3D-Scanner für CAD: Die besten 3D-Scanner und Scan-zu-CAD-Softwareprogramme

Der Begriff „Computergestütztes Design“ (CAD, Computer Aided Design) bezeichnet den Einsatz von Computern zur Unterstützung beim Erstellen, Ändern oder Optimieren eines Designs. Eine CAD-Software ermöglicht es Designern und Ingenieuren, Formen zu modellieren und Merkmale hinzuzufügen – mit dem letztendlichen Ziel, Teile zu fertigen. Der CAD-Prozess ist jedoch ein geschlossenes digitales Verfahren. Das bedeutet, dass alle Funktionen digital im Computer erfolgen. Aber wie finden wir einen Zugang zu diesem Prozess, in dem Wissen, dass wir natürlich kein Objekt in einem Computer einfügen können?

Neue Teile können vollständig und direkt in einer CAD-Software entworfen werden oder von Hand aus Ton oder anderen Materialien geformt werden. Veraltete Teile und beschädigte Komponenten dürfen nicht vergessen werden, da sie oft aktualisiert, ersetzt oder in eine neue Baugruppe oder Umgebung eingebaut werden müssen. Daher ist eine Brücke zwischen der physikalischen und der digitalen Welt erforderlich, um ein vorhandenes Objekt in ein CAD-Modell umzuwandeln. Der Prozess der Umwandlung eines physischen Objekts in ein virtuelles 3D-Modell wird als Reverse Engineering bezeichnet, und diese Kluft zwischen den Welten kann mittels 3D-Scanning überbrückt werden.

Beim Entwerfen neuer Produkte oder Anpassen vorhandener Teile verwenden Ingenieure und Designer gern 3D-Scanner als Ausgangspunkt für die Digitalisierung von Tonmodellen oder die Vermessung physischer Objekte, um ihre 3D-Modelle zu rekonstruieren und in ihre Entwürfe zu integrieren.

Die Rolle der 3D-Scanner endet jedoch nicht in der Entwurfsphase. Sie können während des gesamten Produktentwicklungsprozesses eingesetzt werden. Nach der Fertigung wird das 3D-Scanning bei der Qualitätskontrolle eingesetzt, um zu prüfen, ob das Teil genau ist und dem CAD-Modell entspricht. Während des Gebrauchs der Teile kann mithilfe von 3D-Scans festgestellt werden, ob es Verformungen gibt, die Ingenieuren und Designern zeigen, wo in der nächsten Version Verstärkungen, Verbesserungen oder Änderungen vorgenommen werden sollten.

In diesem Beitrag „3D Scanner für CAD“ möchten wir Sie durch den Reverse Engineering-Prozess führen und den Weg von einem 3D-Scan zu einem CAD-Modell nachvollziehbar darstellen. Wir möchten auch auf die Qualität der mit 3D-Scannern erstellten 3D-Modelle eingehen. Außerdem möchten wir Ihnen helfen, den besten 3D-Scanner und die beste Scan-zu-CAD-Software für Ihre Bedürfnisse und Ihr Budget auszuwählen.

Der Weg zum CAD

Nehmen wir einmal an, Sie müssen ein beschädigtes Bauteil ersetzen oder ein veraltetes Teil aktualisieren, für das das Original-CAD-Modell nicht mehr vorhanden oder zugänglich ist. Sie müssen also ein neues CAD-Modell für die Fertigung erstellen. Sie können Ihr CAD-Design ganz von vorn beginnen, was wahrscheinlich ein langer, aufwändiger iterativer Prozess ist, oder Sie können die Daten, die Sie bereits von dem vorhandenen Objekt haben, als Grundlage für Ihr Design verwenden, wodurch Ihre Arbeit genauer und effektiver wird. Dieser Weg beinhaltet 3D-Scanning.

Im Folgenden sind die typischen Schritte zum Erstellen eines virtuellen 3D-Modells aus einem vorhandenen physischen Objekt aufgeführt:

1. Erstellen Sie das 3D-Scannetz (STL) durch einen 3D-Scan des Teils.
2. Extrahieren Sie dimensionale Informationen, wie Geometrien, Abmessungen und Querschnitte.
3. Importieren Sie die Modelle in eine CAD-Software und fahren Sie mit der CAD-Modellierung fort.
4. Vergleichen Sie das resultierende CAD-Modell (STEP oder IGES) mit dem ursprünglichen 3D-Scannetz.
5. Analysieren Sie das Feedback und nutzen Sie die Vergleichsfunktion, um die CAD-Modellierung mittels Reverse Engineering zu optimieren.
6. Exportieren Sie das fertige CAD-Modell des Teils für die Fertigung.

Kann ein 3D-Scanner direkt ein CAD-Modell ausgeben?

Kurz gesagt, der 3D-Scanner erzeugt ein Netz oder eine Punktwolke, das bzw. die alle erforderlichen Dimensionsinformationen über die Oberflächengeometrie des Teils enthält. Dieses Netz kann dann als Vorlage für die Skizze des neuen CAD-Modells dienen. CAD-Modelle werden in der Regel mit NURBS (Non-Uniform Rational Basis Spline, nicht-uniforme rationale B-Splines) erstellt. Diese besthen aus durch Kurven verbundene Punkte. 3D-Scans hingegen, werden in der Regel als Netze exportiert, die aus Millionen kleiner Dreiecke bestehen.

