Cómo un entusiasta de la bicicleta de montaña diseñó y fabricó su bicicleta personalizada de fibra de carbono desde cero con Siemens NX

Producto: NX CAD
Industria: Académico

Siemens no solo ofrece productos a las grandes empresas, sino que también las pequeñas y medianas empresas e incluso los particulares pueden suscribirse y beneficiarse de la cartera de software y servicios de Siemens Xcelerator. Esto es lo que demuestra este caso:

Recientemente nos enteramos del proyecto realizado por un entusiasta de la bicicleta de montaña alemán, que se hace llamar el tío Bob, y su viaje que comenzó con una pantalla vacía y terminó con una bicicleta de montaña de fibra de carbono hecha a medida.

El viaje del tío Bob

Debido a una lesión por andar en bicicleta, el tío Bob necesitaba un nuevo proyecto para mantenerse entretenido. Es el fundador de una consultoría de ingeniería, razón por la cual era propietario del software CAD NX de Siemens y tiene experiencia con él. Entonces, en su tiempo libre, comenzó a garabatear directamente en Siemens NX con un enfoque de prueba y error y, en las siguientes semanas, sus ideas se convirtieron en un concepto sólido. 

bicicleta de montaña en el bosque

Bob estaba especialmente encantado con las abundantes e individuales opciones de visualización en 3D que NX tenía para ofrecer, le permitieron trabajar de forma creativa y ver el resultado realista de su diseño antes de construirlo. 

Teniendo en cuenta el diseño, el tío Bob ha optado por un enfoque de forma que sigue a la función: “Si algo ya parece algo que no durará, seguramente no durará durante las pruebas”. 

¿Por qué NX?

Aparte del aspecto del diseño, realmente aprecia NX por la capacidad de probar y verificar sus datos de diseño CAD en herramientas de simulación de análisis de elementos finitos (FEA), que utiliza en su vida profesional diaria, así como con esta bicicleta. “No me he arrepentido de la inversión en Siemens NX, valió la pena y definitivamente me ayudó a agilizar los procesos. Antes de NX, tenía que copiar datos manualmente de un programa a otro. La implementación de NX en Daimler me hizo comenzar a buscar mejores soluciones”. 

modelo de bicicleta dentro de nx

Entonces, se realizó un estudio FEA para probar el marco y la estructura. Después de todo, las bicicletas de montaña como estas deben soportar grandes fuerzas físicas debido a grandes saltos, terreno suelto y altas velocidades. ¡Y su bicicleta lo hizo!

Por ejemplo, sus cálculos dieron como resultado que el marco alrededor del pedalier puede soportar saltos o caídas con más de 6000 N. Para las áreas que fallaron en sus pruebas, la disposición del material compuesto se modificó en Siemens NX y se agregaron capas adicionales para fortalecer estas áreas.

Comenzar y empezar a construir con NX

molde de modelo de bicicleta

Con un concepto libre de fallas listo, diseñó un molde de inyección en Siemens NX que podría usar para producir las piezas de fibra de carbono. Debido a las amplias funciones 3D en Siemens NX, pudo hacer que el molde fuera lo más pequeño y eficiente posible. Luego comenzó a trabajar en su garaje: se fundió un núcleo de cera que representa la geometría interna del cuadro de carbono. Luego, envolvió la fibra de carbono alrededor y cerró el molde herméticamente. Utilizando vacío y alta presión, se inyectó en el molde una resina de endurecimiento. Después de unas pocas horas de templado, la resignación se endureció y, con una temperatura más alta, el núcleo de cera se fundió y fluyó. Ahora el marco estaba hecho. No aplicó una capa transparente al marco porque el tío Joe estaba lo suficientemente seguro de que su construcción y los materiales utilizados eran lo suficientemente duraderos de todos modos.

Después de eso, se hizo el marco y comenzó a ensamblar todas las partes del marco personalizadas y compró partes estándar juntas. Unas semanas más tarde todo estaba listo, una fat bike de montaña extrema, que en general solo pesaba 17 kg, con el cuadro de carbono forjado personalizado construido por NX que solo ocupaba 3 kg de eso. Después de su primer viaje de prueba, Bob quedó más que impresionado:

“¡Loco! Músculos adoloridos en la cara por la sonrisa permanente. Solo puedo decir: De ensueño. La moto me queda como un guante.”

El equipo Alpine F1 avanza en la gestión de fluidos y energía con un acumulador hidráulico impreso en titanio

Producto: DMP Flex 350
Industria: Automotriz y Transporte

El equipo Alpine F1 recurrió a la fabricación aditiva de metal (AM) para impulsar el rendimiento de su automóvil mediante la producción de un acumulador hidráulico de titanio con funcionalidad completa en un espacio mínimo. Con años de suministro y desarrollo en colaboración con 3D Systems, el equipo Alpine F1 seleccionó la tecnología de impresión directa en metal (DMP) de 3D Systems para producir la pieza compleja y confió en la experiencia y los procesos de limpieza patentados de 3D Systems para garantizar una calidad óptima. 

“Más allá de la precisión necesaria de la pieza en sí, teníamos requisitos de limpieza de fluidos muy estrictos para la bobina inversora que solo podían lograrse asociándonos con 3D Systems. Su proceso de limpieza patentado tiene un historial comprobado en aplicaciones de alto rendimiento para entregar componentes libres de partículas, incluso en canales internos desafiantes”. 

 – Pat Warner, Gerente de Fabricación Digital Avanzada, Equipo Alpine F1 

IMPULSA EL RENDIMIENTO CON DISEÑO Y FABRICACIÓN AVANZADOS

Alpine F1 Team mejora continuamente su automóvil, trabajando en ciclos de iteración muy cortos para avanzar y refinar el rendimiento tanto como sea posible. Los desafíos constantes incluyen trabajar dentro del espacio limitado disponible, mantener el peso de las piezas lo más bajo posible y cumplir con las restricciones normativas en evolución.  

Los expertos del Grupo de innovación de aplicaciones (AIG) de 3D Systems proporcionaron al equipo Alpine F1 los conocimientos técnicos para hacer posible la producción de titanio para un componente en espiral complejo con una geometría interna desafiante e impulsada por funciones. La fabricación aditiva ofrece una oportunidad única para superar los desafíos de la innovación acelerada mediante el suministro de piezas altamente complejas con plazos de entrega cortos. Para piezas como el acumulador hidráulico del equipo Alpine F1, se requería experiencia AM adicional para una pieza exitosa debido al nivel de complejidad del diseño y los estrictos requisitos de limpieza.  

Bobina de inerter impresa en 3D de metal diseñada por Alpine F1
La fabricación aditiva permitió al equipo Alpine F1 maximizar la longitud de la bobina amortiguadora mientras empaquetaba la funcionalidad completa dentro de un espacio restringido.

01 Funcionalidad compleja del empaque en un espacio limitado

Para el acumulador, específicamente una bobina de inercia de líquido de levantamiento trasero, el equipo Alpine F1 diseñó un amortiguador de línea dura, que es parte de un amortiguador de levantamiento trasero en el sistema de suspensión trasera dentro de la caja principal de la caja de cambios. El acumulador, un tubo largo y rígido, almacena y libera energía para promediar las fluctuaciones de presión. Como tal, el rendimiento del amortiguador de línea se correlaciona con su volumen interno y, por lo tanto, con la longitud del componente. 

La fabricación aditiva permitió al equipo Alpine F1 maximizar la longitud de la bobina amortiguadora mientras empaquetaba la funcionalidad completa dentro de un espacio restringido. Según Pat Warner, Gerente de Fabricación Digital Avanzada en Alpine F1 Team, el diseño final sería imposible de producir usando cualquier otro método: “Diseñamos esta parte para que sea tan volumétricamente eficiente como sea posible y para compartir el grosor de la pared entre los tubos adyacentes. Alcanzar este volumen solo es posible con AM”. 

La bobina de amortiguación de titanio final se fabricó con  DMP Flex 350 de 3D Systems , un sistema AM de metal de alto rendimiento que presenta los mejores niveles de oxígeno de su clase (<25 ppm) y una atmósfera de impresión inerte. La arquitectura de sistema única de las máquinas DMP de 3D Systems garantiza piezas excepcionalmente fuertes y precisas con alta pureza química y la repetibilidad necesaria para las piezas de producción. 

02 Limpieza de piezas para un rendimiento impecable

Durante el funcionamiento, la bobina amortiguadora se llena de líquido y compensa las fluctuaciones de presión dentro del sistema absorbiendo y liberando energía. Para que funcione correctamente, el fluido tiene una especificación de limpieza para evitar la contaminación. El uso de AM de metal para diseñar y producir este componente ofreció beneficios considerables en términos de funcionalidad, integración en el sistema más grande y reducción de peso; sin embargo, el equipo enfrentó un desafío cuando se trataba de eliminar completamente el polvo de los canales internos.   

