3D-Scan & Reverse Engineering für technische Bauteile

SK-Konstruktion digitalisiert vorhandene Bauteile und technische Objekte mittels 3D-Scan und nutzt die erfasste Geometrie als Grundlage für Reverse Engineering, CAD-Nachkonstruktion, Änderungen und 3D-Druck.

Mit unserem Revopoint MetroY Blaulaser-3D-Scanner können insbesondere kleine bis mittelgroße Bauteile dreidimensional erfasst werden.

Je nach Aufgabenstellung entsteht aus dem Scan entweder ein digitales Oberflächenmodell oder die erfasste Geometrie wird anschließend in Autodesk Inventor als technisch bearbeitbares CAD-Modell neu aufgebaut.

Damit entsteht ein durchgängiger Workflow:
Vorhandenes Bauteil → 3D-Scan → digitale Geometrie → CAD-Nachkonstruktion → Änderung oder Optimierung → Prototyp / Ersatzteil

Was ist ein 3D-Scan?

Bei einem 3D-Scan wird die sichtbare Oberfläche eines realen Bauteils digital erfasst.
Dabei entstehen zunächst viele räumliche Messpunkte. Diese Punktdaten werden anschließend zusammengeführt und können zu einem digitalen Oberflächen- beziehungsweise Netzmodell verarbeitet werden.

Ein 3D-Scan eignet sich beispielsweise zur Erfassung von:

• Freiformflächen
• komplexen Konturen
• Gehäusen
• Kunststoffteilen
• Gussteilen
• ergonomischen Formen
• vorhandenen Ersatzteilen
• Mustern und Modellen
• Bauteilen ohne vorhandene CAD-Daten

Besonders interessant ist das Verfahren bei Geometrien, die mit Messschieber, Radiuslehre und klassischen Messmitteln nur aufwendig vollständig erfasst werden können.

3D-Scan mit Revopoint MetroY

Für unsere 3D-Scans verwenden wir einen Revopoint MetroY mit blauer Lasertechnologie.
Der Scanner ist für kleine bis mittelgroße Werkstücke ausgelegt und verfügt über unterschiedliche Laser-Scanmodi für verschiedene Geometrien und Oberflächen.
Zum Einsatz kommen unter anderem:

• 30 blaue Kreuzlaserlinien für schnelle Flächenerfassung
• 15 parallele blaue Laserlinien für detailliertere Geometrien
• eine einzelne blaue Laserlinie für schwer zugängliche Bereiche, Vertiefungen und komplexe Konturen

Dadurch kann der Scanmodus an die jeweilige Bauteilgeometrie angepasst werden.

Technische Möglichkeiten des Revopoint MetroY

Nach Herstellerangaben erreicht der MetroY unter geeigneten Bedingungen:

• Einzelbildgenauigkeit bis zu 0,02 mm
• Einzelbildpräzision bis zu 0,01 mm
• volumetrische Genauigkeit von 0,02 mm + 0,04 mm × L, wobei L der Objektlänge in Metern entspricht
• fusionierten Punktabstand bis zu 0,05 mm
• Arbeitsabstand von etwa 200 bis 400 mm
• Scanvolumen von etwa 10 × 10 × 10 mm bis 1 × 1 × 1 m
• Erfassung von bis zu 1,5 Millionen Punkten pro Sekunde

Diese Werte sind Herstellerangaben unter definierten Bedingungen.
Die tatsächlich erreichbare Qualität eines konkreten Scans hängt unter anderem von Oberfläche, Geometrie, Größe, Zugänglichkeit, Scanstrategie, Markerpositionierung und Nachbearbeitung ab.

Welche Bauteile eignen sich für den 3D-Scan?

3D-Scanning ist besonders sinnvoll bei Bauteilen mit komplexer Oberflächengeometrie.
Typische Beispiele sind:

• Kunststoffgehäuse
• Abdeckungen
• Verkleidungsteile
• Griffe
• Halterungen
• Adapter
• Gussteile
• Formteile
• technische Ersatzteile
• organische beziehungsweise freie Konturen
• Musterbauteile
• ältere Bauteile ohne digitale Konstruktionsdaten

Bei rein prismatischen Bauteilen mit einfachen Bohrungen, Flächen und Radien kann dagegen eine klassische Vermessung unter Umständen schneller und konstruktiv sinnvoller sein.
Wir entscheiden deshalb abhängig vom Bauteil, ob 3D-Scan, klassische Vermessung oder eine Kombination beider Verfahren die bessere Grundlage für die CAD-Nachkonstruktion bildet.

Was bedeutet Reverse Engineering?

