skanyfdm.docx

Natalia Buda ID-IS-51

ZAKŁAD KONSTRUKCJI MASZYN I INŻYNIERII BIOMEDYCZNEJ

Instytut Mechaniki i Poligrafii

Wydział Inżynierii Produkcji

CYFROWE ODWZOROWANIE SKANOWANYCH OBIEKTÓW

Prowadząca zajęcia: mgr inż. A.Floriańczyk

1.      Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z możliwościami cyfrowego odtwarzania geometrii obiektów z wykorzystaniem skanera 3D, a także opanowanie umiejętności przetwarzania oraz oceny pozyskanych danych obrazowych.

2.      Wstęp teoretyczny:

ATOS Compact Scan posługuje się technologią niebieskiego światła, która zapewnia skanowanie niezależne od zewnętrznych warunków świetlnych, szybkie skanowanie dużych komponentów, a przede wszystkim wysokiej jakości dane pomiarowe przy stosunkowo niskich kosztach utrzymania sprzętu.

Skanowanie odbywa się z wykorzystaniem stereowizyjnej, przemysłowej technologii GOM. Zapewnia to pomiar nawet najmniejszych detali z wysoką rozdzielczością. Co więcej różne pola pomiarowe umożliwiają elastyczną dokładność, zwiększają rozdzielczość detalu i szybkość przeprowadzanego procesu. Zastosowanie stolika obrotowego stwarza możliwość rozszerzenia pola pomiarowego nawet do kilku metrów. Kompaktowość urządzenia, a także dostępność programu pomiarowego i inspekcyjnego upraszcza pomiary bez względu na środowisko. Pozwala to na kompletną analizę części oraz digitalizację od małych po duże części z wykorzystaniem jednej głowicy pomiarowej.

GOM Inspect jest programem inspekcyjnym, w którym można wykonać pełną analizę wymiarową danych z ATOS’a lub innej chmury punktów 3D. Zawiera także kompletne zestawy narzędzi do zaawansowanej obróbki siatki trójkątów i jej oceny.

Skanowanie 3D ma szeroki zakres zastosowania zarówno w obszarze odlewnictwa, tłocznictwa, jak i motoryzacji, lotnictwa, a także medycyny oraz sztuki. Wykorzystywane jest głównie w Inżynierii Odwrotnej, kontroli jakości oraz do porównania z modelem 3D. Skaner 3D potrafi bezdotykowo (optycznie), dokonać pomiaru współrzędnych X,Y,Z. Zostają one zapisane w postaci chmury punktów początkowo w formacie *txt jako macierz liczb będących współrzędnymi X,Y,Z poszczególnych punktów. Zaś po przetworzeniu w procesie triangulacji, zamieniającej wirtualny obiekt na opis w postaci siatki trójkątów, otrzymuje się powierzchnię obiektu trójwymiarowego, którą można zapisać w popularnych formatach obiektów 3D (*VRML, *IGES, *DXF).

FDM (FUSED DEPOSITION MODELING)

W procesie FDM model tworzy się poprzez osadzenie topionego materiału w postaci nitek. Materiałami, których używamy w tej technologii, są termoplastyczne tworzywa sztuczne przeważnie na bazie ABS, które w temperaturze pokojowej wykazują właściwości ciała stałego. Główny materiał czyli tworzywo oraz materiał dodatkowy np. wosk do wykonania podpórek nawinięte są na szpule, z których są pobierane i przenoszone na głowicę. W głowicy umieszczone są grzałki, które powodują upłynnienie materiału. Model tworzy się podobnie jak w technologii SLA, czyli poprzez nakładanie kolejnych warstwa (grubość warstwy ok. 0,2mm). W technologii FDM jako podpórki stosujemy wosk. Wosk jest stosowany, głównie z uwagi na bardzo łatwy sposób usuwania podpórek. Wosk ma dużo niższą temperaturę topnienia niż tworzywo, więc wystarczy tylko podgrzać model do odpowiedniej temperatury i w ten sposób pozbywamy się woskowych podpórek. Kolejne warstwy nakładane są w czasie krótszym niż czas zaschnięcia warstwy poprzedniej, nowa warstwa, mająca wysoką temperaturę upłynnia warstwę poprzednią i następuje ich połączenie. Proces odbywa się w temperaturze ok. 70 stopni Celsjusza. Materiał główny ( tworzywo ) ma temperaturę topnienia ok. 100 stopni Celsjusza. Nakładanie warstwy nie przebiega poprzez podnoszenie się głowicy, lecz poprzez obniżanie się platformy roboczej.

3.      Przebieg ćwiczenia:

Modelem wykorzystanym do skanowania był numerek na drzwi „4” wykonany poprzez wtrysk do formy żywicznej. Przed przystąpieniem do skanowania przygotowano powierzchnię obiektu :

a.       Oczyszczono powierzchnię modelu.

b.      Naniesiono niewielką warstwę proszku  na detal.

c.       Odpowiednie oznakowanie obiektu za pomocą punktów referencyjnych.

Punkty referencyjne mocowano za pomocą pęsety uprzednio usuwając cienką warstwę proszku. Na każdej z płaszczyzn modelu zamieszczono minimum 3 punkty referencyjne ponieważ istnieje prawdopodobieństwo odklejenia się punktu od powierzchni modelu. Dodatkowo skaner odczytując tylko dwa punkty nie jest w stanie skleić ze sobą późniejszych obrazów.

Model umieszczono na stoliku obrotowym. Zamocowano obiekt na podstawie z plasteliny pod niewielkim kątem. Kąt był bliski 90º. Po przygotowaniu skanera przystąpiono do skanowania. Model zeskanowano zeskanowano dwukrotnie.

Rys. 1. Print screen z programu GOM Inspect. Wynik skanowania.

Po zeskanowaniu należało oczyścić model oraz połączyć widok z przodu z widokiem z tyłu. Oczyszczenie modelu było niezwykle ważne ponieważ każda dziura mogłaby uniemożliwić połączenie skanu z modelem wykonanym w  programie Solid Works

Model wykonany w programie Solid Works służy do analizy porównawczej ze skanem. Model z programu Solid Works został wykonany na podstawie wymiarów.

Rys. 2. Model wykonany w programie Solid Works.   

Przed przystąpieniem do analizy należało połączyć model wykonany w programie Solid Works ze skanem 3D. Połączenie dwóch elementów zastaje wykonane automatycznie przez program GOM Inspect. Obliczenie tolerancji również wykonuje program. Poniższe zdjęcia pokazują nałożone na siebie dwa obiekty. Różnice kolorów to powierzchnie różniące skan od oryginalnego modelu.

Analiza wymiarów modelu oryginalnego z wymiarami modelu wykonanego przez nas               :