Para lograr una evacuación completa del material en estas complejas impresiones metálicas, AIG de 3D Systems contribuyó con su vasto conocimiento del proceso para aplicar un protocolo de limpieza patentado que se ha utilizado con éxito en decenas de miles de piezas y garantiza componentes de titanio libres de partículas. Para los clientes que planean adoptar metal AM y requieren el más alto grado de limpieza de piezas para canales internos, 3D Systems tiene un protocolo establecido para transferir este conocimiento a nuevas instalaciones. 

Coche de carreras F1 alpino
Alpine F1 Team trabaja en ciclos de iteración muy cortos para mejorar y perfeccionar el rendimiento de su automóvil tanto como sea posible.

03 Flujo de trabajo de metal de calidad

La completa solución AM de metal de 3D Systems va más allá de su experiencia líder y su plataforma de impresión de metal para incluir materiales cuidadosamente desarrollados y optimizados y el software 3DXpert. 3DXpert es un software todo en uno para preparar, optimizar y administrar el flujo de trabajo de impresión en metal.  

El equipo Alpine F1 seleccionó el material LaserForm Ti Gr23 (A) para su acumulador, citando la alta resistencia y la capacidad de producir con precisión secciones de paredes delgadas como las razones de su elección. Todos los materiales LaserForm tienen parámetros de impresión específicos y ampliamente desarrollados  dentro de 3DXper t que combinan la experiencia de los ingenieros de 3D Systems dentro del flujo de trabajo para obtener resultados de la más alta calidad.

04 Consulta de expertos

El equipo Alpine F1 aprovechó el diseño de 3D Systems para la experiencia en fabricación aditiva para acelerar su camino hacia adelante y avanzar en su éxito con orientación sobre la orientación de construcción óptima, espesores de pared alcanzables y cómo compartir paredes entre secciones de paredes adyacentes, así como su experiencia en posprocesamiento. . Como co-desarrollador constante de soluciones innovadoras y pioneras en la industria, el grupo de innovación de aplicaciones de 3D Systems tiene una amplia y profunda experiencia en la transición de aplicaciones de conceptos a fabricación a escala.  

3D Systems es socio de cientos de aplicaciones críticas en industrias donde la calidad y el rendimiento son primordiales. El enfoque sistematizado de 3D Systems para escalar desde la creación de prototipos hasta la producción garantiza un camino simplificado hacia piezas AM calificadas, y el líder AM también ofrece transferencia de tecnología para ayudar a los clientes a adoptar con éxito la fabricación aditiva dentro de sus propias instalaciones. 

Tras el éxito del acumulador impreso en titanio del Alpine F1 Team, Warner dice que el equipo se animó a buscar componentes de suspensión más complejos el año siguiente. 

Ingeniería inversa de piezas de máquinas enormes en ubicaciones difíciles con Artec Eva y Geomagic Design X

Producto: Geomagic Design X
Industria: Automotriz y Transporte

Para adaptar una máquina de construcción, dos de sus piezas se escanearon en 3D, se sometieron a ingeniería inversa y se fresaron de nuevo.

El Gold Partner de Artec en Turquía, Teknodizayn, completó con éxito un proyecto para reemplazar piezas viejas de una máquina de construcción por otras nuevas, fresadas a partir de modelos 3D que se hicieron con Artec Eva, un escáner 3D portátil de alta precisión para objetos grandes .

El trabajo fue encargado por Assan ASP, un conocido fabricante y distribuidor internacional de repuestos para máquinas de construcción.

Normalmente, Assan ASP tardaría un par de semanas en medir y dibujar estas piezas, y algunos de los elementos eran bastante difíciles de medir con precisión con los métodos tradicionales.

Después de una demostración de Teknodizayn , los gerentes de Assan ASP vieron que es significativamente más fácil y mucho más rápido trabajar con las soluciones de escaneo 3D de Artec y el software de ingeniería inversa Geomagic en casos como este.

La tarea consistía en duplicar dos partes independientes de una máquina de construcción (ensamblaje de barra de tiro y yugo y ensamblaje circular) para uso futuro.

La tarea consistía en duplicar dos partes independientes de una máquina de construcción (ensamblaje de barra de tiro y yugo y ensamblaje circular) para uso futuro. Las piezas debían fabricarse con precisión a partir de los datos obtenidos durante el escaneo 3D y luego ajustarse al mismo tipo de máquina de construcción.

“Como sabemos, los escáneres 3D de Artec son los mejores para usar en situaciones donde hay una gran parte que necesita escanearse en un lugar donde las condiciones son difíciles. Este era exactamente este tipo de situación”, dice Ali Can Boysan, Gerente de Ventas y Soporte Técnico de Teknodizayn.

Ali tuvo que escanear en las instalaciones de la planta de fabricación, usando un equipo de seguridad especial. Usó el escáner Eva de Artec junto con el paquete de baterías de Artec ya que no había acceso inmediato a la fuente de alimentación principal.

Ali Can Boysan escanea el conjunto de la barra de tiro y el yugo con Artec Eva.

“La libertad de movimiento con el paquete de baterías de Artec fue una gran ventaja, caminé libremente por las piezas”, dice Ali.

Las partes presentaban algunas superficies brillantes y metálicas, por lo que esas áreas debían rociarse antes de escanear.

“Artec Eva era el escáner adecuado para este trabajo ya que las piezas eran muy grandes y la precisión requerida estaba en el rango de la precisión de Artec Eva”, dice Ali. “El escaneo fue bastante rápido y fácil teniendo en cuenta que se trataba de piezas enormes, de unos 3 metros”.

Escaneo del conjunto circular con Artec Eva.

Cada parte tardó entre 30 y 40 minutos en escanearse en detalle (incluidas las áreas superior e inferior).

“Fueron sesiones de escaneo muy rápidas”, dice Ali. “Ningún otro escáner puede medir piezas tan grandes con tanta precisión y rapidez”.

Una vez que terminó con el escaneo, Ali transfirió los datos a su computadora en la oficina de Teknodizayn. El posprocesamiento de cada pieza en el software de imágenes 3D Artec Studio 11 tomó alrededor de 4-5 horas. Hubo numerosos escaneos desde diferentes ángulos en los lados superior e inferior de las piezas, lo que sumó una gran cantidad de datos.

El modelo .stl del conjunto de barra de tiro y yugo en Artec Studio 11.

Los datos fueron procesados ​​manualmente. Primero se borraron las partes innecesarias de los escaneos y luego se alinearon los escaneos utilizando el algoritmo de alineación punto a punto rápido y simple. Luego se aplicó el registro global con textura y geometría, lo que resultó en una nube de puntos densa y precisa que necesitaba ser mallada. El siguiente paso fue Sharp Fusion con la mejor resolución posible, creando modelos de malla .stl listos para la ingeniería inversa.

El modelo .stl del conjunto circular en Artec Studio 11.

Los archivos se exportaron al software de ingeniería inversa Geomagic Design X. “Este es sin duda el programa mejor, más rápido y más fácil entre sus competidores”, dice Ali. “Nuestro especialista en ingeniería inversa primero dividió automáticamente las partes en regiones y luego las alineó para coordinar planos. Más tarde dibujó paramétricamente los modelos sólidos con precisión, característica por característica. Después de 7-8 horas de trabajo en cada pieza, los modelos sólidos estaban listos para ser fabricados directamente”.

El ensamblaje de la barra de tiro y el yugo en Geomagic Design X.

El ensamblaje circular en Geomagic Design X.

Las piezas fabricadas lograron la precisión exacta requerida. Se instalaron y probaron en una máquina de construcción en funcionamiento y demostraron que encajaban muy bien. Assan ASP quedó impresionado con los resultados y compró un paquete de Artec Eva, Space Spider y Geomagic para SOLIDWORKS CAD para mejorar su flujo de trabajo tradicional y utilizar la tecnología en I+D en el futuro.

EL ESCÁNER 3D AMPLÍA LOS SERVICIOS DE CONTROL DE CALIDAD

Producto: HandySCAN 
Industria: Productos de Consumo y Venta

Con sus soluciones líderes en los campos de prueba y medición, sistemas tecnológicos y redes y ciberseguridad, Rohde & Schwarz , una empresa de tecnología con sede en Múnich, es una de las pioneras de un mundo más seguro y en red. Fundado hace más de 85 años, el grupo es un socio confiable para sus clientes en los sectores industriales y gubernamentales de todo el mundo.