Beim Reverse Engineering wird ein vorhandenes reales Bauteil analysiert und daraus eine digitale beziehungsweise konstruktive Beschreibung abgeleitet.
Ein 3D-Scan kann dabei eine wichtige Ausgangsbasis sein.
Das Ziel ist jedoch nicht zwangsläufig, jeden einzelnen Messpunkt exakt in CAD nachzubilden.

Bei technischen Bauteilen ist häufig sinnvoller, die ursprüngliche konstruktive Absicht zu rekonstruieren.
Beispielsweise werden aus einer gescannten Geometrie wieder:

• Ebenen
• Zylinder
• Bohrungen
• Achsen
• Radien
• Symmetrien
• Wandstärken
• Befestigungspunkte
• definierte Abmessungen

abgeleitet. 

Das Ergebnis kann anschließend als technisch strukturiertes CAD-Modell weiterverarbeitet werden.

Vom 3D-Scan zum CAD-Modell

Ein häufiger Irrtum besteht darin, dass ein 3D-Scanner unmittelbar ein vollständig parametrisches CAD-Modell erzeugt.

In der Praxis entstehen zunächst Punkt- oder Netzdaten.
Für eine konstruktive Weiterverwendung kann deshalb ein zusätzlicher CAD-Aufbau erforderlich sein.

Ein typischer Ablauf sieht beispielsweise so aus:

Bauteil vorbereiten
↓
3D-Scan durchführen
↓
Einzelscans ausrichten und zusammenführen
↓
Punktwolke beziehungsweise Netz aufbereiten
↓
relevante Geometrien analysieren
↓
CAD-Modell in Autodesk Inventor neu aufbauen
↓
Abmessungen und Schnittstellen kontrollieren
↓
Bauteil ändern, optimieren oder fertigen

Damit lässt sich aus einem vorhandenen realen Bauteil wieder eine nutzbare digitale Konstruktion erzeugen.

CAD-Nachkonstruktion aus Scandaten

Für technische Anwendungen ist ein parametrisch aufgebautes CAD-Modell häufig wesentlich wertvoller als ein reines Netzmodell.

Bei der Nachkonstruktion können beispielsweise:

• Funktionsflächen neu definiert
• Bohrungen geometrisch sauber aufgebaut
• Achsen und Symmetrien hergestellt
• Maße parametrisiert
• Wandstärken definiert
• Radien rekonstruiert
• Befestigungen angepasst
• beschädigte Bereiche korrigiert

werden.

Dadurch entsteht nicht lediglich eine digitale Kopie der gescannten Oberfläche, sondern eine weiterverwendbare technische Konstruktion. 

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Ersatzteile digitalisieren und nachkonstruieren

Ein besonders interessanter Anwendungsfall ist der Nachbau von nicht mehr verfügbaren Ersatzteilen

Wenn keine CAD-Daten und möglicherweise auch keine technischen Zeichnungen mehr vorhanden sind, kann ein vorhandenes Altteil als Ausgangspunkt dienen.

Der Ablauf kann beispielsweise sein:

vorhandenes Ersatzteil → 3D-Scan und Vermessung → CAD-Nachkonstruktion → konstruktive Anpassung → Prototyp → neues Ersatzteil

Dies eignet sich beispielsweise für:

• Kunststoffabdeckungen
• Halterungen
• Knöpfe und Bedienelemente
• Gehäuseteile
• Adapter
• Führungen
• technische Formteile
• Sonderbauteile

Dabei prüfen wir zunächst, ob sich das betreffende Teil technisch sinnvoll nachbilden und mit einem geeigneten Fertigungsverfahren herstellen lässt.

Beschädigte Bauteile rekonstruieren

Ein vorhandenes Muster muss nicht vollständig intakt sein.
Bei beschädigten Bauteilen können erhaltene Geometrien als Grundlage genutzt werden, um fehlende oder beschädigte Bereiche konstruktiv zu rekonstruieren.

Mögliche Vorgehensweisen sind beispielsweise:

• symmetrische Bereiche spiegeln
• vorhandene Konturen weiterführen
• ursprüngliche Radien rekonstruieren
• beschädigte Bohrungen neu definieren
• Befestigungen konstruktiv wiederherstellen
• bekannte Maße ergänzen

Dabei werden Scaninformationen und konstruktive Überlegungen miteinander kombiniert.

Bestehende Bauteile nicht nur kopieren, sondern verbessern

Reverse Engineering bietet außerdem die Möglichkeit, ein vorhandenes Bauteil gezielt weiterzuentwickeln.

Beispielsweise können:

• Wandstärken verändert
• Befestigungspunkte verstärkt
• Bohrungen angepasst
• Geometrien vereinfacht
• zusätzliche Funktionen integriert
• Schwachstellen überarbeitet
• Fertigungsverfahren geändert
• mehrere Bauteile zu einer neuen Lösung kombiniert

werden.

Dadurch entsteht aus einem vorhandenen Muster ein neues, an die aktuelle Anwendung angepasstes Bauteil.

3D-Scan für 3D-Druck

Scandaten können auch als Grundlage für die additive Fertigung dienen.
Dabei muss unterschieden werden:

Ein Netzmodell kann bei geeigneten Anwendungen direkt für den 3D-Druck aufbereitet werden.

Bei technischen Bauteilen ist jedoch häufig eine zusätzliche CAD-Nachkonstruktion sinnvoll, insbesondere wenn:

• Maße gezielt verändert werden sollen
• Passungen erforderlich sind
• Bohrungen definiert werden müssen
• Befestigungen angepasst werden
• Funktionsflächen wichtig sind
• spätere Varianten entstehen sollen

Nach der Aufbereitung kann ein erster Prototyp auf unseren eigenen 3D-Druckern gefertigt werden.

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3D-Scan als Grundlage für Produktentwicklung

Auch bei neuen Produkten kann ein vorhandener Gegenstand als geometrische Referenz dienen.

Beispiele sind:

• Anpassung eines neuen Bauteils an ein bestehendes Produkt
• Entwicklung einer passenden Halterung
• Integration in einen vorhandenen Bauraum
• Konstruktion einer Abdeckung
• Erstellung eines Adapters
• Übernahme komplexer Anschlussgeometrien

Der 3D-Scan liefert dabei die vorhandene Umgebung oder Anschlussgeometrie, auf deren Grundlage die neue Konstruktion entwickelt werden kann.

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Kombination aus 3D-Scan und klassischer Vermessung

Nicht jede Geometrie sollte ausschließlich aus dem Scan übernommen werden.
Bei technischen Bauteilen kombinieren wir den 3D-Scan bei Bedarf mit klassischen Messmethoden.

Zusätzlich erfasst werden können beispielsweise:

• Bohrungsdurchmesser
• Achsabstände
• Materialstärken
• Passflächen
• Gewinde
• definierte Radien
• Anschlussmaße
• kritische Funktionsmaße

Dadurch kann die komplexe Oberflächengeometrie aus dem Scan mit definierten technischen Maßen kombiniert werden.

Gerade beim Reverse Engineering ist diese Kombination häufig entscheidend für ein brauchbares CAD-Modell.

Glänzende und dunkle Oberflächen

Optische 3D-Scanner reagieren je nach Technologie unterschiedlich auf Oberflächen.
Der MetroY arbeitet mit blauem Laserlicht und ist laut Hersteller insbesondere für die Erfassung auch dunkler und reflektierender Oberflächen ausgelegt.

Trotzdem können besonders stark spiegelnde, transparente oder optisch problematische Oberflächen zusätzliche Maßnahmen erfordern.

Abhängig vom Bauteil können beispielsweise:

• Marker
• eine veränderte Scanstrategie
• mehrere Scanpositionen
• eine Oberflächenvorbereitung

notwendig sein.

Vor dem eigentlichen Scan prüfen wir deshalb, wie sich das betreffende Objekt sinnvoll erfassen lässt.

Grenzen des 3D-Scannens

Ein 3D-Scanner kann nur Oberflächen erfassen, die für das optische System sichtbar beziehungsweise erreichbar sind.

Problematisch können beispielsweise sein:

• verdeckte Innengeometrien
• sehr tiefe und schmale Hohlräume
• transparente Bauteile
• extrem reflektierende Oberflächen
• bewegliche Komponenten
• nicht zugängliche Hinterschneidungen

Außerdem bildet ein Scan zunächst den tatsächlichen Zustand des vorhandenen Bauteils ab.
Dazu können auch gehören:

• Verschleiß
• Verformungen
• Fertigungstoleranzen
• Beschädigungen
• Kratzer
• Gebrauchsspuren

Beim Reverse Engineering muss deshalb entschieden werden, welche Eigenschaften tatsächlich Teil der ursprünglichen Soll-Geometrie sind und welche nicht.

3D-Scan ist keine automatische Maßprüfung

Die vom Hersteller angegebenen Scannerwerte dürfen nicht mit einer vollständigen industriellen Maßprüfung oder zertifizierten Koordinatenmesstechnik gleichgesetzt werden.
Die Genauigkeit eines konkreten Projekts hängt vom gesamten Scanprozess, dem Bauteil und der Auswertung ab.