Ein 3D-Scanner gibt also nicht direkt ein CAD-Modell aus. Zur Überbrückung der Lücke und zur Umwandlung von nicht bearbeitbaren Dreiecken in bearbeitbare NURBS-Oberflächen ist ein Zwischenschritt bei der Scan-zu-CAD-Modellierung erforderlich. Bei diesem Schritt wird ein massives CAD-Modell mit bearbeitbaren Merkmalen erstellt.

Wie gut sind die generierten 3D-Modelle, und ist eine Nachbearbeitung erforderlich?

Je nach Ihren Anforderungen gibt es verschiedene Methoden, um ein CAD-Modell aus einem vorhandenen Objekt zu erstellen. Möglicherweise möchten Sie (1) ein CAD-Modell mit genauen Abmessungen und präzisen Winkeln reproduzieren, um neue Teile zu entwickeln und herzustellen, oder (2) eine exakte Kopie eines Teils (in der Regel aus organischen Formen) in seinem aktuellen Zustand reproduzieren. Bei der ersten Methode wird eine Designvorgabe erstellt und ein parametrisches Modell ausgegeben. Bei der zweiten Methode wird der Ist-Zustand reproduziert und ein Oberflächenmodell erstellt. Es gibt auch Hybridmodelle, die beide Methoden für verschiedene Bereiche des Objekts kombinieren.

Um ein parametrisches Modell aus einem 3D-Scannetz zu erhalten, müssen Sie zunächst verstehen, wie das Objekt konzipiert wurde. Dazu müssen Sie Informationen aus den Scandaten extrahieren, indem Sie Körper, wie z. B. Ebenen, Zylinder oder Querschnitte, auf dem Netz erstellen. Diese Vorgänge finden direkt in der Scan-zu-CAD-Brückensoftware, wie z. B. VXModel, statt. Das parametrische Modell und seine Körper können dann in Ihre bevorzugte CAD-Software übertragen werden.

Um ein Freiform-Oberflächenmodell auf der Grundlage eines optimierten 3D-Scannetzes zu erhalten, müssen Sie die genaue Form eines gescannten Objekts nachbilden. Dazu müssen Sie das Netz verbessern und optimieren, indem Sie Löcher füllen, Oberflächen glätten und Grenzen beschneiden. Anschließend können Sie auf dem optimierten Netz genaue Freiform-Oberflächen (NURBS) mit Kontrollpunkten erstellen. Auch hier finden alle diese Vorgänge direkt in der Scan-zu-CAD-Brückensoftware statt, bevor das Freiform-Oberflächenmodell in die CAD-Software importiert wird.

Der 3D-Scanner kann keine NURBS-Oberflächen (STEP oder IGES) direkt erzeugen, wohl aber die Scan-zu-CAD-Brückensoftware. Dennoch müssen die 3D-Modelle anschließend in eine CAD-Software importiert werden, um ein parametrisches Modell für die Designvorgaben zu erhalten.

Auswählen von 3D-Scannern und Scan-zu-CAD-Softwareprogrammen

Bevor Sie einen 3D-Scanner und eine Scan-zu-CAD-Software auswählen, müssen Sie Ihre Anforderungen ermitteln.

• Wie groß ist das Teil, das Sie scannen möchten?
• Ist seine Geometrie einfach oder komplex?
• Können Sie das Teil leicht zum Scanort transportieren?
• Welche Genauigkeit und Detailstufe benötigen Sie?
• Wie hoch ist Ihr Budget?

Brauchen Sie einen fest installierten oder einen tragbaren 3D-Scanner?

Fest installierte Scansysteme sind eine Option für begrenzte Budgets, aber – wie der Name schon sagt – muss das Teil zum System transportiert werden, und sie eignen sich hauptsächlich für Teile mit begrenzter Größe. Tragbare Scanner, zu denen sowohl Gelenkarme als auch handgeführte Scanner gehören, sind in der Regel genauer und besser für große Teile geeignet und gehen – wie der Name schon sagt – zum Teil und nicht umgekehrt.

3D-Scanner für CAD und Reverse Engineering

Creaform bietet eine Vielzahl von handgeführten 3D-Scannern an, wobei drei Serien für die Produktentwicklung und Reverse Engineering-Anwendungen hervorstechen. Je nach Ihrem Budget und Ihren spezifischen Anforderungen an Geschwindigkeit und Genauigkeit kann ein Creaform 3D-Scanner sicherlich Ihre Anforderungen erfüllen.

Die HandySCAN 3D|SILVER-Serie bietet das beste Preis-Leistungs-Verhältnis für Technologie-Innovatoren, die bessere Produkte entwickeln möchten, die noch besser auf die Bedürfnisse der Kunden abgestimmt sind. Diese bewährte und zuverlässige Technologie ist auch mit kleinerem Budget erhältlich und kann den Entwicklungsprozess verkürzen.