Planta de Teisnach Rohde & Schwarz

HandySCAN 3D para la planta de Teisnach de Rohde & Schwarz

La planta de Teisnach es un proveedor de sistemas y un centro de fabricación mecánica y electrónica dentro de la red de Rohde & Schwarz. Entre los productos fabricados en la planta se encuentran escáneres corporales, carcasas, placas de circuito impreso, transmisores de TV y radio, sistemas de comunicaciones inalámbricos específicos del cliente, piezas micromecánicas de precisión y productos electromecánicos personalizados de todo tipo. Como fabricante por contrato, los servicios de fabricación se ofrecen como parte de la gama completa de servicios, desde el desarrollo de productos y software hasta el servicio posventa.

Tan amplia mente diversificada como es la planta de Teisnach, también lo son las tareas de medición, que pueden ir desde flujos de trabajo de control de calidad en las propias líneas de producción de la empresa hasta tareas completas de ingeniería inversa para proyectos de fabricación aditiva.

Panel frontal que hay que medir en Rohde & Schwarz
Guía de ondas que debe medirse en Rohde & Schwarz

Se iba a introducir un sistema de medición 3D flexible en la planta de Teisnach para poder complementar la gama de servicios ofrecidos por el departamento de control de calidad interno. El objetivo era encontrar una herramienta de medición que ofreciera la mayor flexibilidad posible tanto en las mediciones como en sus aplicaciones: control de calidad, medición de interiores de vehículos para modificaciones, inspecciones de superficies de forma libre y procesos de fabricación aditiva. El objetivo era lograr un alto nivel de precisión en todo momento. Además, el equipo buscaba reducir los tiempos de inspección e implementar un método más rápido y sencillo para crear modelos 3D.

Los requisitos de precisión también incluían poder objetos que van desde el tamaño de un cubo de 10x10x10 mm hasta la geometría del vehículo de un jeep, con una precisión requerida de hasta 25 µm.

Interior del crucero con objetivos preparados para escaneo 3D
Escaneo 3D del interior de un crucero

El HandySCAN NEGRO | Elite de Creaform cumplió con todos los requisitos del sistema de medición y se integró como una extensión de la gama de servicios de control de calidad en Rohde & Schwarz, donde ya se utilizan otros dispositivos de medición ópticos y táctiles estacionarios.

El factor decisivo para seleccionar la solución de escaneo 3D de Creaform fue la amplia gama de aplicaciones que podía manejar y las siguientes funciones:

  • Alta precisión y adquisición rápida de superficies de forma libre y componentes grandes, así como evaluación rápida de los datos de escaneo. Gracias al escaneo sin contacto, las superficies y los contornos altamente sensibles nunca se dañan, a diferencia de cuando se usa una sonda táctil para inspeccionar piezas, como componentes chapados en oro.
  • Ahora se pueden escanear herramientas de estampado o moldeo por inyección antiguas o dañadas para las que no se dispone de un conjunto de datos 3D. Los datos de escaneo generados se pueden usar para generar un modelo CAD y reproducir las herramientas.
  • Flexibilidad, precisión y facilidad de uso en el manejo del escáner 3D
  • Debido a las altas velocidades de escaneo, la cantidad de tiempo necesario para el diseño de interiores de vehículos se ha reducido de 1 día laboral a 2 horas laborales.
Escaneo 3D de un reflector con HandySCAN BLACK Elite (Imagen: Supracon AG)

Resumen

El HandySCAN 3D se utiliza regularmente en la planta de Teisnach. Los operadores realizan mediciones 3D en la sala de medición dedicada, directamente en el taller para las inspecciones de componentes y en las instalaciones del cliente.

“ Debido a la portabilidad y el alto nivel de precisión del HandySCAN BLACK | Elite, creamos valor agregado para nuestros clientes que no hubiera sido posible con nuestro equipo existente. El sistema Creaform es extremadamente versátil y representa una gran mejora para nosotros, especialmente para la construcción de vehículos especiales. Por ejemplo, ahora podemos medir con precisión y rapidez los interiores de los vehículos para diseños adaptables. Además, podemos verificar de manera eficiente las superficies de forma libre con el escáner. También se debe destacar el excelente servicio y soporte brindado por Creaform. En general, estamos muy satisfechos ”, dijo Josef König, Jefe de Garantía de Calidad/Tecnología de Pruebas en la planta de Rohde & Schwarz en Teisnach.

Escaneo 3D para la reconstrucción de accidentes de tráfico: Cómo utiliza Origin Forensics el Artec Leo

Producto: Artec Leo
Industria: Automotriz y Transporte

Cada vez que el doctor Jarrod Carter, experto en reconstrucción forense de accidentes, se acerca a un accidente complicado, se hace muchas preguntas: ¿A qué velocidad iba el coche cuando se estrelló contra el puente? ¿Cuántos segundos antes del impacto frenó el conductor? ¿Llevaban todos los ocupantes el cinturón de seguridad? ¿Y en qué medida los dispositivos de seguridad del coche protegían a sus ocupantes?

Cuando se recurre a Carter y a su equipo de Origin Forensics recogen una gran variedad de datos, incluidos modelos 3D del lugar a partir de fotos tomadas con drones y escáneres láser con trípodes, informes policiales, fotos del lugar o vídeos de la policía, imágenes de vigilancia, vídeo de la cámara del semáforo, vídeo de la cámara del salpicadero y datos de la grabadora de datos de eventos (EDR, también conocida como la “caja negra” del coche).

Estas distintas fuentes ofrecen gran cantidad de detalles de los segundos que preceden al accidente: uso de los frenos, accionamiento del acelerador, ángulo del volante, aceleración lateral/longitudinal, velocidad de giro, revoluciones del motor, posiciones de las marchas, etc.

Artec Leo es su nueva herramienta para dar respuesta a todas estas preguntas.

Origin utiliza Leo, un escáner 3D de mano inalámbrico único, la herramienta perfecta para dar luz a muchos misterios de los accidentes. Ya han podido comprobar como Leo representa un doble digital del exterior o el interior de un vehículo en menos de una hora, de parachoques a parachoques, con una precisión submilimétrica.

Captura de pantalla del software Artec Studio que muestra el escaneo de Leo del Dodge Charger

Antes, en su empeño por crear duplicados digitales de vehículos siniestrados, utilizaban un escáner láser 3D montado sobre un trípode. El proceso de escaneo implicaba reposicionar físicamente el escáner muchas veces alrededor del vehículo, en varias elevaciones, por dentro y por fuera, para registrar todos los detalles posibles.

E, incluso con todo ese reposicionamiento, el detalle, aunque tremendamente mejor que el método de plomada y cinta métrica que Carter utilizaba al comienzo de su carrera, seguía careciendo de la calidad necesaria para crear un doble digital convincente.

El técnico forense Kyle Rothwell escaneando un Dodge Charger 2014 accidentado con Artec Leo (en Spalding’s Auto Parts en Spokane Valley, WA)

Otro gran problema del proceso de trabajo del escáner láser con trípode era el tiempo. Cada escaneo con el escáner de trípode lleva varios minutos, sin contar el tiempo de reposicionamiento. Un escaneo detallado de un vehículo podía llevar fácilmente una hora y, en algunos casos, hasta dos o tres horas.

Poco tiempo para escanear todo un vehículo

Cuando Carter y su equipo se ponen a trabajar, suelen contar con un margen de entre cuatro y ocho horas de acceso a un vehículo, y el escaneo no es su único asunto en la agenda. Y, en general, cuando van a escnear un vehículo lo toman como la última toma de contacto con el mismo. Por lo tanto, el ahorro de tiempo durante la fase de escaneo les da un poco más de margen para asegurarse de que la inspección sea lo más completa posible.

Jarrod Carter Ph.D., escaneando un Dodge Minivan con Artec Leo (en Insurance Auto Auction en Puyallup, WA)

“Esta (la cuestión del tiempo) es una de las principales razones por las que busqué una solución mejor que nuestro escáner láser con trípode. Buscaba velocidad y flexibilidad, lo que Leo nos ofrece es una solución sin cables ni equipos conectados que ralenticen el trabajo. Ya no tengo la sensación de quedarme sin tiempo para el escaneo”, dice Carter.

“Como el vehículo es lo más importante de nuestro trabajo, es importante dedicar el tiempo suficiente a recopilar los datos necesarios para su doble digital, incluso cuando eso nos llevaba mucho más tiempo que ahora. Ahora, con Leo, recogemos los datos para el doble digital del vehículo mucho más rápido. Y puedo utilizar la pantalla táctil de la parte trasera para comprobar que la malla 3D y la textura se están capturando con calidad, y así asegurarme de que tengo lo que necesito antes de salir”, explica Carter.

Si me he perdido algún detalle del vehículo o no he obtenido los datos que quería en una zona, puedo volver a escanear fácilmente cualquier pieza o parte del vehículo simplemente moviendo el escáner”. No es como antes, con el flujo de trabajo de escaneo láser con trípode, en el que teníamos que esperar a volver a la oficina y empezar a procesar los datos, para darnos cuenta de que alguna textura o geometría no se había capturado del todo bien. Con Leo, cuando nos vamos del vehículo, estamos seguros de que lo tenemos todo”.

