Für das Reverse Engineering scannen Abteilungsleiter Dr. Roman Lengsdorf (l.) und sein Mitarbeiter (r.) das Bauteil – eine alte Vespa-Stoßstange – auf dem Rundtisch mit einem optischen 3D-Sensor. (Bildquelle: Zeiss IMT)
JP3D Tecvision aus Straubing ist ein Hersteller von additiv gefertigten Bauteilen aus Kunststoff oder Metall. Eigens zu diesem Zweck hat die JP-Unternehmensgruppe – sie ist im Sondermaschinenbau, in der Automation und Robotik tätig – das Tochterunternehmen gegründet. Die Fertigung von außergewöhnlichen Teilen ist bei dem 3D-Druckunternehmen nicht selten. Und „je komplexer die Geometrie und je mehr Funktionen in ein Bauteil integriert werden müssen, desto besser eignet sich die additive Fertigung“, erläutert Dr. Roman Lengsdorf, Abteilungsleiter additive Fertigung bei dem JP3D Tecvision.
Gedruckt wird sowohl mit Kunststoff als auch mit Metall – je nach Einsatzzweck und Kundenwunsch. „Den Kunststoffdruck nutzen wir auch für Prototypen“, erklärt der Lengsdorf. So war es auch bei dem komplexen Teil, das er in der Hand hält: Eine Art Scharnier, das in der Lebensmittelindustrie eingesetzt wird. Dieses Bauteil weist viele Winkel und verschiedene Ebenen auf.
Mit dem optischen 3D-Sensor entsteht ein 3D-Modell des Bauteils – hier ein komplexes Scharnier – welches das gescannte Bauteil mit einer exakten Punktewolke anzeigt. Damit kann das Bauteil geprüft werden. (Bildquelle: Zeiss IMT)
„Mit konventionellen Methoden ist die Fertigung eine teure Angelegenheit, auch wegen der hohen Bearbeitungszeit“, fährt Lengsdorf fort. Denn das Scharnier müsste aus einem Metallblock gefräst werden. Hinzu kommt, dass aus den CAD-Daten ein Programm für die CNC-Maschinen zur Bearbeitung geschrieben werden müsste. Bei der additiven Fertigung werden die CAD-Daten dagegen einfach eingelesen. Der Bediener überlegt lediglich, wie sinnvoll gedruckt werden kann und überprüft dies anhand eines Kunststoffmodells. Die Zeiteinsparung bei der Fertigung schlägt sich in den Angeboten nieder, die damit deutlich günstiger ausfallen. Allerdings herrschen in der Lebensmittelindustrie hohe Präzisionsvorgaben, was Maße und Toleranzen angeht. Und die müssen mit einem Messprotokoll belegt werden.
Der Fehlfarbenvergleich der Ist- und Soll-Werte des Scharniers mit der Software zeigt, ob das Bauteil den Toleranzen entspricht. Hier liegt alles im sprichwörtlichen grünen Bereich. (Bildquelle: Zeiss IMT)
Entscheidung für ein optisches 3D-Messsystem
Beim Mutterkonzern des 3D-Druckunternehmens ist bereits die taktile Koordinatenmessmaschine Accura von Carl Zeiss Industrielle Messtechnik (kurz: Zeiss IMT) aus Oberkochen im Einsatz. Mit diesem Messgerät haben wir „sehr gute Erfahrungen gemacht“, berichtet Lengsdorf. Doch in seinem Unternehmen wollte Lengsdorf ein optisches Messgerät zur Qualitätssicherung einsetzen und ließ sich deshalb den optischen 3D-Sensor Comet L3D 2 des Messgeräteherstellers vorführen. Innerhalb einer Stunde war der portable 3D-Sensor im Messraum aufgebaut und kalibriert. Nach der ersten Vorführung des Geräts „waren wir vom 3D-Sensor so überzeugt, dass wir ihn so schnell wie möglich angeschafft haben“, erzählt Lengsdorf. Und mit 1,3 Megapixeln/s erfasst dieser Streifenprojektionssensor die Daten hochgenau. „Diese Vorteile können wir in Form von qualitativ hochwertigen Bauteilen wieder an unsere Kunden weitergeben“, fährt Lengsdorf fort. Und auch, dass die Mutterfirma gerne mal auf den Streifenprojektionssensor zurückgreift. Er lässt sich nämlich ohne große Umstände von einer Werkshalle in die andere transportieren und ist bereits nach kurzer Kalibrierungszeit einsatzbereit.
