3D-Scan und CAD-Vergleiche großer Gussteile

Das Kerngeschäft der Duisburger Modellfabrik GmbH ist die Herstellung großer Gießereimodelle aus Holz, Kunststoff-Blockmaterialien und Schaumstoff zur Herstellung von Dampf- und Gasturbinen, Maschinenbetten, Dieselmotoren und Komponenten für Windkraftanlagen im Stahl-, Grau- oder Sphäroguss.

Immer häufiger verlangen Kunden einen Abgleich der gefertigten Modelleinrichtung mit den Original-CAD-Daten. Eine Modelleinrichtung besteht aus dem Modell und Kernkästen. Diese dienen in der Gießerei später als Werkzeug zur Erstellung einer Form (Einzelteile siehe Bild). Die Dienstleistung der digitalen Vermessung wurde von der Duisburger Modellfabrik in den ersten Jahren extern zugekauft. Schon bald entschied man sich ein eigenes Messsystem anzuschaffen, um Kosten zu senken und Reibungsverluste zwischen Modellbauer und Vermesser zu vermeiden. Da das Unternehmen Bauteile von mehreren Metern Länge, Breite und Höhe in allen Dimensionen fertigt, war es dabei wichtig ein Messsystem zu finden mit dem man schnell und einfach eine große Oberfläche scannen konnte. Natürlich sollte dies nicht auf Kosten der Genauigkeit gehen. Da das Unternehmen über keinen eigenen Messraum verfügt, sollte das Messystem des Weiteren portabel sein und widrigen Umgebungseinflüssen (Staub, Dreck, Vibration) standhalten können – sprich überall eingesetzt werden können.

Implementierung des 3D-Scanners in den Workflow

Die Wahl fiel auf den MetraSCAN 3D Scanner der Firma Creaform, einen optischen CMM Scanner, der speziell für hochpräzise und wiederholbare Messungen in Messtechnikqualität sowie für geometrische 3D-Oberflächenprüfungen in der Fertigung entwickelt wurde. Entscheidend waren dabei die Flexibilität des Scanners, die Möglichkeit Hinterschnitte zu digitalisieren sowie die Möglichkeit des virtuellen Zusammenbaus.

Nicht jede der Modelleinrichtungen muss optisch vermessen werden. Doch wo es notwendig ist, werden diese nach Fertigstellung der einzelnen Komponenten gescannt. Als die Duisburger Modellfabrik noch auf Dienstleister angewiesen war, war dies nicht möglich. Damit sich die Anreise und Beauftragung eines Messdienstleisters lohnte, musste zunächst eine größere Menge an Bauteilen fertiggestellt werden, um in etwa einen Scanaufwand von 3 Tagen zu rechtfertigen. Heutzutage werden fertige Komponenten direkt mit dem 3D-Scanner vermessen und versendet.

Herbert Schild, Geschäftsführer der Duisburger Modellfabrik GmbH merkt an: „Die Implementierung des MetraSCAN 3D in unseren Arbeitsfluss sowie die Einarbeitung unserer Mitarbeiter ist uns sehr leichtgefallen, da unser Personal bereits Erfahrungen im CAD/CAM-Bereich hatte und so bereits eine Affinität zur Computerarbeit vorhanden war. Durch das Scannen der Rohteile kann eine optimale Fräsbahn programmiert werden, und es können so viele Leerfahrten des Fräsers vermieden werden.

Produktionshalle für Modelleinrichtungen. 3D-Messungen werden dort direkt am Bauteil vorgenommen.

Vermessung von Roh- und Fertigteil

Im vorliegenden Fall musste ein Rohteil und in einem späteren Schritt das Fertigteil für die Modelleinrichtung eines Motors gescannt werden (siehe Bild oben). Prinzipiell folgt dabei jedes Projekt der Duisburger Modellfabrik GmbH im Allgemeinen dem folgenden Muster:

• Erhalt der Fertigteildaten des Kunden
• Erstellen der Rohteildaten: Auflegen von Bearbeitungszugaben und Anbringen von Formschrägen. Diese sind nötig, damit man das Modell aus der Form oder den Kern aus dem Kernkasten bekommt.
• Erstellung der Modelleinrichtung im CAD
• Fräsen und Bauen der Modelleinrichtung
• Scannen der fertigen Einzelkomponenten mit dem MetraSCAN 3D
• Abgleich der Daten gegen die konstruierten Daten
• Abgleich der Daten gegen die Fertigteildaten des Kunden
• Scannen des fertigen Gussteils
• Abgleich des Gussteils gegen Fertigteildaten des Kunden

Scandaten in VXelements und CAD der Modelleinrichtung

Farbabgleich gegen Fertigteildaten des Kunden mit PolyWorks Inspector

Welche Prozesse unterstützt der MetraSCAN 3D Scanner aktuell in der Duisburger Modellfabrik?

Qualitätskontrolle:

Bei der Erstellung der Rohlinge wird der MetraSCAN 3D zur genauen Digitalisierung und anschließenden geometrischen Inspektion mittels Farbvergleich in der Software PolyWorks von Innovmetric eingesetzt. Dank der Portabilität des Messsystems kann es zum Bauteil gebracht und dort größenunabhängig schnell und genau gescannt werden. Auch schwer zu erreichende Bereiche wie beispielsweise Taschen oder glänzende Oberflächen können problemlos erfasst werden. Der Einsatz eines Kreidesprays ist nicht nötig.

Virtueller Zusammenbau:

Zusätzlich können auch Bauteile im IST-verbauten Zustand vermessen werden, nachdem sie auseinandergebaut sind. Dies funktioniert über die intelligente Nutzung des Target-Modells. Dadurch ist ein Vergleich zu den eigentlichen Daten deutlich einfacher.

Engineering:

Einige Prototypen müssen im CAD angepasst werden. Die Scandaten ermöglichen eine leichte Anpassung und Konstruktion im CAD auch bei komplexen Freiformflächen. Die .stl-Daten ermöglichen dies, auch bei komplexeren Freiformflächen im Hinblick auf ein Reverse Engineering.

CNC Programmierung:

Natürlich wird auch das Endprodukt digitalisiert und auf seine Maßhaltigkeit überprüft. Die 3D-Daten können aber auch einfach zur Programmierung der Fräse genutzt. So wird nicht ‚blind‘ gefräst, was die Kosten erheblich reduziert.

Zufriedene Geschäftsführung

„Das Scannen mit dem MetraSCAN 3D bietet unserem Unternehmen große Vorteile. Bauteile von großen Dimensionen, können direkt in ihrer Arbeitsumgebung sehr schnell und genau gescannt werden. Die Flexibilität, Genauigkeit und Schlagkraft des Messsystems passen ideal zu unseren sich täglich ändernden Anforderungen und Bauteilen. Somit können wir auch bei komplexen Modelleinrichtungen eine hohe Qualität und Genauigkeit garantieren. Durch die Anschaffung des Messsystem von Creaform haben wir natürlich auch neue Geschäftsfelder aufgemacht. Dabei geht es vom Reverse Engineering über die Kunst oder bis hin zum Schiffsbau. Zudem bieten wir für unsere Kunden Scandienstleistungen in der Gussvermessung. Dabei hilft uns natürlich so ein portables System wie der MetraSCAN 3D von Creaform“, resümiert Herr Schild.