La importancia de las texturas al detalle

En lo que respecta a los datos de textura, Carter se muestra muy satisfecho con las posibilidades que ofrece Leo: “Lo que no esperábamos de Leo era que captara la información de textura con tanta fidelidad. El color y los detalles de la superficie parecen fotorrealistas, o casi. Y la textura no está aislada en los puntos concretos de la nube de puntos, como ocurre con el escaneo con trípode”.

“En cambio, la textura rellena los espacios entre esos puntos. Un extra de rellenar los huecos viene cuando examinas el vehículo desde perspectivas que no tenías en cuenta cuando estabas en la inspección. Ahora no estoy limitado por las fotos que tomé en la inspección. Puedo crear, bajo demanda, lo que parecen ser fotos de inspección de distintos puntos del vehículo”.

Carter continua, “Con Leo conseguimos escaneos de gran precisión que proporcionan datos geométricos más que suficientes para cualquier análisis que necesitemos hacer. Y luego añades la textura de la foto para que quede real. Recuerdo la primera vez que hice un zoom sobre el modelo de un vehículo que capturamos con nuestro Leo. Fue fantástico. Era exactamente igual que el vehículo, que es lo que se busca con un doble digital. Antes no podíamos crear modelos de tanta precisión. Ni de lejos”.

Captura de pantalla de Artec Studio que muestra el escaneo con Leo del Dodge Minivan

Tener un doble digital del vehículo, que es real hasta el más mínimo detalle, ha sido la meta de Carter y su equipo desde que empezaron a usar su Leo. “Cuando nos sentamos a revisar los escaneos del Leo en Artec Studio, es como si estuviéramos al lado del vehículo tal y como se veía durante la inspección. Podemos ver las pruebas desde cualquier perspectiva que queramos, y podemos medirlas con una precisión extraordinaria”, dice Carter.

Inspección de los daños del vehículo en Artec Studio

Carter explica cómo utilizan los datos de su Leo: “Una vez que recopilamos los escaneos de un vehículo dañado, alineamos las partes no dañadas de ese vehículo con un modelo 3D o un conjunto de datos de escaneo de un vehículo similar no dañado. La comparación entre el vehículo dañado y el no dañado nos permite determinar el alcance del aplastamiento en el vehículo dañado, lo que nos ayuda mucho a determinar la dirección y la magnitud de las fuerzas de colisión, así como la cantidad de energía absorbida en la misma”.

“Podemos calcular el cambio de velocidad (delta-V) a partir de la energía absorbida y la velocidad de impacto con otras pruebas suficientes. Además, podemos utilizar la comparación entre los vehículos dañados y los no dañados junto con nuestro análisis de la colisión para ayudar a otros expertos que intentan determinar cómo resultaron heridos los ocupantes, y a otros expertos que valoran la posibilidad de que algún aspecto del diseño o la fabricación del vehículo causara o potenciara esas lesiones.”

Del escaneo 3D al análisis biomecánico de las lesiones

Origin Forensics también utiliza los datos de Leo para el análisis biomecánico de las lesiones. En este caso, Carter y su equipo traducen el suceso del choque exterior a los acontecimientos que afectan a los ocupantes del interior del vehículo. Un aspecto clave del análisis se centra en determinar cómo interactuaban los ocupantes con los elementos interiores del coche en el momento del impacto.

Como dice Carter, ” relacionamos las lesiones de los ocupantes con los elementos del habitáculo que las causaron, y determinamos si alguno de los elementos de seguridad no funcionó como se esperaba, ya sean los airbags, los cinturones de seguridad o cualquier otro elemento diseñado para evitar las lesiones. ¿Podría haberse diseñado o fabricado algo de forma diferente para evitar esas lesiones? Analizamos todos los escenarios posibles”.

Carter y Rothwell analizan los datos del escaneo del Dodge Charger 2014 en Artec Studio

Durante las primeras consultas con el cliente, tanto en persona como a través de la web, Carter puede compartir su pantalla y mostrar el modelo digital que su equipo creó con Leo, señalando y explicando cualquier detalle importante.

Inspección de los patrones de deformación por aplastamiento del cargador mediante la función de mapeo de distancia entre superficies de Artec Studio

Como explica Carter, “Navegar por un modelo 3D tan detallado es un añadido de gran valor frente a las fotos 2D del vehículo, las cuales están congeladas en el tiempo desde la perspectiva elegida. A menudo el cliente tiene curiosidad por un aspecto concreto del vehículo y con el 3D podemos llevarlo hasta allí y mostrárselo como si estuviéramos junto al vehículo o viendo una foto tomada desde esa perspectiva”.

Uso de escáneres Leo para informes completos de daños en vehículos

Tras las primeras consultas con un cliente, se puede dar la necesidad de presentar un informe escrito o de testificar en una declaración o en un juicio. Es muy importante porder persentar pruebas que ayuden al lector del informe o a los miembros del jurado a comprender la naturaleza y el alcance de los daños sufridos por el vehículo o vehículos implicados. Y los modelos 3D generados a partir de los escaneos Leo aportan los elementos necesarios para elaborar pruebas visuales convincentes.

El técnico forense Kyle Rothwell, experto interno de Origin Forensics en Leo, describe cómo procesa los escaneos de Leo en el software Artec Studio: “Después de importar los escaneos de Leo, primero ejecuto el registro global en un grupo de escaneos, luego hago la Eliminación de valores atípicos en cada uno de los grupos, después de lo cual los alineo.”

Rothwell procesando los escaneos Leo del Dodge Charger 2014

“A continuación, limpio los datos geométricos dispersos, como trozos de vidrio, suciedad, asfalto, etc. Una vez que los datos brutos están registrados, alineados y limpios, oriento los escaneos para establecer el plano del suelo y rotar el objeto de manera que la vista lateral derecha = el lado derecho del vehículo.”

A continuación, ejecuto una Fusión de Malla, seguida de una Simplificación Rápida de Malla. En el caso de vehículos, lo apropiado es una densidad de malla de entre 2 y 5 millones de triángulos. A partir de ahí, aplico la información de la textura para la exportación y selecciono la reducción del resplandor. Normalmente utilizo un mapa de textura de 8K para conservar los detalles más pequeños. Después el modelo está listo para exportar, normalmente en formato .OBJ con textura .PNG.”

Duplicados digitales de vehículos en 3D: incluso mejores que los reales

Pese a que la mayoría de los casos que llevan Carter y su equipo se resuelven de forma extrajudicial o se desestiman y, por tanto, nunca llegan a juicio, cuando lo hacen, Leo les ha permitido hacer lo que siempre habían querido: hacer una representación virtual y real del vehículo delante del jurado.

“Es incluso mejor que estar físicamente con el vehículo, ya que con el modelo digital puedo ampliar, girarlo como quiera y mostrar a todo el mundo los daños desde cualquier ángulo y con el zoom que quiera. Además, todas las pruebas están recién sacadas del accidente, por lo que representan perfectamente lo que vi durante la inspección”, afirma Carter.

Cómo preparar la inspección en Artec Studio: fusión del escaneo del cargador con un modelo 3D del mismo vehículo

“En un futuro no muy lejano”, insinúa Carter, “puede ser habitual que los jurados tengan su propio monitor o lleven gafas de realidad virtual cuando se presenten estas exposiciones, lo que haría más obvio todavía el efecto de los datos del escáner Leo. Podríamos llevarles en un recorrido guiado alrededor o dentro de un vehículo, haciendo hincapié en los aspectos clave”.

“Antes, teníamos que llevar el coche al juzgado y hacer que el jurado lo viera, lo que resultaba muy caro y no garantizaba que el tribunal lo permitiera. Con los datos generados con nuestro Leo, ahora podemos llevar el coche a la sala del tribunal y dejar que los miembros del jurado lo recorran virtualmente.”

Utilizando el mapa de distancia de la superficie de Artec Studio para inspeccionar visualmente los daños del Charger accidentado

Entonces, ¿Qué condujo a Carter al Artec Leo? Mientras buscaba en internet y comparaba todos los escáneres 3D de mano disponibles, Carter encontró el canal de YouTube del Embajador de Artec Digitize Designs. A partir de ahí, se puso en contacto y habló con Bo Helmrich, el experto en escaneo 3D de la empresa, que le presentó el Artec Leo enviándole vídeos del proceso de escaneo y como ejemplo, los datos de un escaneo de un coche.

Con el fin de mostrarles lo eficaz que es Leo, en la demostración, Helmrich escaneó todo el exterior de su Toyota Highlander, lo que le llevó 32 minutos de principio a fin. 90 minutos más tarde, los escaneos estaban procesados y listos para funcionar. Carter nos cuenta lo que le pareció ese primer modelo 3D que recibió:

“Me sorprendieron mucho los detalles geométricos, así como las texturas, porque son de suma importancia en el trabajo que hacemos. Si la calidad de los datos 3D no fuera tan alta, las texturas no serían tan eficaces. Porque tanto las texturas como los datos 3D se relacionan entre sí.”

Carter comenta, “Si la malla poligonal, por cualquier motivo, está desajustada, distorsionada o deformada, aunque sea un poco, no habrá ninguna textura que la salve. Afortunadamente, Leo ofrece resultados brillantes en ambas áreas. Lo vimos en la demostración y lo estamos comprobando día tras día.

Aprender a usar el Leo, desembalar y empezar a escanear

Tras la compra del Leo, Carter y su equipo se formaron a distancia en el uso del escáner y del software Artec Studio. Rothwell nos cuenta su experiencia:

“Aprender a utilizar el Leo con objetos pequeños, como una maleta Pelican, fue un placer. Nada más sacarlo de la caja, el Leo estaba listo para funcionar y generar modelos detallados en pocos minutos. Escanear objetos más grandes fue un poco más difícil al principio, así que encontré un método diferente.”

Continua, “Aprendí que funcionaba mejor cuando dividía el proyecto en partes más pequeñas, lo que implicaba escanear cada vehículo en secciones y luego cargarlas una por una en Artec Studio. Ahora tenemos resultados cada vez mejores y más precisos.”

Cuando le preguntamos por la mejora que ha supuesto Leo en su trabajo, Rothwell afirma: “Cuando pienso en cómo escaneábamos antes de que llegara Leo, no hay comparación posible”.

Forensic Technician Kyle Rothwell scanning a vehicle with Artec Leo

Continua, “En el caso del Leo, se trata de un nivel completamente diferente. Desde el punto de vista operativo, lo que distingue al Leo es la información que recibe mientras escanea (revisión en tiempo real), la capacidad de capturar detalles finos y la calidad de la información sobre la textura del color.

Gracias a sus amplios conocimientos de ingeniería y a su experiencia en reconstrucción, Carter y su equipo trabajan habitualmente en accidentes que requieren un profundo conocimiento de la física involucrada en un choque. Además, a menudo amplían su análisis con la evaluación de las lesiones sufridas por los ocupantes de un vehículo.

Esa es la razón por la que grandes nombres como Chrysler, Ford Motors, Honda, Jeep, Nissan, Progressive, Safeco, Toyota y otras empresas y agencias de todo Estados Unidos recurren regularmente a Origin Forensics. Sus profundas inspecciones, sus detallados informes y sus transparentes consultas hacen que los clientes vuelvan y que reciban nuevas recomendaciones.

El lema de Origin Forensics es “Veritas, Fidelitas, Claritas” (Verdad, Fidelidad, Claridad). Su lema define su objetivo, es decir, descubrir la verdad, representando fielmente las pruebas utilizando las últimas y mejores tecnologías, y presentando sus conclusiones a clientes, jueces y jurados con la máxima claridad.

Carter explica por qué Leo es esencial para su misión: “Quiero superar los límites de lo posible en la reconstrucción forense de accidentes, y eso me exige estar siempre en busca de la mejor tecnología, para que podamos ofrecer servicios y soluciones excepcionales a nuestros clientes. Por eso elegí el Artec Leo. En estos momentos, es lo más competitivo del mercado”.

Pruebas de encuesta modal para un viaje ileso al espacio

Producto: Simcenter
Industria: Aeroespacial y Defensa

Todas las estructuras tienen frecuencias naturales y, a menudo, es la característica más importante de la estructura, especialmente cuando se trata de una respuesta dinámica. Muy a menudo, las vibraciones deben investigarse para cuantificar la respuesta estructural de alguna manera, de modo que se pueda evaluar su implicación en factores como el rendimiento y la fatiga.

La prueba modal es una técnica muy útil y ampliamente utilizada para verificar e investigar este comportamiento. Examina las frecuencias naturales, las formas modales y la amortiguación de una estructura y ayuda a los ingenieros a comprender cómo responderá un diseño a diferentes cargas dinámicas.

En la industria espacial, esta técnica también se conoce como prueba de encuesta modal y está destinada a calibrar y aumentar la precisión del modelo de dinámica estructural de elementos finitos (FE) de naves espaciales y lanzadores espaciales. Los modelos validados son importantes, entre otras cosas, para la predicción de las características vibratorias del lanzador, la estabilidad aeroelástica y los entornos dinámicos a los que se someten las cargas útiles y los equipos de a bordo durante el lanzamiento.

Cortesía de la NASA: prueba de sondeo modal en el vehículo de lanzamiento Ares (izquierda), el transbordador espacial Challenger (centro) y la etapa central del SLS (derecha)

Una prueba de estudio modal consiste en inyectar fuerzas, utilizando sacudidores electrodinámicos o, en algunos casos, también un martillo de impacto modal en una serie de entradas cuidadosamente seleccionadas. En el caso de la excitación por agitador, se suele utilizar la excitación aleatoria de ráfagas porque es rápida y eficiente. Cuando se requieren niveles de excitación más altos, o para la evaluación de características no lineales, se utilizan técnicas de seno escalonado. Las fuerzas se miden durante la prueba, junto con las aceleraciones de respuesta en muchos lugares de la estructura. Durante esta prueba, la nave espacial se monta en condiciones límite bien conocidas, sujeta o libre, o una combinación de las mismas. Durante la excitación, se miden los FRF.

Después de la prueba, se aplica tecnología de ajuste de curva modal para extraer información modal: frecuencias de resonancia, valores de amortiguamiento y formas de modo. Los resultados de las pruebas se utilizan con el fin de validar todo el modelo FE y correlacionar frecuencias, formas de modos y suposiciones de amortiguamiento. Las formas y frecuencias de los modos significativos son las que contribuyen principalmente a las cargas de la interfaz del lanzador/nave espacial y las cargas internas.

Este proceso se ilustra esquemáticamente a continuación. Muestra cómo se pueden usar los primeros modelos FE de la nave espacial en Simcenter 3D Structural Dynamics para realizar análisis previos a la prueba y diseñar de manera óptima la campaña de prueba. Luego, Simcenter Testlab y Simcenter SCADAS se utilizan para medir de manera eficiente y confiable los FRF y determinar con precisión el mejor modelo modal experimental. Finalmente, los resultados experimentales se explotan aún más para correlacionar el modelo preliminar con los resultados experimentales y actualizar el modelo FE para reflejar mejor la realidad.

Diferentes etapas del proceso de encuesta modal: desde la preparación de la prueba hasta la ejecución de la prueba, el análisis y el informe.

Un buen ejemplo de un programa en el que se realizó una prueba de estudio modal es el proyecto Bartolomeo de Airbus Defence & Space, llevado a cabo por Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) . El hardware Simcenter SCADAS Mobile se ha utilizado como equipo de medición crítico para la prueba de levantamiento modal que tenía como objetivo actualizar el modelo de simulación FE de la plataforma Bartolomeo. Esto permitió al equipo simular y predecir aspectos que solo se podían hacer mediante simulación y análisis, como la forma en que la plataforma se acoplaría con el lanzador.

Bodega remata la gira con un mapa impreso en 3D de Vineyard

Producto: CJP
Industria: Académico

Los aficionados al vino ya lo saben: el entorno en el que crecen las uvas influye en las características finales del vino. Algunos sutilmente, otros no tan sutilmente. Este elemento se conoce como terroir , un término que describe el entorno natural completo del que proviene un vino, incluido el clima y la topografía hasta el suelo. Estas variables son cualquier cosa menos intrascendentes para el sabor, el color y el cuerpo del vino, y puede ser fascinante conocerlas. Sin embargo, aparte de caminar a través de un viñedo con postes topográficos y arrodillarse para frotar la tierra entre los dedos, puede ser un desafío obtener una imagen completa del terroir para apreciar completamente los matices en juego en su copa.

Este fue un problema para Ten Minutes by Tractor, una bodega en la península de Mornington, Australia, que quería brindar a sus clientes una comprensión más profunda de sus vinos. Ten Minutes by Tractor se compone de tres viñedos ubicados a diez minutos de distancia con características ambientales muy diferentes que producen vinos muy distintivos. El objetivo de la bodega es agregar valor a su experiencia en la ruta del vino siempre que sea posible compartiendo su conocimiento de la elaboración del vino con sus visitantes. Sin embargo, explicar verbalmente el impacto y las diferencias en el terroir demostró ser mínimamente atractivo sin una referencia visual. La bodega necesitaba una manera de comunicar claramente las contribuciones de la región a sus vinos que fuera accesible y efectiva.

vW Maps, un editor de confianza de las regiones vinícolas de Australia, ofreció una solución y trabajó con el viñedo para crear un modelo de apariencia digital en 3D del terreno. Mediante una representación a escala, la bodega podía mostrar a los visitantes la relación espacial de los viñedos entre sí, así como la interacción de las características ambientales que eran responsables de crear el carácter distintivo de los vinos. vW Maps transformó aún más los datos 3D en un modelo de apariencia impreso en 3D a escala 1:160 000 con una elevación de elevación cinco veces mayor. Los modelos impresos en 3D finales podrían luego examinarse y discutirse como una parte memorable de la experiencia de la puerta del sótano.

vW Maps combinó el diseño gráfico y cartográfico para crear los datos del mapa impreso en 3D.

Diseño de un mapa 3D del terreno del viñedo

vW Maps tuvo mucho cuidado en fusionar y adaptar los elementos de diseño gráfico y cartográfico para obtener una combinación efectiva de selección, generalización y simplificación del terreno con la tipografía, el color y el equilibrio correctos. La representación resultante centra la atención del espectador en los viñedos, el terreno y los puntos de referencia más importantes. Esto permite que el personal de la puerta de la bodega en Ten Minutes by Tractor haga referencia y explique fácilmente los factores complicados del terroir sobre un modelo de apariencia a escala del terreno que es distintivo, atractivo y fácil de leer. El mapa también ayuda a cimentar la experiencia de la puerta de la bodega en la mente de los visitantes como una ayuda de aprendizaje única y un tema de conversación que se destaca de otras bodegas de la región.

Según el propietario de vW Maps, Martin von Wyss, aunque el diseño del modelo de apariencia fue de origen digital, “el modelo de terreno es tangible y accesible cuando se coloca en el banco de de gustación junto a una copa de vino, y hace que la geografía del vino sea divertida y atractiva”. y fácil de entender.”

A través de un examen del “Explicador de terroir”, como von Wyss llama al modelo, los clientes de la bodega obtienen una comprensión de las condiciones físicas de los viñedos, como la elevación, la pendiente, el aspecto y el drenaje. El personal de la puerta de la bodega complementa el modelo impreso en 3D con información adicional sobre el suelo y las condiciones climáticas para completar la imagen de lo que da forma al vino. Von Wyss dice que el modelo de apariencia impreso en 3D destaca de manera efectiva las muchas variables en juego en la viticultura para agudizar la conciencia ambiental, aumentar el respeto por los viñedos y profundizar la apreciación de los matices del vino por parte de los clientes.

El modelo impreso en 3D se creó a escala 1:160 000 con una elevación de cinco veces mayor.

Mapas de terreno impresos en 3D a todo color

Una vez que vW Maps preparó los datos del terreno en 3D, envió archivos separados para la topografía y el mapa a los servicios de fabricación bajo demanda de 3D Systems. Una vez recibidos, los expertos en fabricación de 3D Systems escalaron y envolvieron los datos de diseño en el archivo 3D para imprimirlos a todo color con una ProJet® CJP 660Pro.. Esta impresora utiliza la tecnología ColorJet Printing (CJP) de 3D Systems, un proceso de impresión en polvo popular para piezas multicolores detalladas en arquitectura, bienes de consumo, artes y otras aplicaciones donde el color y la apariencia son de valor primordial. Ofreciendo color fotorrealista en un espectro CMYK completo, la envolvente de construcción de la ProJet 660Pro es capaz de producir impresiones grandes en una sola pieza. vW Maps y Ten Minutes by Tractor aprovecharon este gran tamaño de impresión, con unas dimensiones finales del modelo de 252 mm x 379 mm x 18 mm.

Los expertos en fabricación bajo demanda de 3D Systems prepararon, imprimieron y terminaron el modelo en una semana y lo enviaron rápidamente a vW Maps para la entrega final. Junto al vino, el modelo de apariencia impreso en 3D es la pieza central de la experiencia de la puerta de la bodega en Ten Minutes by Tractor. Según el gerente general de la bodega, Chris Hamilton, también ayuda a que Ten Minutes by Tractor se destaque y genere interés de boca en boca. “No hay duda de que nuestro mapa del terreno es un componente clave que hace que una visita a la puerta de nuestra bodega se distinga de las visitas a nuestros competidores cercanos”, dice Hamilton.

El modelo de apariencia del terreno fue finalista en los Victorian Design Awards 2016, que reconoce y premia a los diseñadores y empresas victorianos que demuestran excelencia en el uso del diseño.

El modelo de apariencia del terreno fue finalista en los Victorian Design Awards 2016.

Car SOS restaura uno de los clásicos británicos más vendidos gracias a Artec Space Spider

Producto: Artec 3D Space Spider
Industria: Automotriz y Transporte

Los presentadores de Car SOS TV (a la izquierda y en el centro) y el afortunado propietario del restaurado Ford Cortina Mark III tras la presentación

Conociendo a Bobby

Cuando Bobby Singh, historiador y escritor sij de 54 años, compró su Ford Cortina Mark III XL en 1999, no pensaba que tardaría mucho en volver a salir a la carretera con este coche clásico británico de los años 70.

Pero sus planes se interrumpieron en 2002, cuando Bobby, que entonces tenía treinta y tantos años, sufrió un derrame cerebral. Poco después, en 2008, el negocio familiar se hundió y a Bobby se le diagnosticó una enfermedad cardíaca. A lo largo de esta demoledora cadena de acontecimientos, la familia de Bobby lo perdió todo. Más tarde, en 2018, llegaron más malas noticias: los médicos le descubrieron un tumor benigno en el cerebro.

Durante más de 20 años, su Mark III estuvo guardado en el garaje de la casa familiar en Syston, una localidad de East Midlands (Inglaterra). El coche, que en su día fue excepcional, había sufrido visiblemente el paso del tiempo y se había llenado de corrosión, podredumbre y polvo.

La llamada a Car SOS

Hasta que un día, su mujer Harvinder y su hijo Aman decidieron resucitar el viejo sueño automovilístico de Bobby. ¿Y qué hace la gente en el Reino Unido cuando necesita rescatar el clásico de su amigo o familiar? Así es: llaman a Car SOS, un programa de televisión británico de coches que se emite en National Geographic y que muestra restauraciones de coches clásicos realizadas en secreto para propietarios con problemas. El programa está dirigido por dos presentadores, el loco por los coches Tim Shaw y el maestro de la mecánica Fuzz Townshend, que junto con su equipo de técnicos de automoción devuelven a la vida viejos clásicos.

Conmovidos por la historia que compartían Harvinder y Aman, Tim y Fuzz acudieron a ayudar de inmediato. No tardaron en reunirse con Harvinder y Aman, y en recoger el Mark III de Bobby para restaurarlo a fondo, con la intención de darle a Bobby el impulso que tanto necesitaba.

Los presentadores de Car SOS conocen a la familia de Bobby y al coche. (Foto: National Geographic)

Aunque a primera vista el coche parecía estar en un estado bastante decente, el equipo del mítico taller Car SOS de Birmingham llevó a cabo una revisión exhaustiva seguida de su desmontaje, lo que desveló que el Ford Cortina de Bobby necesitaba una considerable puesta a punto.

Por ejemplo, casi todo el tren delantero estaba oxidado y cubierto de podredumbre, el motor Kent Crossflow de 1.600 cc estaba totalmente desgastado, por lo que requería un nuevo juego de juntas y una revisión, y los ejes traseros, que se sabía que eran propensos al desgaste, exigían una inspección completa y un reacondicionamiento.

También faltaban algunas piezas, como la consola central, Tim se encargó de buscar todas las piezas del programa y le enviaron a encontrarlas. La búsqueda de piezas y componentes para coches clásicos siempre ha sido un reto (¡no sólo para estos técnicos!), y esta vez, el presentador no tuvo suerte al intentar encontrar la pieza que faltaba. Sin embargo, consiguió que le prestaran una durante unos días, para poder usarla como modelo de referencia para diseñar la nueva consola. Pero, dado el ajustado calendario del programa, necesitaban una solución, y rápida. Esa solución era, por supuesto, el escaneo 3D y la impresión 3D.

Escaneo 3D en Central Scanning, Ltd.

Para crear una réplica en 3D de la consola del Cortina que fuera extremadamente precisa, Tim se puso en contacto con Central Scanning, un embajador de Artec en el Reino Unido. Con sede en Birmingham, Central Scanning ha sido uno de los principales proveedores de productos y servicios de escaneo 3D en el Reino Unido desde 2006, cubriendo un amplio espectro de aplicaciones, desde la industria aeroespacial hasta la ingeniería, así como la medicina y el arte. Como expertos en escaneo 3D, los ingenieros de Central Scanning han realizado innumerables proyectos con la ayuda de los escáneres 3D de Artec, y ésta no iba a ser una excepción.

“En Central Scanning somos muchos los amantes de los coches, y yo mismo tengo algunos coches clásicos”, afirma Nick Godfrey, director general de Central Scanning. A Nick y a su equipo siempre les ha gustado el programa, sobre todo porque todos los miembros del equipo de Car SOS viven en Birmingham.

“La idea de que un día Central Scanning pueda aparecer en la televisión siempre nos había gustado, y por eso, cuando empezamos a hablar de este tema, quisimos ayudarles en todo lo posible”.

Tim Shaw de Car SOS y el equipo de Central Scanning (Foto: Central Scanning)

Tras haber escaneado anteriormente desde coches enteros hasta piezas de chasis, motores, interiores y suspensiones de coches clásicos, el equipo estaba preparado para el reto. Tom White, el ingeniero de aplicaciones de Central Scanning en ese momento, se reunió con Tim en su taller poco después de que el Ford se hubiera trasladado de forma segura y secreta a las instalaciones de Car SOS. Después de revisar la consola, Tom llegó a la conclusión de que Artec Space Spider sería el escáner 3D idóneo para el trabajo.

Desarrollado para su uso en la Estación Espacial Internacional, el Artec Space Spider es conocido por su facilidad para capturar formas complejas y detalles finos con una precisión metrológica de hasta 0,05 mm y una resolución altísima de hasta 0,1 mm. Por ello, muchos ingenieros, y en particular los mecánicos de vehículos, utilizan el escáner para ingeniería inversa, así como la inspección de calidad de piezas y partes de automóviles.

Aunque esta consola no era especialmente grande, presentaba un acabado negro brillante difícil de escanear: un tipo de superficie muy difícil de escanear en 3D. Para ayudar en el proceso, el objeto se cubrió con un spray mate antes del escaneo. En este caso, Tom utilizó el aerosol mate AESUB Blue, que desaparece de la superficie después del escaneo.

El objetivo era crear un modelo real para imprimirlo en 3D. En una hora, la pieza estaba preparada para el escaneo, se habían capturado todos los datos y se procesó en primero como una malla y luego como un modelo CAD en Artec Studio con algunos retoques en Autodesk Fusion 360. Después de prepararlo en GrabCAD Print, se envió el archivo STL final para su impresión en 3D, lo que llevó otras 8 horas para construir una copia exacta de la consola, capa por capa.

En cuanto a las razones por las que se eligió el escaneo 3D como procedimiento para la ingeniería inversa de la consola que faltaba, Nick afirma: “El escaneo nos proporcionó una solución rápida para poder obtener datos precisos sin afectar a la pieza original, ya que Tim había tomado prestada la pieza de otro coche”.

Aunque una alternativa podría haber sido sacar un molde de la pieza y hacer una pieza de fibra de vidrio, esta opción habría llevado más tiempo y habría sido mucho más cara.

Era necesario crear una réplica exacta para que el coche estuviera a punto para salir a la carretera. (Foto: National Geographic)

Así, la pieza que faltaba se recreó completamente, con una precisión de menos de un milímetro, y Tim pudo volver al taller con una consola recién impresa en 3D.

¡Que empiece la restauración!

Sin embargo, aún era demasiado pronto para colocar la nueva pieza en el interior del Ford Cortina, ya que esto era sólo el principio de lo que acabó siendo un cambio de imagen en toda regla. Mientras Tim buscaba esta pieza tan rara, Fuzz descubrió toda una serie de problemas mecánicos mientras examinaba el motor crossflow y su funcionamiento interno.

El motor estaba totalmente desgastado y necesitaba una revisión completa, y la carrocería tampoco tenía muy buen aspecto. Después de la limpieza con chorro de arena del Cortina (un proceso que consiste en eliminar la pintura o el óxido de la carrocería o el bastidor del coche), se descubrieron más problemas: toda la carrocería del coche de época estaba cubierta de agujeros y parches desde la parte delantera hasta la trasera.

Restaurando el coche para devolverle su suavidad original con chorro de arena (Foto: National Geographic)

El equipo de carroceros de Car SOS se puso a trabajar directamente, soldando y puliendo para eliminar esos agujeros y dejar la superficie de la carrocería tan lisa como antes. Luego, la carrocería pasó directamente a la cabina de pintura para recibir una capa de esa pintura color mandarina de los años 70. Entonces, llegó el momento de comenzar el trabajo mecánico: instalar el nuevo juego de juntas en el eje trasero y reponer aceite nuevo, reparar los discos de fricción del embrague, y muchísimas cosas más.

Después se reinstalaron todas las piezas interiores y exteriores nuevas y restauradas en la carrocería recién pintada, incluida la consola central previamente escaneada e impresa en 3D.

Cuando se encajaron todas las piezas, llegó el momento de que Tim y Fuzz pusieran en marcha el motor y devolvieran a Bobby el Ford Cortina Mark III totalmente restaurado.

Proceso de fabricación mejorado con el escáner 3D de Artec y el software Geomagic Control X

Producto: Control X, Artec 3D Space Spider
Industria: Fundición

A medida que evolucionan las nuevas tecnologías de producción, surgen nuevos desafíos técnicos para fabricar la mejor pieza posible. A menudo, un fabricante por contrato tiene que ajustar significativamente el nuevo proceso la primera vez que intenta la producción para comprender elementos como la contracción, el acabado de la superficie y la repetibilidad. La fabricación aditiva (FA) no es una excepción y, sin embargo, las herramientas para rastrear estos elementos para esta metodología de producción se han quedado atrás. Eso ahora está cambiando.

La mayoría de los productos manufacturados siguen un proceso común a lo largo de su ciclo de vida hasta la producción. Diseñar, fabricar, inspeccionar es una forma generalizada de considerar el proceso, las etapas y las responsabilidades, cada una de las cuales es clave para producir piezas de alta calidad. Según la complejidad y la naturaleza de la pieza que se fabrica, el flujo de trabajo real puede tener muchos bucles de ajuste y retroalimentación.

Flujo de trabajo de fabricación

El siguiente ejemplo de flujo de trabajo demuestra cómo el escáner 3D Space Spider de Artec y el software Geomagic Control X juntos proporcionaron una captura y análisis total de formas en patrones de fundición de cera impresos en 3D y piezas fundidas en todas las etapas del proceso de diseño, prueba y fabricación.

Infografía de flujo de trabajo de diseño, creación de patrones, fundición y control de calidad para el software de inspección Geomagic Control X y el escáner Artec 3D Space Spider
Software de escaneo Artec Studio
Software de escaneo Artec Studio

El Artec 3D Space Spider es un escáner 3D portátil de ultra alta resolución que se destaca en la captura precisa de objetos pequeños y detalles complejos para la inspección dimensional.

Con la operación plug-and-play, Space Spider escanea objetos fácilmente, sin una preparación complicada y una amplia capacitación del usuario, lo que permite a los clientes digitalizar piezas en cualquier lugar. Los algoritmos sin objetivos patentados de Artec 3D permiten que el escáner rastree el objeto solo por su forma y color, sin necesidad de aplicar objetivos al objeto.

Geomagic Control X de 3D Systems es un software de metrología industrial que permite el análisis de causa raíz (RCA) y la corrección para la fabricación. Como software nativo de escaneo 3D, Geomagic Control X es una solución ideal para metrología con dispositivos de medición portátiles. Con Geomagic Control X, más personas en su organización pueden medir más rápido, con mayor frecuencia y de manera más completa, desde cualquier lugar.

La solución total proporciona una visión única de la producción exitosa en un proceso de fabricación complejo. ¿El resultado? Calidad, precisión y repetibilidad generales de la pieza final muy mejoradas.

Diseño

Para este ejemplo de flujo de trabajo, replicamos un proyecto real de un cliente, pero generalizamos los detalles. En este caso, el cliente estaba desarrollando un vehículo ligero especializado de conducción autónoma. Para acelerar el tiempo de comercialización, seleccionaron y combinaron una variedad de componentes y sistemas de vehículos que se encuentran actualmente en el mercado para completar un prototipo funcional. En este proceso, encontraron que un muñón de dirección específico (uno por cada uno) era valioso para el proyecto y necesitaban digitalizar y capturar el diseño para poder modificarlo y fabricarlo en un material liviano.

Para comenzar a trabajar, escanearon en 3D y realizaron ingeniería inversa de la fundición original. Utilizaron el escáner 3D Space Spider de Artec para una digitalización rápida y luego modelaron la pieza de manera rápida y precisa en Geomagic Design X con un enfoque único de modelado híbrido. Por lo general, los clientes seguirán un método de modelado según construcción (muy preciso) o según la intención del diseño (basado en dimensiones). Un enfoque de modelado híbrido consiste en combinar ambos conceptos para ofrecer un resultado de modelo sólido CAD que tiene tanto características dimensionadas como superficies NURB de alta precisión. Con esta estrategia, completaron el modelo en menos de 1,5 horas y lo transfirieron en vivo a SOLIDWORKS como CAD basado en funciones.

Escaneo de piezas originales
Escaneo de piezas originales
Modelo CAD híbrido
Modelo CAD híbrido
Modelo derrotado para imprimir
Modelo derrotado para imprimir
Impresión de cera sin terminar de la impresora 3D ProJet® MJP 2500 IC de 3D Systems
Impresión de cera sin terminar de la ProJet MJP 2500 IC
Sección transversal de muestra del modo de relleno disperso impreso en la impresora 3D ProJet® MJP 2500 IC de 3D Systems
Sección transversal de muestra del modo de relleno disperso impreso en ProJet MJP 2500 IC

Haciendo patrones

AM se ha utilizado en aplicaciones aeroespaciales y automotrices para producir patrones de fundición de sacrificio durante décadas. Con los avances recientes en la impresión 3D, los patrones de grado industrial se pueden imprimir en cera o polímero a un costo significativamente menor, lo que funciona a la perfección en el proceso de fundición de inversión. 3D Systems está experimentando una adopción más distribuida de creación de patrones aditivos sin herramientas y seguirá creciendo a medida que la tecnología se vuelva más accesible, rápida y precisa.

Para cualquier proceso aditivo que involucre energía térmica en la deposición del material o el procesamiento posterior, puede ocurrir cierta cantidad de deformación y sedimentación de la pieza. Las partes que tienen una masa significativa o un área de sección transversal significativa retendrán el calor por más tiempo que las partes más pequeñas o más delgadas.

Basándose en este conocimiento, 3D Systems probó dos métodos de impresión con el objetivo de tener el costo más bajo posible de productos impresos y el más alto nivel de estabilidad dimensional: un método de impresión de cera completamente sólido, así como un relleno de cera delgado y escaso. método. Ambos se prepararon con el software de cliente de compilación 3D Sprint y se imprimieron en la impresora 3D ProJet MJP 2500 IC que produce patrones de fundición de cera. A partir de nuestra experiencia previa, descubrimos que una carcasa de 2 mm con una relación de relleno escaso del 50 % produce piezas estables y de alta calidad cuando se imprimen piezas relativamente grandes.

Después del procesamiento posterior y el tiempo de enfriamiento, usamos el mismo escáner 3D Space Spider de Artec para escanear los dos patrones con relativa facilidad. La forma única de las piezas, el color de la cera verde y el ligero efecto opaco y blanqueador del proceso posterior permitieron a nuestro técnico de escaneo capturar los modelos sin problemas usando el seguimiento de Geometría + Textura.

Usando Geomagic Control X, importamos el archivo de construcción 3D Sprint directamente e inspeccionamos cada parte en su orientación de impresión exacta para la rutina de inspección. Sabiendo que estaríamos escaneando la parte en cuestión de manera iterativa para mejorar el proceso, pudimos configurar un proyecto de inspección detallado y duplicarlo varias veces mientras mantenemos el historial completo de desarrollo del proceso en un solo archivo de Geomagic Control X. Después de completar los escaneos, simplemente colocamos cada nuevo archivo STL en el proyecto Geomagic Control X y el proceso de evaluación se hizo cargo automáticamente, lo que resultó en informes repetibles de alta calidad.

Descubrimos que, en general, todas las áreas con desfases de mecanizado estaban dentro de la tolerancia de fundición, pero las áreas de forma más libre presentaban tendencias fuera de una banda de tolerancia estrecha. Creemos que esto correlacionó adecuadamente con nuestras suposiciones de que las grandes áreas transversales retienen el calor y potencialmente cambian de forma cuando se enfrían.

Nuestro análisis integral para esta etapa nos ayudó a sacar algunas conclusiones de que la impresión 3D con el patrón de cera no solo era más rentable, sino también más compatible con las dimensiones después del procesamiento posterior.

  • El uso de material se redujo en aproximadamente un 35%.
  • El costo del material se redujo en aproximadamente un 27%.
  • El cumplimiento general de las tolerancias se incrementó en aproximadamente un 10 % (usando la comparación 3D).
  • La parte sólida no superó el umbral de tolerancia.
  • La parte de relleno superó el umbral de tolerancia.
  • La estabilidad dimensional a largo plazo a temperatura ambiente mejoró con respecto a la parte sólida.
Análisis de patrones de cera sólida
Análisis de patrones de cera sólida
Patrón de cera con análisis de relleno
Patrón de cera con análisis de relleno

Empresa de audífonos resuelve desafíos de fabricación con resinas de producción de impresión 3D rígidas y de caucho en la solución Figure 4

Producto: Figure 4
Industria: Productos de consumo

WS Audiology, una empresa líder en audífonos, adoptó la solución de impresión 3D de alta velocidad Figure 4 de 3D Systems para mejorar la calidad y el funcionamiento de sus procesos de fabricación de moldeo por inyección con la impresión 3D de pinzas, accesorios y prototipos de grado de producción en su Lynge, Dinamarca, sitio. Pionero en la impresión 3D para la fabricación de carcasas para audífonos, WS Audiology ha ampliado su uso de la impresión 3D para resolver una variedad de desafíos de desarrollo de productos y líneas de fabricación, citando la calidad, el rendimiento y la versatilidad del material de la Figura 4 como beneficios clave de la solución.

“Vimos desde el principio que la Figura 4 tenía las calificaciones adecuadas en términos de calidad de salida, rendimiento de producción y [amplitud] de materiales”

– Henry Frederiksen, diseñador de herramientas, WS Audiology

MEJORA DE LA CALIDAD Y EL FUNCIONAMIENTO DEL TRANSPORTE DE PIEZAS PEQUEÑAS

Hay muchas piezas diferentes moldeadas por inyección dentro de los audífonos de la marca Widex de WS Audiology. Estas piezas incluyen carcasas, contactos y bloques para componentes electrónicos que se instalan en cada audífono, algunos de los cuales son tan pequeños como 8 mm x 3 mm. Debido a su tamaño, esta categoría de piezas requiere manipulación robótica en lugar de manual, con ventosas para piezas más grandes y pinzas metálicas para piezas pequeñas. Sin embargo, estos métodos de manejo tienen inconvenientes. Las ventosas tienen dificultad para orientar correctamente las piezas, lo que conduce a la pérdida de agarre, y las pinzas de metal son propensas a dejar marcas en las piezas, además de tener largos plazos de fabricación.

Figura 4 parte impresa con regla para mostrar precisión

Impresión 3D de alta precisión

WS Audiology experimentó varios beneficios importantes del uso de la impresión 3D para fabricar carcasas de audífonos, incluido un producto final con una calidad sustancialmente mayor y un aumento de productividad ocho veces mayor. Tras este éxito con la tecnología, la decisión de ampliar las aplicaciones de impresión 3D de la empresa para resolver sus problemas de transporte de flujo de trabajo fue fácil.

La solución Figure 4 de 3D Systems es una tecnología de fabricación aditiva basada en proyección que utiliza una membrana sin contacto para combinar la precisión y la increíble fidelidad de los detalles con velocidades de impresión ultrarrápidas. WS Audiology utiliza Figure 4 Standalone , una solución asequible y versátil que ofrece velocidad, calidad y precisión con durabilidad, servicio y soporte de grado industrial, así como cambios rápidos de material para una mayor versatilidad de la aplicación.

Iteración de diseño rápido

La tarea fue asignada al Departamento de Herramientas de WS Audiology. Según el diseñador de herramientas Henry Federiksen, asumir este proyecto con Figure 4 le dio mucha confianza, y la velocidad de la solución permitió producir, probar y confirmar más piezas en un período de tiempo más corto.

Velocidad de producción

Un beneficio clave de usar la solución Figure 4 es la capacidad de producir piezas sin herramientas. WS Audiology puede pasar directamente de un archivo digital a una parte física, eliminando una cantidad significativa de tiempo de sus procesos típicos. Según Frederiksen, las pinzas impresas en 3D suelen estar disponibles en uno o dos días, lo que deja a muchos clientes satisfechos en el departamento de moldeo por inyección.

Materiales con capacidad de producción

Para las aplicaciones de herramientas de producción de WS Audiology, se aprovecha la figura 4 PRO-BLK 10 y la figura 4 RUBBER-65A BLK . La gama de materiales disponibles con la plataforma Figure 4 hace posible abordar un amplio conjunto de aplicaciones con una mayor diversidad en las propiedades de los materiales, con químicas de materiales que han sido diseñadas para uso a largo plazo, hasta 1,5 años para piezas exteriores y hasta 8 años para piezas interiores (según los métodos de prueba de ASTM). Figure 4 PRO-BLK 10 es un material rígido de grado de producción, y Figure 4 RUBBER-65A es un caucho de grado de producción de resistencia media al desgarro con dureza Shore 65A y un alto alargamiento a la rotura.  

Placa de construcción de la impresora 3D independiente Figure 4 en WS Audiology llena de piezas

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