Minőségellenőrzés Artec Space Spider 3D szkennerrel és Geomagic Control X szoftverrel

Összefoglalás: Egy többlépcsős gyártófolyamat során előfordulhat több eltérés és bizonytalanság, amelyek együttesen pontatlan végeredményhez vezethetnek. A szükséges korrekciók megállapítása bonyolult feladat, amennyiben a megfelelő minőségellenőrzésre képes eszközök és módszertan nem állnak rendelkezésre.

 

Cél: Artec Space Spider kézi metrológiai szkenner és Geomagic Control X minőségellenőrző szoftver segítségével csökkenteni a költségeket és időt, valamint növelni a pontosságot egy öntödei gyártófolyamat során.

 

Eszközök: Artec Space Spider, Artec Studio, Geomagic ControlX

 

Konklúzió: Az additív gyártással készült alkatrészek 3D szkennelése és ellenőrzése költségcsökkentést, kevesebb iterációt, nagyobb pontosságot és magasabb minőséget eredményez.

 

---

 

Egy új gyártástechnológia fejlődése új technikai kihívásokkal is jár. Nem ritka, hogy az új folyamat jelentős finomhangolására van szükség, amikor egy gyártó először próbálja bevezetni. Ez alól a 3D nyomtatás sem kivétel, mégis ennek ellenére az additív módon gyártott alkatrészek vagy előgyártmányok ellenőrzése egyelőre nem elterjedt gyakorlat.

 

A legtöbb termék gyártása hasonló életciklust követ: a tervezés-gyártás-ellenőrzés lépcsőinek hármasa egy elfogadott nézőpont, amikor a folyamatokat vizsgáljuk. Mindhárom kulcsfontosságú a magas minőség előállításában. A végtermék komplexitásától függően a teljes gyártófolyamatban számos ilyen hurok és visszacsatolás lehetséges.

 

Az itt leírt példa bemutatja, hogy az Artec Space Spider kézi 3D szkenner és a Geomagic szoftver hogyan vethetők be a gyártás több lépcsőjében a nyomtatott viaszminták és az öntött alkatrészek teljes digitalizálásával és analízisével.

 

Amennyiben felkelti az érdeklődését, hogyan képesek az optikai 3D szkennerek egy profi ellenőrző szoftverrel párosítva megoldani minőségügyi problémákat, a lenti cikk elolvasásán túl érdemes ide kattintva letölteni az Artec 3D és a 3D Systems közös, ennek a témának szentelt e-könyvét is.

 

A kihívás

Egy többlépcsős gyártófolyamat számos olyan bizonytalansági tényezőt tartalmazhat, amelyek együttesen pontatlan eredményhez vezethetnek. A szükséges korrekciók megállapítása bonyolult feladat, amennyiben a megfelelő eszközök és módszertan nem állnak rendelkezésünkre.

 

A megoldás

Artec Space Spider kézi metrológiai szkenner és Geomagic Control X minőségellenőrző szoftver.

 

Eredmények

• Az additív módon előállított, szerszámnélküli minta előállítási folyamatának finomítása 3D szkenneléssel és vizsgálattal pontosabb eredményhez vezetett már egyetlen iteráció során is.
• 27%-os költségcsökkentés a teljes pontosság 10%-os növelése mellett
• A szoros együttműködés az öntödével és az öntési folyamat elemzése olyan kész alkatrészeket eredményez, amelyek minimális iterációval (egy) meghaladják az öntödei elvárásokat
• A végső munkadarab pontosságának 14%-os növekedése
• Költségcsökkentés a másodlagos megmunkálási műveletek szükségének csökkentésével

 

 

Az Artec 3D világszinten a kézi és hordozható 3D szkennerek piacvezető gyártója, 2007. óta élen jár ennek az innovatív 3D technológiának a fejlesztésében. Az Artec Space Spider egy professzionális, nagyfelbontású kézi 3D szkenner, amely kiválóan és gyorsan képes kisméretű alkatrészeket és bonyolult részleteket precízen digitalizálni minőségellenőrzés vagy újra gyártás céljából.

 

Az eljárás pofonegyszerű. Az Artec Space Spider szkennerrel és automata forgóasztallal könnyedén, mindenféle előkészület vagy hosszas tréningek nélkül mobilisan lehet belevágni a digitalizálásba. Az Artec 3D ’marker-mentes’ algoritmusai a tárgyak geometria és textúra adatait felhasználva illesztik automatikusan a felvételeket egymáshoz. A non-kontakt 3D szkennerek működéséről ebben a cikkben írtunk részletesebben.

