trabajo de ingeniería inversa.
