Reverzní inženýrství v éře 3D technologií: Oživení starých dílů a optimalizace nových návrhů

Reverzní inženýrství si díky analýze a rekonstrukci existujících objektů poradí s opravou i výrobou starých, těžko dostupných dílů, ke kterým neexistují technické dokumentace, s optimalizací zakázkových řešení a výrobou nových vylepšených komponent. Pojďte se s námi podívat na technologii reverzního inženýrství a konkrétní příklady z praxe.  

V článku se dále dočtete: 

• Co je to reverzní inženýrství 
• V čem technologie spočívá, jak funguje 
• Reverzní inženýrství v praxi 

Reverzní inženýrství: převod do plošných dat 

Reverzní inženýrství je proces, který převádí sken (nějakého fyzického objektu) z polygonální sítě složené ze statisíců malých trojúhelníků do plošné reprezentace. Reverzní inženýrství může posloužit třeba i při výrobě dílů které už nejsou na trhu k sehnání, například u starších strojů, jejichž výrobce už zanikl.

Existují dva způsoby reverzního inženýrství: 

První spočívá ve větším zapojení lidské práce. Inženýr softwaru pomáhá určit, do jaké části komponentu patří jaký tvar. Zároveň musí tyto útvary ořezat a upravit podle okolních ploch. Podle náročnosti jde o práci v řádu hodin. 

Druhý způsob využívá software s funkcí autosurfacing – např. ZEISS REVERSE ENGINEERING. Ten dokáže na jediné kliknutí celý komponent „oplošit“. Takto upravený sken už dokáže zpracovat jakýkoliv další CAD software a díl tak může putovat rovnou do výroby.

„Funkce autosurfacingu je ideální, když potřebujete zhotovit totožnou kopii stávajícího dílů – v takovém případě stačí jedno kliknutí a díl můžete poslat do výroby. Ve chvíli, kdy na komponentu potřebujete dělat nějaké další změny – jiné průměry děr, posunout plochu nebo zaokrouhlit hodnoty – jednoduše do procesu vstoupíte pomocí manuálních úprav.“ 

Robert Navrátil, 3D scanning manager, 3Dees Industries 

Reverzní inženýrství v krocích  

1. Identifikace klíčových prvků – software na základě křivosti povrchu automaticky rozpozná logické celky skenu – roviny, válce, obvodovou plochu, zakřivené plochy i složité geometrie.  

2. Manuální optimalizace – uživatel může ručně upravit geometrické prvky, zaokrouhlit rozměry nebo optimalizovat tvar. 

3. Autosurfacing – automatický převod polygonální sítě do hladkých ploch, což umožňuje rychlou replikaci objektu. 

4. Vytvoření CAD modelu – export do formátu STEP nebo IGES a model je připraven pro další zpracování v CAD softwaru nebo pro výrobu.
    

Příklady z praxe: od armády po elektrárny 

Nejčastější důvody pro reverzní inženýrství jsou: 

• Nahrazení opotřebovaných nebo nedostupných součástek. V takovém případě inženýři zkopírují existující díl. 

• Optimalizace a modernizace existujících dílů. Například v oblasti energetiky je důležitá vysoká výkonnost turbín. V tomto případě je ideální optimalizovat jednotlivé lopatky pomocí 3D skenování a 3D tisku. Dalším příkladem jsou třeba součástky, které často praskají. Inženýři mohou identifikovat problém pomocí 3D skenu a zesílit je v místě potřeby. 

• Vytvoření protikusu ke stávající konstrukci. Například když inženýři hledají způsob, jak a kam zabudovat do interiéru vojenského vozidla navigační jednotku, nebo když si chce někdo dodatečně přidat klimatizaci do obytného auta. 

Náhradní díl pro vlaky Leo Express 

Ve společnosti Leo Express řešili problém s častým poškozováním krytek venkovního zpětného zrcátka. Jenže od výrobce mohla společnost zakoupit pouze nové zrcátko jako celek, nikoliv samotnou krytku. A protože poškozených krytek přibývalo, rozhodli se v Leo Express hledat efektivnější a úspornější cestu – problém vyřešili pomocí aditivních technologií. 

„Původní součástku jsme naskenovali pomocí 3D skeneru ATOS Q od firmy ZEISS, reverzně zpracovali a následně vytiskli na tiskárně HP Jet Fusion.“ 

Ondřej Štefek, CSO společnosti 3Dees Industries 

Díky tomuto procesu firma Leo express nejen ušetřila náklady a čas, ale také si zajistila možnost snadné replikace do budoucna. Nyní má totiž „v rukou“ 3D model, takže v případě poškození dalších zrcátek už bude moci rovnou tisknout, co bude potřeba. 

Obnova součástek armádní techniky 

Využití technologie nachází i v obranném průmyslu. Starší vojenská technika často nemá dochovanou dokumentaci nebo už její výkresy ani nemusí být aktuální. Reverzní inženýrství umožňuje naskenovat existující součástky, vygenerovat jejich digitální modely a vytvořit náhradní díly pomocí CNC obrábění, odlitím nebo 3D tiskem.  

„Řešili jsme s firmou, která zajišťuje výrobu armádních vozů, poškozený poklop na pravé straně bojového vozidla pěchoty (BVP) – naskenovali jsme nepoškozený levý díl a díky funkci zrcadlení v softwaru jsme získali data k poškozenému pravému dílu, který mohl jít vzápětí do výroby.“ 

Robert Navrátil, 3D scanning manager, 3Dees Industries 

Optimalizace lopatek turbín 

Oblast energetiky zažívá období tzv. repasů/retrofitů, které mají za cíl zvýšit výkonnost daného zařízení a snížit dobu odstávky. Zejména lopatky jsou po letech provozu deformované a  poškozené kavitací. Pouhým okem ani nelze poznat, která z nich je na tom nejlépe.  

Proto inženýři naskenují třeba pět těch, které působí nejzachovaleji a software dokáže vypočítat ideální průměrnou lopatku, na jejímž základě pak zhotoví nový model původní lopatky. Zároveň mohou přímo v programu provádět na 3D skenu různé řezy a optimalizovat tvar lopatky, pro ještě větší výkonnost turbíny.

Customizované přestavby aut 

V minulosti jsme psali o vývoji zvedací střechy obytného auta, se kterým přišla kroměřížská firma eastwander věnující se stavbám obytných aut na míru. Tehdy jsme pro skenování použili ruční laserový metrologický 3D skener ZEISS T-SCAN hawk 2. Díky skenu konstruktéři získali cenná data, na jejichž základě mohli zvolit další postup tak, aby zvedací střecha negativně neovlivnila bezpečnost vozu.  

Výše zmíněné příklady jsou pouhá špička ledovce možností, které 3D skenování a 3D tisk nabízejí – nejenže reverzní inženýrství vdechuje život starým technologiím, ale pomáhá také při výrobě a optimalizaci nových. S rostoucí dostupností skenerů a tiskáren s pokročilými softwarovými nástroji navíc bude role aditivních technologií v celé řadě odvětví neustále nabývat na významu.