 

Az automata forgóasztallal a kis- és közepes méretű alkatrészek szkennelése Artec Space Spider szkennerrel rendkívül könnyű és mindössze pár perces folyamat.

 

A 3D Systems által fejlesztett Geomagic Control X egy ipari metrológiai szoftver, amely lehetővé teszi az esetleges eltérések okainak feltárását és ezáltal a korrekciót. Számos 3D szkennert natív módon kezel, így a hordozható eszközökkel, mint az Artec Space Spider tökéletesen együttműködik. A szkenner és a Control X kombinációjának hála gyorsabb és teljesebb méréseket lehet végezni akár több helyszínen és sokkal gyakrabban is, mint korábban. Ez a kombinált megoldás olyan betekintést enged egy komplex gyártófolyamatba, amely jelentősen növeli a pontosságot, minőséget és ismételhetőséget.

 

Tervezés

A példa egy megvalósult projekt, amely során az ügyfél egy speciális, alacsony önsúlyú, önvezető járművet fejlesztett. A forgalomba hozatalhoz szükséges idő felgyorsítása érdekében a piacon már elérhető járművek alkatrészeit és rendszereit kombinálták az első működő prototípus kialakításához. A folyamat során ráakadtak egy specifikus kormánycsuklóra, amely értékes volt a projekt szempontjából. Az ügyfélnek szüksége volt a forma digitalizálására a további módosítás és könnyű anyagból történő későbbi újragyártás céljából.

 

Első lépésként az eredeti öntvényt 3D szkennelték és visszamodellezték. Artec Space Spidert használtak a gyors digitalizáláshoz, a hatékony reverse engineeringhez pedig Geomagic Design X-et, amellyel a modell 1,5 órán belül elkészült, és már natív CAD-ként lehetett importálni Solidworks-be.

 

 

 

 

 

 

Mintakészítés

Az additív gyártást már évtizedek óta használják a légi- és autóiparban viaszveszejtéses öntési minták gyártásához. A technológia fejlődésének hála ipari szintű minták gyárthatók viaszból vagy polimerből jelentősen alacsonyabb költséggel, mint korábban. Ez a szerszám nélküli mintagyártás egyre inkább elterjedőben van, amióta a 3D nyomtatók elérhetőbbé, gyorsabbá és pontosabbá váltak.

 

Minden olyan additív eljárás közben, amely hőenergiát használ a gyártás vagy az utómunka során, előfordulhat valamennyi deformáció, vetemedés a munkadarabon. Ez különösen jellemző nagy, tömbszerű geometriák vagy jelentős keresztmetszetek esetében, amelyek tovább megtartják a hőt, mint kisebb vagy vékonyabb társaik.

 

Erre az ismeretre alapozva a nyomtatást kétféleképpen végezték el azzal a céllal, hogy minimalizálják ennek a részfolyamatnak a költségét is és a lehető legnagyobb pontosságot érjék el. Az egyik modellt tömören, míg a másikat vékony fallal (2 mm) és belső kikönnyítéssel (50%) gyártották le a 3D Systems Projet MJP 2500 IC rendszerén. Az darabok lehűlése és a támaszok eltávolítása után mindkét mintát visszaszkennelték Artec Space Spiderrel. Az alkatrész összetett geometriája, a matt felület és zöld szín mind könnyűvé tették a szkenner számára a geometria és textúra adatokra épülő digitalizálást.

 

A szkennelést követő minőségellenőrzéshez a Geomagic Control X szoftverbe importálták a visszamodellezett CAD modellt és mindkét nyomat szkennelt modelljét a nyomtatás irányának megfelelően orientálva. Tudva, hogy többször, iteratív módon szükség lesz az eredmények szkennelésére és vizsgálatára, felállítottak egy automata mérési projektet, amelyet könnyen többször is lefuttathatnak a szoftverben, miközben az előzmények is mind eltárolódnak ugyanabban a Geomagic Control X projektfájlban. Amikor egy szken elkészült, egyszerűen csak importálni kellett a projektfájlba, hogy a kiértékelés automatikusan lefusson és így részletes, ismételhető riportokat kaptak az alkatrészekről.

 

A mérések szerint a megmunkálási ráhagyással készült részek mind öntési tűrésen belül voltak, azonban az organikusabb geometriájú területek nagyobb pontatlanságot mutattak. Ez egybeesett azzal a feltételezéssel, hogy a nagyobb keresztmetszetek jobban megtartják a hőt és ezáltal lehűlés során torzulást eredményezhetnek.

