Reverse Engineering: vom Volumenmodell zu den Konstruktionsdaten

Reverse Engineering: vom Volumenmodell zu den Konstruktionsdaten

Was ist Reverse Engineering?

Reverse Engineering beschreibt den umgekehrten Konstruktionsprozess für ein Bauteil oder Werkzeug, auf Deutsch auch Flächenrückführung genannt. Dabei liegen nicht zuerst die Konstruktionsdaten vor, wie im herkömmlichen Entwicklungsprozess eines Bauteils, sondern diese Daten werden vom Bauteil oder Werkzeug selbst abgeleitet.

Wo kommt Reverse Engineering zum Einsatz?

Zum Einsatz kommt Reverse Engineering vor allem im Design und in der Produktentwicklung: Handgefertigte Anschauungs- oder Designmodelle, z. B. im Automobil- und Prototypenbau, sowie manuelle Änderungen an den Designmodellen werden dabei in ein CAD-Modell überführt.

Wichtiges Einsatzgebiet für das Reverse Engineering ist außerdem der Werkzeug- und Formenbau: Die Erstellung von CAD-Daten bei älteren Werkzeugen beispielsweise ist möglich. Außerdem können manuelle Änderungen am Werkzeug während der Erprobung oder Werkzeugkorrektur in den CAD-Datenbestand zurückgeführt werden. Werkzeug- und Bauteilstände lassen sich anhand von digitalen Volumenmodellen platzsparend archivieren.

Im Schiffs- und Flugzeugbau bilden 3D-Messdaten bei der Modernisierung und Nachrüstung von Turbinen die Basis für eine Flächenrückführung ins CAD. Das eingescannte Flächenmodell wird in ein CAD-Modell umgewandelt. Anhand der CAD-Modelle können dann zu ersetzende Komponenten, beispielsweise für Turbinenschaufeln, präzise und schnell gefertigt werden.

Auch im Zusammenhang mit neuen Technologien wird die Flächenrückführung eingesetzt. So dienen digitalisierte 3D-Flächenmodelle als Grundlage für den 3D-Druck oder als Daten-Input für VR-Anwendungen.

Wie funktioniert Reverse Engineering?

Für die Flächenrückführung in Konstruktionsdaten kommen zunächst die 3D-Digitalisierer der ATOS Reihe zum Einsatz. Sie erfassen die komplette Bauteiloberfläche vollflächig und berührungslos. Aus Millionen Messpunkten berechnet die GOM Software die 3D-Koordinaten in Form einer hochauflösenden Punktewolke, das sogenannte STL-Netz.

Bei der Flächenrückführung bildet dieses Polygonnetz die Basis für die Erstellung eines CAD-Modells. Zur Umwandlung der Scan-Daten in mathematisch beschriebene Kurven (Splines), Freiformflächen (NURBS-Flächen), Regelgeometrien (Primitive) oder Volumenkörper (Solids) können diese als STL-Netz oder ASCII-Punktewolke aus der GOM Software exportiert werden.

Die eigentliche Umwandlung der Scan-Daten in ein CAD-Oberflächenmodell erfordert spezielle Software-Pakete, z. B. Geomagic, Tebis und ZEISS REVERSE ENGINEERING. Auch einige CAD-Programme beinhalten mittlerweile Module zur Flächenrückführung.

Um sicherzustellen, dass die CAD-Oberflächen den Scan-Daten tatsächlich entsprechen, können diese neu erstellten Flächendaten wieder in die GOM Software importiert werden. Anschließend lässt sich die Abweichung zwischen den neuen CAD-Daten und dem Scanmodell zur Genauigkeitsanalyse berechnen und in einer Falschfarbendarstellung visualisieren.

Was kann Reverse Engineering in Zukunft?

Nicht immer ist es zur Erstellung eines Bauteils notwendig, vorab die Konstruktionsdaten in Form eines CAD-Modells vorliegen zu haben. Dank additiver Fertigungsverfahren funktioniert Reverse Engineering auch ohne die aufwendige Flächenrückführung, sozusagen vom Volumenmodell direkt zum Bauteil. Anhand der STL-Daten, die im 3D-Scanverfahren generiert werden, können die Bauteile schnell und einfach als Prototyp nachgedruckt werden. Dieses Verfahren nennt sich Rapid Prototyping.

Die Scan-Daten können aber auch als Ausgangsbasis für das sogenannte Morphing dienen. Dabei werden vorhandene CAD-Modelle anhand der Scan-Daten nachmodelliert, um z. B. Flächeneigenschaften oder Radien anzupassen. Auch das funktioniert dank Software-Unterstützung heute ohne die vorherige Flächenrückführung. Ein wichtiger Anwendungsbereich hierfür ist die Werkzeugerprobung, in der dadurch Korrekturschleifen reduziert und Materialverhalten wie Verzug, Schwindung oder Rückfederung ausgeglichen werden können. 

Unsere Kunden haben das Potential der 3D-Modelle in vielen Bereichen bereits für sich erkannt. So dienen die digitalisierten Modelle zur Benchmark- und Wettbewerberanalyse. Anhand der gescannten 3D-Daten eines Wettbewerber-Bauteils wird dieses reproduziert, geprüft und verglichen. Die Daten dienen aber auch zur Erstellung von qualitativ hochwertigen VR-Renderings. Dafür werden beispielsweise ganze Fahrzeuge oder Waschmaschinen auseinandergebaut, jedes Bauteil einzeln eingescannt und zu einem realitätsgetreuen 3D-Rendering zusammengesetzt.

Die Kombination der 3D-Modelle mit einem additiven Fertigungsverfahren bietet auch im Werkzeug- und Maschinenbau eine Zeit- und Materialersparnis und kann den Fertigungsprozess deutlich beschleunigen.

Die Möglichkeiten, die hochpräzise 3D-Messdaten für das Reverse Engineering, für CAD- oder Netz-Morphing-Prozesse, für die additive Fertigung sowie für Virtual-Reality-Anwendungen in Zukunft bieten, sind längst nicht ausgeschöpft. Es braucht kreative Ingenieure, intelligente Software und leistungsstarke Hardware, um neue Anwendungsbereiche zu entdecken.