Der Go!SCAN SPARK bietet die schnellste und benutzerfreundlichste 3D-Erfahrung für Produktentwicklung, Design und Reverse Engineering. Er ermöglicht die Entwicklung neuer Produkte mit komplexeren Formen und Designs und bietet einen Wettbewerbsvorteil, indem er die Markteinführungszeit verkürzt.

Die HandySCAN 3D|BLACK-Serie bietet die zuverlässigsten und genauesten tragbaren 3D-Scanner auf dem Markt, die nach ISO 17025 zertifiziert sind. Sie erzeugen genaue 3D-Messungen und hochauflösende Ergebnisse in bester Scanqualität.

Der Weg vom 3D-Scan zum fertigen CAD-Modell

Wie bereits beschrieben, gleichen das 3D-Scanning und die CAD-Modellierung zwei verschiedenen U-Bahn-Linien, die nur über eine 3D-Scan-zu-CAD-Software effizient miteinander verbunden werden können.

Eine Methode besteht darin, sich für eine umfassende Reverse Engineering

(RE) – Software zu entscheiden, wie z. B. Geomagic Design X, die leistungsstarke Funktionen für die Ausrichtung, Informationsextraktion und Merkmalsmodellierung bietet. Die umfassende RE-Software ersetzt im Grunde die CAD-Software bei Reverse Engineering-Aktivitäten. In der Tat handelt es sich um eine „High-End-Lösung“ für Designer, die täglich bzw. wöchentlich RE-Aktivitäten durchführen. Folglich müssen Designer, die sich mit ihrer bevorzugten CAD-Software bestens auskennen, lernen, eine neue Software mit anderen Funktionen zu verwenden. Außerdem ist sie teurer als die anderen Optionen.

Eine andere Methode besteht darin, das Design direkt in der CAD-Software von Grund auf neu zu entwerfen, ohne auf Reverse Engineering zurückzugreifen. CAD-Softwareprogramme sind bekanntlich die bevorzugten Werkzeuge von Designern für die Modellierung von Merkmalen, aber die Entwicklung einer Skizze aus dem Nichts kann ein langwieriger und aufwändiger Prozess sein. Darüber hinaus verfügen CAD-Softwareprogramme nur über begrenzte Funktionen für die Netzbearbeitung, die Ausrichtung und die Extraktion von Informationen aus dem Netz.

Ein attraktiverer Ansatz ist die Wahl einer Scan-zu-CAD-Brückensoftware, wie z. B. VXmodel von Creaform, die alle Funktionen zum Ausrichten, Bereinigen und Optimieren des Netzes sowie zum Extrahieren von Abmessungseigenschaften enthält, bevor die Körper und der Querschnitt in eine CAD-Software, wie z. B. SOLIDWORKS, Autodesk Inventor und Solid Edge, übertragen werden, wo Designer bequem mit der Modellierung der Merkmale fortfahren können. Diese Option ist attraktiver, weil sie kostengünstiger ist als eine umfassende RE-Software. Außerdem ist sie benutzerfreundlicher und schneller zu verstehen.

Vorteile von 3D-Scanning für CAD-Designer

Die Vorteile des Reverse Engineering von Scan zu CAD für die Erstellung von CAD-Modellen sind beträchtlich. Designer und Ingenieure können ihre 3D-Modelle aus vorhandenen Teilen in kürzerer Zeit erstellen, die Anzahl der Iterationen bis zum fertigungsreifen Teil reduzieren und beim ersten Mal eine perfekte Passform von Nachrüstteilen erzielen. Auch die Produktentwicklung und die Zeit bis zur Markteinführung können so verkürzt werden. Noch wichtiger ist jedoch, dass sie eine genaue Grundlage bietet, auf der Designer und Ingenieure ihre Modelle aufbauen und verbessern können, anstatt immer bei null anfangen zu müssen, was ihnen mehr Möglichkeiten gibt, komplexe Geometrien, moderne Formen und organische Oberflächen zu entwerfen.

Die Scan-zu-CAD-Brückensoftware ist auch für CAD-Experten hervorragend geeignet, da sie den kürzesten Weg zurück zu Ihrem Workflow und Ihrer bevorzugten CAD-Modellierungssoftware darstellt. Warum eine völlig neue RE-Software erlernen, wenn Sie SOLIDWORKS, Autodesk Inventor und Solid Edge bereits beherrschen?

Kurz gesagt, Produkte, die durch Reverse Engineering von Scan zu CAD entwickelt werden, sind nicht nur von besserer Qualität, sondern auch mit weniger Iterationen und in kürzerer Zeit marktreif. Dies gilt insbesondere für komplexe Teile mit komplizierten Geometrien. Professionelle 3D-Scanner von Creaform, wie der Go!SCAN SPARK, machen Reverse Engineering effizienter, schneller und einfacher. Scan-zu-CAD-Brückensoftware wie VXModel führt Sie schneller als jede andere Lösung zurück zu Ihrer bevorzugten CAD-Software, sodass Sie sich wieder der Freude am Entwerfen und Entwickeln von Innovationen widmen können.