Vor der Verchromung der ausgedruckten Vespa-Stoßstange wird verglichen: Entspricht das neu gedruckte Kunststoffteil dem Original in Form, Aussehen, Größe und anderen Details?
Teile nachbauen mit Reverse Engineering
Das 3D-Druckunternehmen setzt das Zeiss-Messgerät „auch erfolgreich beim Reverse Engineering ein“, berichtet Lengsdorf. Das bedeutet: Teile, die etwa beschädigt sind und nicht mehr serienmäßig verfügbar sind, werden mit dem 3D-Sensor gescannt und per Software bearbeitet. Dabei kann das Teil auch an Schwachstellen verbessert werden. „Das Zeiss-Gerät arbeitet außerordentlich schnell. Die Stoßstange hatten wir in einer dreiviertel Stunde eingescannt“, fährt Lengsdorf fort. Mit den präzisen 3D-Daten beziehungsweise mit dem 3D-CAD-Modell der Stoßstange konnte diese direkt aus Kunststoff gedruckt werden. Weil die Stoßstange ein Zierelement ist, das keinen Belastungen ausgesetzt ist, wurde sie nicht aus Metall sondern aus Kunststoff gedruckt. Das hielt auch die Kosten geringer. Für eine entsprechende Optik wurde die aus Kunststoff gedruckte Stoßstange anschließend verchromt.
Dass mehrere Mitarbeiter aus verschiedenen Teilen der Unternehmensgruppe mit dem 3D-Sensor arbeiten können, ist nach Einschätzung von Lengsdorf vor allem deshalb möglich, weil der 3D-Scanner und die Zeiss-Software colin3D so unkompliziert zu bedienen sind und problemlos zusammenarbeiten. Um das Gerät bedienen zu können, müssen die Mitarbeiter es auch nicht dauernd nutzen. „Ein bedienerfreundliches System, das saubere Daten liefert“, urteilt Lengsdorf. Auch der Service bekommt ein Lob: „Wenn wir spezielle Fragen zum Scannen oder ein technisches Anliegen haben, wird uns von Zeiss sofort geholfen.“
Optischer 3D-Sensor Comet L3D 2
Der 3D-Sensor Comet L3D 2 von Zeiss erfasst die 3D-Daten von Bauteilen optisch – schnell und mit hoher Präzision. Das System arbeitet mit einer blauen LED-Streifenlichtprojektion. Die Auflösung beträgt 2448 x 2050. Das Messvolumen reicht von 45 x 38 x 30 mm (Messfeld 45) bis 481 x 404 x 250 mm (Messfeld 500). Der 3D-Punktabstand beträgt in den genannten Fällen 18 µm beziehungsweise 196 µm. Das Messgerät ermöglicht mit seinem Arbeitsabstand von 76 cm ein problemloses Arbeiten auch bei beengten räumlichen Verhältnissen. Mit seinem kompakten Aufbau und geringem Gewicht lässt es sich ohne Mühe an andere Einsatzorte transportieren. Die einfache Vor-Ort-Kalibrierung erlaubt einen schnellen Messfeldwechsel aufgrund des einfachen Objektivtauschs; dadurch ist das System in kürzester Zeit für neue Messaufgaben bereit. Die zugehörige Software colin3D zur Datenaufnahme und Datenverarbeitung ermöglicht eine schnelle Dreiecksnetzberechnung durch eine qualitativ hochwertige Datenreduktion. Außerdem können mit dieser Software einfache Fehlfarbenvergleiche zur individuellen Analyse sowie Protokolle zur Dokumentation der Messergebnisse erstellt werden. Der optische 3D-Sensor liefert auch bei schwierigen Umgebungsbedingungen präzise Daten, erkennt automatisch Schwingungs- sowie Belichtungsänderungen. Die hohe Lichtausbeute und Messgeschwindigkeit sorgen für eine zuverlässige Datenaufnahme auf unterschiedlichsten Objektoberflächen.