Wenn bestimmte Maße funktionskritisch sind, können diese deshalb zusätzlich mit geeigneten Messmitteln kontrolliert und beim CAD-Aufbau gezielt definiert werden.

Unser Schwerpunkt liegt auf Digitalisierung, Reverse Engineering und konstruktiver Weiterverarbeitung, nicht auf zertifizierter Messdienstleistung.

Welche Daten können aus einem Projekt entstehen?

Abhängig von der Aufgabenstellung können unterschiedliche Ergebnisse bereitgestellt beziehungsweise weiterverarbeitet werden.

Dazu können gehören:

• Punktwolken
• polygonale Netzmodelle
• STL-Dateien
• OBJ-Dateien
• Scanmodelle als Referenz
• rekonstruierte CAD-Modelle
• STEP-Daten
• Autodesk-Inventor-Modelle
• technische Zeichnungen
• 3D-Druckdaten

Welche Daten sinnvoll sind, hängt davon ab, was anschließend mit dem digitalisierten Bauteil geschehen soll.

Typische Aufgabenstellungen unserer Kunden

„Wir haben ein Bauteil, aber keine CAD-Daten.“
Das vorhandene Teil kann gescannt und als Grundlage für eine CAD-Nachkonstruktion verwendet werden.

„Ein Ersatzteil ist nicht mehr erhältlich.“
Das vorhandene Muster kann digitalisiert und konstruktiv neu aufgebaut werden, sofern sich das Bauteil technisch sinnvoll nachfertigen lässt.

„Das vorhandene Bauteil ist beschädigt.“
Erhaltene Geometrien können gescannt und beschädigte Bereiche konstruktiv rekonstruiert werden.

„Wir möchten eine Halterung exakt an eine vorhandene Form anpassen.“
Die bestehende Geometrie kann erfasst und als Referenz für die neue Konstruktion verwendet werden.

„Wir benötigen nur ein 3D-Modell für den 3D-Druck.“
Je nach Anwendung kann das Scanmodell direkt aufbereitet oder zunächst konstruktiv in CAD überarbeitet werden.

„Das bestehende Produkt soll verändert werden.“
Nach der Digitalisierung kann die Geometrie parametrisch neu aufgebaut und gezielt angepasst werden.

Welche Informationen helfen bei einer Anfrage?

Für eine erste Einschätzung sind hilfreich:

• Fotos des Bauteils
• ungefähre Abmessungen
• Information zum Material
• Beschreibung des gewünschten Ergebnisses
• gewünschte Weiterverwendung
• eventuell vorhandene Zeichnungen
• bekannte Funktionsmaße
• Informationen zu beschädigten Bereichen

Besonders wichtig ist die Frage:
Was soll nach dem Scan mit den Daten passieren?

Ein Scanmodell für eine Visualisierung stellt andere Anforderungen als ein parametrisches CAD-Modell für die spätere Fertigung eines Ersatzteils.

Bauteil einsenden oder vor Ort erfassen

Kleinere Bauteile können nach vorheriger Abstimmung zur Digitalisierung bereitgestellt beziehungsweise eingesendet werden.

Bei größeren oder nicht transportierbaren Objekten kann abhängig von Aufgabenstellung und örtlichen Bedingungen geprüft werden, ob eine Erfassung vor Ort sinnvoll möglich ist.
Vor dem Scan klären wir die Bauteilgröße, Oberfläche, Zugänglichkeit und das gewünschte Ergebnis.

3D-Scan und Reverse Engineering aus Schopfheim

SK-Konstruktion ist ein Konstruktionsbüro mit Sitz in Schopfheim im Landkreis Lörrach.
Durch die Kombination aus 3D-Scan, Autodesk-Inventor-CAD-Konstruktion und eigenem 3D-Druck können vorhandene Bauteile nicht nur digital erfasst, sondern anschließend auch konstruktiv weiterentwickelt und als Prototyp umgesetzt werden.
Gerade bei Ersatzteilen, Sonderbauteilen und komplexen Geometrien entsteht dadurch ein durchgängiger digitaler Workflow.

Sie möchten ein vorhandenes Bauteil digitalisieren?

Senden Sie uns einige Fotos des Bauteils, die ungefähren Abmessungen und eine kurze Beschreibung, was anschließend mit dem digitalen Modell gemacht werden soll.
Wir prüfen, ob ein 3D-Scan für die Aufgabenstellung sinnvoll ist und ob zusätzlich eine CAD-Nachkonstruktion oder klassische Vermessung erforderlich ist.

3D-Scan unverbindlich anfragen →