Prototypenbau durchgängig praktiziert

Skulptur Waffenschmied, Quelle: Autor

Lasersintermodell, Quelle: Autor

Vom lasergescannten Modell zum lasergesinterten Prototypen.
Produkte mit modernen Methoden wiederzubeleben ist eine spannende Sache.
Am Beispiel einer Skulptur soll das Rapid Prototyping von der Datenerfassung
über die Datenaufbereitung bis zur Herstellung eines Prototypen erläutert werden.
 
 

Laserscanner, Quelle: Autor

Die Datenerfassung erfolgt dabei über einen handgeführten Laserscanner.
Beim diesem wird die Oberflächengeometrie von Gegenständen mittels
Triangulation von Laserstrahlen digital erfasst.
Eine Kamera mit Kamerasensoren ermittelt dabei die Positionen der
Infrarotmarker am Handscanner.  Diese werden an den Kameracontroller übermittelt
und die aktuelle Position des Scanners berechnet.
Beim Scannvorgang trifft der Laserstrahl auf die Oberfläche und wird dann von dieser
in verschiedenen Winkeln zurückreflektiert.
Aus einem Teil des reflektierten Lichts der in einem bestimmten Winkel
auf die Empfängeroptik trifft wird der Messabstand ermittelt.
Damit werden dreidimensionale Abtastpunkte berechnet, die in der Summe eine Punktewolke
bilden. Aus einer Vielzahl von Scannvorgängen wird dann ein virtuelles 3D
Modell  generiert.
 
 

Punktewolke, Quelle: Autor

  
 

Dreiecksnetz, Quelle: Autor

                                    
Die Punktewolke wird rechnerisch gefiltert und ausgedünnt um eine gleichmäßige
Struktur zu erhalten.  Die Punktedaten werden umgewandelt in ein neutrales
Datenformat von 3D - Systems für Rapid Prototyping, dem  Stereo Lithography file
Format. Dieses STL - Format beinhaltet die Beschreibung der Oberfläche mit Hilfe
einer Dreiecksnetzstruktur.
In einer speziellen Software werden die STL - Daten weiterverarbeitet. So sind
z.B. in Bereichen in den der Scanner keine Daten erfassen konnte Öffnungen in der
Netzstruktur vorhanden.  Mit intuitiv zu bedienenden Werkzeugen zur
Polygonbearbeitung werden die fehlerhaften Stellen automatisch oder durch
spezielle Funktionen repariert. So werden Werkzeuge zum krümmungssensitiven
Glätten und Füllen von Löchern verwendet um ein hochwertiges, für eine
Oberflächengenerierung geeignetes Polygonmodell zu erstellen.
Eine weitere Möglichkeit besteht in der automatischen Erzeugung lückenloser
NURBS - Oberflächen auf der Basis des Polygonmodells um die Daten bspw.
für die CAM - Bearbeitung nutzen zu können.            

Nurbs-Flächenmodell, Quelle: Autor

  
Die Modelldaten können natürlich auch konstruktiv weiterverwendet werden.
So werden der Hammer und das Schwert der Skulptur in einem 3D-CAD-System
als Volumenmodell konstruiert.
 

Volumenmodell Schwert, Quelle: Autor

                                             
 Diese werden in STL-Daten konvertiert und mit dem zuvor bearbeiteten
 Scandatensatz zusammengefügt. 
 

zusammengefügter Datensatz, Quelle: Autor

 
 

Modelle im Arbeitsraum der Lasersinteranlage platziert, Quelle: Autor

 
         
 Das zusammengefasste Modell wird virtuell im Arbeitsraum der
 Kunststofflasersintermaschine platziert und dupliziert. Hierbei können
 Kollisionen erkannt und beseitigt werden.
 Die so platzierten Bauteile werden durch „Slicen" in die einzelnen Bauschichten
 zerlegt. Die Schichtstärke beträgt dabei 0,1mm.
 
 

Bauteilschichten, Quelle: Autor

                    
                                       
Das Laser-Sintern ist ein generatives Schichtbauverfahren.
Die Energie des Lasers verfestigt dabei den pulverförmigen Werkstoff.
Dabei werden auf die Arbeitsplattform einzelne Schichten reines
Polyamidpulver aufgetragen.
Dann wird die Kontur in der einzelnen Schicht mittels Laser verschmolzen. 
 

Lasersinterprozess, Quelle: EOS GmbH Krailing

Als Ergebnis erhält man den Prototypen.

 

Waffenschmied, Quelle: Autor