Ingeniería inversa, un impulsor fácil con Geomagic Design X

Producto: Geomagic Design X
Industria: Maquinaria y Equipo Industrial

Cuando el propietario de una pequeña empresa, Matthew Percival, de 3D Rev Eng, fue contratado por Dependable Industries, una tienda de patrones y herramientas en Vancouver, Columbia Británica, para ayudar en la ingeniería inversa de una fundición Francis Runner de generación de energía, se puso a prueba toda la potencia de Geomagic Design X.

Percival tenía una ventana de tiempo muy finita de un día para escanear en 3D la pieza. No había ningún dibujo en contra que confirmar, por lo que tenía que ser capaz de trabajar con rapidez y precisión. El corredor de trabajo que estaba siendo ingeniería revertida estaba en su último ciclo de reparación y necesitaba tener una fundición de reemplazo lista en un año. Los datos de la exploración fueron adquiridos en cerca de cuatro horas usando un escáner de mano.

Los bolsillos estrechos y profundos de los pasajes hidráulicos limitaron el alcance del escáner e hicieron imposible la adquisición completa de datos. Con aproximadamente el 85% de la pieza escaneada, Percival sabía que tenía suficiente para hacer un modelo CAD completo utilizando el software de 3D Systems.

Percival scanning the Francis Runner casting.

Modelo CAD utilizando el software de 3D Systems.

“Para mí, Design X es la opción de software obvia. La capacidad de generar modelos sólidos directamente en los datos de escaneo no tiene precio”.

Matthew Percival de 3D Rev Eng

Utilizando los datos en vivo en el sitio, Percival fue capaz de crear bocetos y superficies elevadas lisas entre los dos lados de los datos adquiridos y ajustarlo a la fundición utilizando métodos prácticos en Geomagic Design X. Haciendo esto reveló una serie de detalles interesantes para el cliente:

  • El eje central del impulsor ya no era cuadrado a la
  • paletas que resultan en una parte desequilibrada e ineficiente
  • Las superficies fundidas estaban muy desgastadas y fuera de la tolerancia típica
  • El volumen de cada cavidad era inconsistente

Design X superó fácilmente estos problemas. Percival fue capaz de generar bocetos en la hoja, así como una superficie lisa precisa que podía girar alrededor del eje de revolución extraído. La superficie se recortó para que coincidiera con el perfil y se giró para obtener el recuento adecuado de cuchillas. Comparando estos datos en vivo con los mapas de desviación de color con los datos de escaneo, Percival pudo garantizar que la precisión estuviera dentro de los requisitos del cliente.

The impeller Scan inside Geomagic Design X

El problema de que la pieza no estuviera en el eje central se solucionó fácilmente, ya que Design X permitió a Percival rediseñar con intención de diseño. Fue capaz de modelar la pieza extrayendo el perfil, generando un boceto y ajustando el eje de revolución a la intención de diseño adecuada. Por último, fusionó el modelo y extrajo los radios de los datos de escaneo, aplicándolos a cada cuchilla. Una vez que el modelo se completó en Design X, utilizó la tecnología LiveTransfer del software para enviar todo el modelo sólido basado en características a Solidworks y lo guardó como un archivo sldprt nativo para el cliente.

Using the CAD tools in Design X and the product knowledge provided by the customer, Percival was able to recreate the entire runner as a solid model true to design intent.

Ahorro de costos en la disminución del tiempo de inactividad de la planta de generación de energía hidroeléctrica

$ 20,000 por día *

Costo promedio para tradicionalmente realizar ingeniería inversa a un corredor

$ 3.800 y 4 días

3D Rev Eng costo

$ 2.500 y 2 días

Costo para producir manualmente herramientas de fundición a partir de datos tradicionales de ingeniería inversa

$ 35.000 y 5 semanas

Costo de las herramientas de fundición de corte CNC a partir de datos CAD hechos en Geomagic Design X

$22,000 y 3 semanas

Ahorro de costes en el mecanizado de acabados y el equilibrado de una fundición hecha de herramientas CNC

$ 3.500

Ahorro de costos y eficiencia en la generación de energía resultantes de pasajes hidráulicos y equilibrios de alta precisión

ilimitado

Conclusión

La finalización con éxito del proyecto Francis Runner ha abierto la puerta a otros proyectos de impulsores para Percival y 3D Rev Eng. Estos proyectos incluyen impulsores de acuicultura, palas de impulsores de minería y ruedas Pelton. Geomagic Design X permite a Percival utilizar rápidamente formas y superficies complejas para producir modelos en cuestión de horas, lo que de otro modo habría llevado semanas.

Ingeniería inversa, un impulsor fácil con Geomagic Design X

Producto: Geomagic Design X
Industria: Maquinaria y Equipo Industrial

Cuando el propietario de pequeñas empresas Matthew Percival de 3D Rev Eng fue contratado por Dependable Industries, una tienda de patrones y herramientas en Vancouver, Columbia Británica, para ayudar en la ingeniería inversa de una generación de energía Francis Runner casting, todo el poder de Geomagic Design X fue puesto a prueba.

Percival tenía una ventana de tiempo muy finita de un día para escanear en 3D la pieza. No hubo ningún dibujo para confirmar en contra, por lo que tuvo que ser capaz de trabajar rápida y precisamente. El corredor de trabajo que estaba siendo invertido estaba en su último ciclo de reparación y necesitaba tener un casting de reemplazo listo en un año. Los datos de escaneo se adquirieron en unas cuatro horas utilizando un escáner portátil.

Los profundos bolsillos estrechos de los pasajes hidráulicos limitaron el alcance del escáner e hicieron imposible la adquisición completa de datos. Con alrededor del 85% de la pieza escaneada, Percival sabía que tenía suficiente para hacer un modelo CAD completo utilizando el software de 3D Systems.

Modelo CAD utilizando el software de 3D Systems.

“Para mí, Design X es la elección obvia del software. La capacidad de generar modelos sólidos directamente en los datos de escaneo no tiene precio.”

Matthew Percival de 3D Rev Eng

Utilizando los datos en vivo en el lugar, Percival fue capaz de crear bocetos y superficies elevadas lisas entre los dos lados de los datos adquiridos y ajustarlo a la fundición utilizando métodos prácticos en Geomagic Design X. Hacer esto reveló una serie de detalles interesantes para el cliente:

  • El eje central del impulsor ya no era cuadrado a la
  • veletas que resulta en una parte desequilibrada e ineficiente
  • Las superficies fundidas estaban mal gastadas y fuera de la tolerancia típica
  • El volumen de cada cavidad era inconsistente
The impeller Scan inside Geomagic Design X

Design X superó fácilmente estos problemas. Percival fue capaz de generar bocetos en la hoja, así como una superficie lisa precisa que podía girar alrededor del eje de revolución extraído. A continuación, la superficie se recortó para que coincida con el perfil y giró para obtener el recuento adecuado de cuchillas. Comparando estos datos en vivo con mapas de desviación de color con los datos de escaneo, Percival pudo asegurarse de que la precisión estaba dentro de los requisitos del cliente.

El problema de que la pieza no estuviera en el eje central se solucionó fácilmente, ya que el dDesign X permitió a Percival rediseñar con intención de diseño. Fue capaz de modelar la pieza extrayendo el perfil, generando un boceto y ajustando el eje de revolución a la intención de diseño adecuada. Por último, fusionó el modelo y extrajo los radios de los datos de escaneado, aplicándolos a cada hoja. Una vez completado el modelo en Design X, utilizó la tecnología LiveTransfer del software para enviar todo el modelo sólido basado en características a Solidworks y lo guardó como un archivo sldprt nativo para el cliente.

Using the CAD tools in Design X and the product knowledge provided by the customer, Percival was able to recreate the entire runner as a solid model true to design intent.

Ahorro de costes en la disminución del tiempo de inactividad de la planta de generación de energía hidroeléctrica

$ 20,000 por día *

Costo promedio para ingeniera tradicionalmente inverso a un corredor

$ 3,800 y 4 días

Costo de 3D Rev Eng

$ 2,500 y 2 días

Costo para producir manualmente herramientas de fundición a partir de datos tradicionales de ingeniería inversa

$ 35,000 y 5 semanas

Costo para la fundición de corte CNC herramienta de fundición a partir de datos CAD hechos en Geomagic Design X

$22,000 y 3 semanas

Ahorro de costes en el mecanizado de acabados y el equilibrio de una fundición realizada a partir de herramientas CNC

$ 3,500

Ahorro de costes y eficiencia en la generación de energía resultantes de pasajes hidráulicos y equilibrios de alta precisión

Ilimitado

Conclución

La finalización exitosa del proyecto Francis Runner ha abierto la puerta a otros proyectos de impulsores para Percival y 3D Rev Eng. Estos proyectos incluyen impulsores acuícolas, palas de impulsores mineros y ruedas Pelton. Geomagic Design X permite a Percival utilizar rápidamente formas y superficies complejas para producir modelos en cuestión de horas, lo que de otro modo habría tomado semanas.

Escaneo en 3D de alta precisión para diseñar chasis personalizados con Artec Eva

Producto: 3DArtec Eva, Artec Studio, Geomagic Design X
Industria: Automotriz y Transporte

De los cientos de chasis de alto rendimiento que Jason Heard y su compañero Jack

Fisher han creado a lo largo de los años, ni uno solo ha fallado. Cuando se corre en exteriores o alrededor de una pista a velocidades vertiginosas, aparte de un accidente grave, la mayor parte de lo que puede suceder no pone en peligro la vida del conductor. Ya sea un motor reventado, un fallo del sistema eléctrico o una rotura de la transmisión, estos hechos rara vez son fatales. Un fallo del chasis, por otro lado, es casi seguro que pueda ser letal. Eso es lo que hace que los actuales diseños de chasis de alto rendimiento sean tan exigentes. Si el diseño es demasiado ligero, la resistencia y la seguridad están en juego. Pero si se utilizan más materiales, o más duros, en exceso, el rendimiento se resentirá. Los especialistas en diseño de chasis de Tekk Consulting Inc, al sur de California, intentan lograr la máxima relación fuerza-peso en cada chasis personalizado que construyen.

Su impecable reputación en el sector les permite reservar clientes con meses de anticipación y un flujo constante de proyectos de clientes privados, algunos muy importantes, incluyendo grandes fabricantes de equipos originales. Pero no siempre fue así. En 2018, con más de una década de diseño de chasis en su haber, Tekk Consulting Inc. había llegado a un punto en el que, aunque los aspectos técnicos de su trabajo eran perfectos, estaban constantemente en una carrera contrarreloj para completar sus proyectos manteniendo los altos estándares por los que son conocidos.

En ese momento no era posible aumentar el número de clientes, y eso significaba no poder asumir el volumen de proyectos necesarios para ponerse a la cabeza en la loca industria del diseño de chasis. Así que Jason y Jack analizaron por completo su flujo de trabajo. Empezaron buscando formas de hacerlo más rápido y efectivo, sin sacrificar la calidad en lo más mínimo. Una de las primeras cosas en las que se centraron fue en cómo estaban midiendo las carrocerías, partes y componentes de los automóviles. El método tradicional de utilizar calibres, cintas métricas y reglas era la forma en que garantizaban que las dimensiones fueran exactas. Pero se trataba de un proceso terriblemente lento, que requería horas e incluso días para cada proyecto. Empezaron a leer acerca de personalizadores de automóviles y tiendas que utilizan la digitalización 3D para reemplazar los métodos de medición manual. Les ahorraba horas en cada proyecto, leían. Pronto encontraron su sitio en la web de Artec 3D. El Artec Eva llamó su atención. Un ligero escáner 3D de mano, Eva captura millones de puntos cada segundo, en minutos creando modelos 3D de alta precisión de piezas de automóviles y otros muchos tipos de objetos. Así que llamaron a su distribuidor local de Artec para concertar una demostración in situ.

Como dice Heard, “Así fue. En los primeros 15 minutos de la demostración, supimos que habíamos encontrado nuestra respuesta. Así que lo compramos en ese momento. No necesitaba ningún entrenamiento, es así de fácil de usar. Ni siquiera leímos el manual. Sólo lo compramos y luego pasamos el resto de la tarde escaneando por la tienda. Al final del día, teníamos nuestro flujo de trabajo en marcha”.

Desde ese momento, Tekk Consulting Inc ha usado su Artec Eva todos los días, en cientos de proyectos incluyendo @ThePerformanceTruck de Brad Deberti, trabajos para los 10 principales fabricantes de automóviles, así como todo tipo de clásicos, muscle cars, múltiples proyectos SEMA, y mucho más. Heard explicó: “Si le preguntas a alguien que trabaja en este negocio, te dirán esto: tu reputación es tu vida. Independientemente de la razón, no hay que tomar atajos, porque la seguridad lo es todo, y nunca jamás muerdas más de lo que puedas desear. Eso significa que no hay que tomar atajos, porque la seguridad lo es todo, y nunca jamás muerdas más de lo que puedas masticar.” Continua, “Nuestro Artec Eva nos da el poder de hacer más y mejor que nunca antes. Sin renunciar a la precisión ni a la seguridad. De hecho, ahora podemos capturar digitalmente cualquier estructura de carrocería o geometría parcial que se nos presente, sin importar lo compleja que sea. Rápido y preciso”.

Escuché que describió su flujo de trabajo de escaneo con Eva: “Para las partes y componentes, construí una pequeña mesa giratoria en la que escaneo las partes. Si son brillantes, uso un poco de talco para bebés o un difusor en aerosol. Eso agrega algo así como 1/5000 de pulgada en el revestimiento de la superficie, por lo que no afecta la calidad del escaneo en absoluto.” Continuó: “Entonces escaneo la pieza, dos pasadas por un lado, dos pasadas por el otro, sólo para asegurarme de que lo tengo todo. Luego para las partes de la maquinaria del componente, para obtener el espacio exacto entre los agujeros de los pernos, y los propios agujeros, por ejemplo, sólo los dibujo en Geomagic Design X después de medirlos con un micrómetro. Así es súper fácil y rápido”. “Cuando estamos escaneando carrocerías y cabinas”, dice Heard, “normalmente escaneamos primero la geometría a grandes rasgos. Después más poco a poco ya vamos escaneamos partes de aquí o de allá. Luego los alineamos con el escaneo de la primera pasada. Después de esto procesamos los escaneos en Artec Studio.”

Nos explicó su proceso en el software Artec Studio: “Uso la herramienta Eraser, que me permite borrar fácilmente todo lo que no quiero. La base de la mesa giratoria, cualquier accesorio, etc. Dependiendo de cuánto tiempo tenga, a veces hago una auto-alineación, o lo hago manualmente, y luego después de que todo esté alineado, hago un Registro Global, etc.” “Pero en cabinas y estructuras grandes, no hago Registro Global, sólo me limito a Sharp Fusion, porque funciona perfecto para mantener todo junto y compacto. Después de eso, se exportan los escaneos a Design X/SOLIDWORKS 2020, donde comienzan a diseñar el chasis.

Eva hizo posible que Tekk Consulting Inc. maximizara el espacio dentro del camión (@ThePerformanceTruck), “donde los tubos del chasis están colocados perfectamente contra la cubierta del camión”, lo que también significa tener un espacio extra dentro de la cabina, para que la cabeza esté lo suficientemente lejos del chasis en sí. Como factor de seguridad, en palabras de Heard, “Es una pasada”.

En el caso de que el coche o el camión se volcara, siempre debe haber suficiente distancia entre el chasis y la cabeza. Con Eva, han sido capaces de maximizar esto. “Y eso para nosotros es un plus increíble. Es el resultado directo de tener un escaneo perfecto de la carrocería del auto o camión, que nos permite diseñar un chasis que se ajusta como un guante.”

Todo personalizador de automóviles que haya necesitado alguna vez archivos CAD de un OEM sabe de la frustración, aunque sea de vez en cuando, de esperar y esperar a que lleguen. Cuando los plazos de los proyectos se acercan y los clientes se desesperan, es cuando la paciencia se agota. Como dice Heard, “Si tuviéramos que esperar a los archivos CAD antes de ponernos a trabajar, no habría manera de que pudiéramos cumplir con los plazos tan ajustados que tenemos, de ninguna manera. Ahora no tenemos que esperar. Lo escaneamos nosotros mismos, ya sea un Porsche o un Toyota o un lote de piezas, lo que sea.”

“Y cuando comparamos nuestros escaneos con Eva con los archivos CAD que finalmente aparecen… ¡Vaya! No creerías lo parecido que son. Al principio nos sorprendimos, pero después de cientos de proyectos, nos hemos acostumbrado. Ahora ni siquiera esperamos a los archivos CAD. Sólo escaneamos y nos ponemos a trabajar. Sólo eso nos ha ahorrado días de espera”.

En lo que respecta a trabajar con coches clásicos, rara vez, si es que alguna vez, existen tales archivos CAD. Es entonces cuando el escaneo 3D se convierte en un factor decisivo del proyecto. Heard explicó: “Con Eva, puedo escanear partes o chasis completos de coches clásicos”. Continuó, hablando de las posibilidades, “Puedo transformarlo como quiera en Geomagic, imprimirlo en 3D o fresarlo con CNC, o venderlo online a empresas de todo el mundo que hacen este tipo de trabajos. Tiendas con pocos trabajadores que son fabricantes o constructores y que producen entre 10 y 20 coches al año, así funciona el 90% del sector.” En cuanto a las tolerancias de fabricación como parte del proceso, éstas también son apreciables cuando se escanean cabinas y carrocerías en 3D directamente desde la línea de montaje. Según Heard, ” Se sabe que los archivos CAD de los fabricantes de equipos originales no tienen en cuenta las tolerancias de fabricación”. Explica: “Si trabajas con un coche americano, podrías tener una desviación de 1/4″, y eso sería aceptable. En un coche extranjero realmente caro, por ejemplo, será quizás de 1/8″. Nuestros escaneos con Eva son mucho más precisos que eso. Así que cuando vemos las diferencias entre los escaneos 3D y los archivos CAD, tenemos en cuenta esas tolerancias”.

Se puede escanear mucho más en un día de lo que se puede medir a mano, Heard dijo: “Por ejemplo, ayer por la mañana escaneé la suspensión delantera de un nuevo Raptor, 360 grados, todo. Luego escaneé cinco asientos de carrera diferentes, añadidos en la geometría de la montura, y ahora los escaneos se pueden llevar a cualquier archivo CAD cuando estemos diseñando el chasis, de modo que estos asientos estarán perfectamente montados”.

Tekk Consulting Inc. ha adoptado el escaneo 3D con Eva con tanto entusiasmo que han empezado a vender sus escaneos online a través de su mercado digital en DIYoffroad.com. A lo largo de los años los han contactado cientos de personalizadores de automóviles y diseñadores de chasis en muchos países del mundo. Y el mercado sólo hace que crecer. Heard ha estado recomendando Artec Eva a todos en el sector. En sus palabras, “Estoy totalmente de acuerdo en compartir lo que hacemos aquí. Incluyendo detalles sobre la increíble tecnología que hemos estado usando. Gracias a nuestro Eva, estamos donde estamos hoy, con un montón de trabajo pendiente y la capacidad de elegir nuestros proyectos.” Jason Heard imagina un futuro en el que, “Cada taller y diseñador de automóviles tendrá su propio escáner e impresora 3D. El mercado ya se está moviendo en esta dirección. Los especialistas de todo el mundo crearan contenidos digitales, para usarlos en sus tiendas, o para venderlos online a otros clientes.”

Nos cuenta además: “Un ejemplo: un italiano coge su Eva y escanea un Ferrari nuevo, o uno clásico, con las piezas que quiera, guardabarros, parachoques, etc., y horas más tarde lo junta todo en un pack, o lo personaliza y lo convierte en un kit de carrocería ancha”.

Otro aspecto del trabajo de diseño de alto rendimiento que realiza Tekk Consulting Inc. es el Análisis de Elementos Finitos (FEA) en los componentes escaneados, generalmente a través de la aproximación de la capa fina. Esto conlleva la captura de las dimensiones precisas de las piezas y luego el análisis de su resistencia mecánica y rigidez, o cuánto pueden doblarse y cómo se ve esa desviación en el CAD. Este proceso les permite rediseñar un componente para resolver un punto de fallo, asegurando al mismo tiempo que el componente funciona igual o mejor que antes.

En el pasado eso requería medir a mano estos componentes, lo que a menudo llevaba horas, incluyendo la doble comprobación y volver a medir. Pero ahora con su Eva en mano, están capturando con precisión esas piezas en minutos. Desde los ejes de control a las juntas giratorias, las barras antivuelco a las suspensiones enteras. No es necesario volver a medir o calcular.

Heard explicó por qué eso es tan crucial, “No importa cuán sorprendente sea tu FEA, si los datos que entran son defectuosos, aunque sea por una fracción de milímetro puede ser un desastre. No hay forma de mejorar esos sistemas si ya vienen con errores de medición”. “Nuestro Eva ha sido un gran cambio para nosotros. Ahora voy a coger un montón de piezas y las voy a escanear antes de la comida. Al final del día, habremos hecho todos los análisis y todo estará listo para crear el diseño final”. Para resumir el efecto que Eva ha tenido en su trabajo, Heard añade, “Cuando construyes coches de carreras y había una fase que solía llevarte de 14 a 16 horas, y ahora sólo te lleva de 2 a 3 horas, es una enorme diferencia, sin hablar de la precisión y la seguridad que nos ofrece Artec Eva.”