 

Öntés

A precíziós öntés egy 5000 éves múltra visszatekintő technológia, amely már nagyon elterjedt, megbízható, fejlett szimulációs szoftverekkel is támogatott eljárásnak számít. Egy tapasztalt öntödével, és az ügyfél minimális energiabefektetésével lehetséges olyan additív módon készült minták és végtermékek gyártása, amelyek mentesek bármely belső hibától és felülmúlják az eljárással szemben támasztott általános toleranciaelvárásokat. Azok a megrendelők, akik aktív módon részt vesznek a folyamat és a geometria finomhangolásábban, sokkal magasabb minőségű végeredményre számíthatnak.

 

A zsugorodás az öntés ismert velejárója, amely kompenzálásával kapcsolatban az öntödék általában útmutatást adnak ügyfeleik számára figyelembe véve az alapanyagot és a befoglaló méreteket. Mindazonáltal bonyolult geometriák esetében nem ritka a nem egyenletes zsugorodás, ebből kifolyólag az öntés nem tartozik a nagypontosságú gyártóeljárások közé.

 

A szóban forgó kormánycsukló esetében az öntöde egyöntetű 2%-os méretnövelést javasolt a lehető legpontosabb eredmény eléréséhez. A viaszminták eszerint a javaslat szerint készültek el és kerültek az öntödéhez.

 

 

 

A gyártás után az öntvényeket ismét megvizsgálták, hogy megbizonyosodjanak róla, hogy az általános 2%-os túlméretezés az elvárt pontossághoz vezetett. A minőségellenőrzés eredménye szerint az öntvények az öntöde által specifikált elérhető pontosságot hozták, az általuk megadott elvárható dimenzionális tűréseken belül voltak. Mindazonáltal az újabb visszaszkennelés és a Control X keresztmetszet elemző eszköze rámutatott olyan egyértelmű területekre, ahol a méretezés jobb megválasztása egyértelműen a végtermék nagyobb pontosságát eredményezheti.

 

A keresztmetszeti sziluettek összevetése egyértelműen kékre színezte a külső, míg narancsra és pirosra a belső határvonalakat. Eszerint tehát a külső profil egyértelműen ’méret alatti’, azaz a referencia CAD modell határain belül van. A belső profilok pedig azt mutatják, hogy a középső henger is egyértelműen kisebb, mint a tervezett, azonban naranccsal jelölt, mert a referencia modellen kívül található. A keresztmetszeti vizsgálat tehát egyértelműen azt mutatta, hogy a túlméretezési faktor növelése jobb eredményhez vezethet.

 

 

Az öntési folyamatok javításával kapcsolatos korábbi vizsgálatok tapasztalatai alapján a Geomagic Control X szakembere a standard értékek relatív kiigazítása mellett döntött: Egy újabb viaszminta készült ezúttal X irányban 2,2%, Y-ban 2,3%, Z-ben pedig 2,7% méretnöveléssel kompenzálva.

 

Az új öntvény végső vizsgálata a következő megállapításokat tette lehetővé:

• A mérési eredmények alapján nem egyöntetűen túlméretezett minta felülmúlta az öntöde elvárásait.
• A minta teljes dimenzionális pontossága 14%-kal lett jobb.
• A nagyobb pontosságnak köszönhetően legalább egy jelentős megmunkálási lépést el lehetett kerülni.
• A teljes gyártási költség csökkent.

 

Konklúzió

A gyártás ciklusaiban a hatékonyság kulcsfontosságú a profit fenntartása és a selejtszám csökkentése érdekében. Az Artec Space Spider és a Geomagic Control X segítségével javították a gyártott alkatrész általános minőségét azáltal, hogy elemezték a folyamat minden szakaszát, a lehető legkevesebb hangolási ciklusokkal és iterációval. Egy magas minőségű, rugalmas, kézi 3D szkenner és profi ellenőrző szoftver együttes alkalmazásának fő előnyei közé tartozik az iteráció és a találgatás csökkentése, az idő- és pénzmegtakarítás, valamint a gyorsabb piacra lépés lehetősége.

 

 

 

---

 

Felkeltették érdeklődését a 3D szkennerek és professzionális célszoftverek együttes lehetőségei?

 

Örömmel segítünk felderíteni azokat a munkafolyamatokat, amelyeket hatékonyabbá tehet a 3D szkennelés. Az Artec kézi 3D szkennereivel díjmentes demo lehetőséget biztosítunk budapesti irodánkban, emellett külső helyszíni teszteket is vállalunk, hogy személyesen is megbizonyodhasson a technológiában rejlő lehetőségekről.

 

A lenti űrlap kitöltésével letöltheti az Artec gyártói és magyar brossúráit, valamint jelezheti számunkra érdeklődését: