Mejora de la fabricación aditiva con ingeniería inversa

La ingeniería inversa es una herramienta poderosa para la fabricación aditiva, y la combinación de ambas puede mejorar enormemente el diseño del producto y acortar el ciclo de desarrollo del producto. Ya sea que necesite fabricar una pieza heredada que no tiene un modelo digital o una pieza de repuesto para reemplazar, la ingeniería inversa tiene muchos beneficios que aportar. Una variedad de industrias como la aeroespacial, automotriz y médica ya están aprovechando los beneficios de la ingeniería inversa junto con la AM, con importantes ahorros de tiempo y costos.

¿Qué es la ingeniería inversa?

Por lo general, al diseñar un objeto desde cero, un ingeniero de diseño producirá dibujos que detallen cómo debe construirse el objeto. Por el contrario, la ingeniería inversa implica el enfoque opuesto:el ingeniero diseñador comienza desde el producto final, trabajando hacia atrás a través del proceso de diseño para llegar a la información del diseño original. En teoría, cualquier objeto puede someterse a ingeniería inversa, ya sea una pieza mecánica, un producto de consumo o incluso un artefacto antiguo.

¿Cómo funciona la ingeniería inversa?

Para comenzar el proceso de ingeniería inversa, normalmente comenzará midiendo el tamaño y la forma del objeto. Esto se puede hacer manualmente pero, en particular para aplicaciones industriales, el uso del escaneo 3D se ha vuelto cada vez más común. Los datos relacionados con las especificaciones de diseño del objeto se convierten luego en un archivo CAD digital. En este punto, el modelo digital se puede convertir a STL, optimizándolo para la impresión 3D.

¿Por qué utilizar la ingeniería inversa?

Hay varias razones por las que la ingeniería inversa es una técnica de fabricación útil. Por ejemplo, ¿es usted un proveedor de automóviles que necesita producir piezas de repuesto, pero carece de datos CAD? La ingeniería inversa se puede utilizar para obtener las especificaciones requeridas, de modo que las piezas de repuesto raras se puedan reproducir mediante impresión 3D.

Además, la ingeniería inversa es beneficiosa cuando necesita realizar mejoras en un objeto existente, pero no tiene su modelo digital. En este caso, la ingeniería inversa le permite escanear el objeto y realizar cambios de diseño en el proceso, lo que resulta en un importante ahorro de tiempo.

Escaneo 3D:el compañero natural de la impresión 3D

El proceso tradicional de medir manualmente un objeto para realizar ingeniería inversa puede llevar mucho tiempo, ya que requiere varios dispositivos, como calibradores o calibradores de deslizamiento, para medir y dibujar la forma y el tamaño de un componente antes de replicarlo en un programa CAD. . Afortunadamente, hemos visto avances impresionantes en la tecnología de ingeniería inversa, lo que permite una solución más rápida y precisa: escaneo 3D.

Dado que la representación digital de un objeto es la columna vertebral de la impresión 3D, el escaneo 3D ofrece una solución digital eficiente cuando existe la necesidad de aplicar ingeniería inversa a piezas antiguas para reemplazarlas o piezas sin modelos CAD existentes. La combinación de métodos de impresión 3D y escaneo 3D presenta ventajas significativas para las aplicaciones de ingeniería que requieren alta precisión y tiempos de desarrollo de productos más cortos.

Los escáneres 3D son dispositivos que se utilizan para la medición tridimensional y permiten capturar datos del objeto físico de forma rápida y precisa para crear "nubes de puntos", que luego se procesan en una representación 3D digital.

3 técnicas de escaneo 3D

La clave para un escaneo 3D exitoso es medir su objeto con un grado de precisión suficiente para capturar los detalles necesarios para una replicación adecuada. Para lograr esto, existen algunas opciones de escaneo 3D que pueden ayudar a crear un modelo 3D casi inmediatamente listo para la impresión 3D.

1. Fotogrametría

El método de fotogrametría se basa en fotografías, tomadas desde diferentes ángulos alrededor de un objeto y luego "cosidas" con la ayuda de un software especial para replicar digitalmente un objeto físico. Sin embargo, la fotogrametría requiere un entorno de estudio, ya que esta técnica implica un sistema complejo de cámaras, que puede ser difícil de configurar y no es fácil de transportar. Además, los modelos digitales 3D hechos con fotogrametría generalmente no pueden competir con el escaneo 3D basado en luz en términos de precisión y nivel de detalle.

2. Escaneo 3D basado en luz

Hay dos tipos comunes de escáneres 3D que pertenecen a la categoría de escaneo 3D basado en luz: luz estructurada y escaneo láser . Estos escáneres vienen en una variedad de tamaños con opciones de mano y estacionarias disponibles.

• Un escáner 3D de luz estructurada proyecta el patrón de luz de rayas paralelas sobre la superficie de un objeto. A continuación, la cámara del escáner captura esta proyección, que posteriormente se traduce en una réplica digital. Los escáneres 3D de luz estructurada son capaces de ofrecer un alto nivel de detalle, aunque normalmente se utilizan para objetos pequeños.

• Por el contrario, el escaneo láser funciona proyectando un rayo láser en la superficie de un objeto que se refleja en la superficie. Las cámaras del escáner capturan el ángulo de reflexión y lo traducen en coordenadas de un objeto, que se utilizan para generar un modelo 3D. Este método permite escanear objetos de forma libre y detalles intrincados, lo que hace que el escaneo láser sea una de las formas más precisas de escaneo 3D.

BMW Group es un fabricante que actualmente utiliza escáneres 3D de luz azul, así como fotogrametría para realizar ingeniería inversa y luego fabricar piezas de repuesto de forma aditiva para sus clientes.

3. Tomografía computarizada

La exploración por tomografía computarizada (TC) es otro método de exploración que se puede aplicar en la fabricación aditiva para la ingeniería inversa. La tomografía computarizada implica varias proyecciones de rayos X a través de un objeto, creando imágenes que luego se combinan para formar un modelo digital en 3D. La tomografía computarizada es particularmente única porque proporciona datos no solo sobre estructuras externas sino también internas. Dado que es cada vez más importante poder predecir y establecer la integridad estructural, la tensión residual y otros parámetros con componentes impresos en 3D para mantener su rendimiento, esta capacidad es importante para establecer las especificaciones estructurales de una pieza. La tomografía computarizada ha encontrado su nicho en aplicaciones médicas; por ejemplo, las tomografías computarizadas se pueden utilizar para producir modelos impresos en 3D de órganos humanos, lo que ayuda a los cirujanos a prepararse para cirugías complejas.

Ingeniería inversa y fabricación aditiva:casos de uso

Las tecnologías como el escaneo 3D ayudan a integrar la ingeniería inversa en el flujo de trabajo de fabricación aditiva, brindando a los fabricantes de todas las industrias una solución viable para desafíos de ingeniería específicos.

Un ejemplo de esto es la producción de prototipos impresos en 3D de piezas obsoletas aeroespaciales. Roc-Aire, un fabricante contratado de piezas aeroespaciales, escanea las piezas de aeronaves heredadas antes de imprimirlas en 3D para comprobar su ajuste y evaluar el diseño y la función. Esta solución no solo ayuda a acelerar el desarrollo del proyecto, sino que también conduce a resultados finales más efectivos.

Dentro del sector médico, la integración de la ingeniería inversa y la fabricación aditiva es crucial para resolver casos médicos complejos. Por ejemplo, en 2016, el Royal Hospital for Sick Children utilizó el escaneo 3D y la impresión 3D para cirugías de reconstrucción de orejas. Con la ayuda de un escáner 3D de luz estructurada, los médicos debían escanear el oído no afectado e imprimir en 3D un prototipo de polímero, utilizado como plantilla para la reconstrucción.

Otro ejemplo se puede encontrar en la industria automotriz, donde la ingeniería inversa, junto con la tecnología SLS, se ha utilizado para crear una entrada de aire con espacio optimizado para una motocicleta de carreras. En este caso, el uso de ingeniería inversa y SLS ha marcado una gran diferencia en la reducción del tiempo necesario para realizar el proyecto.