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3D-Scannen und Reverse Engineering zum Bau eines Wagens für einen Redner

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3D-Scannen und Reverse Engineering zum Bau eines Wagens für einen Redner

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Hintergrund: Meine Tochter übt eine Tätigkeit aus, die sich "Colorguard" nennt, und bewirbt sich für die nächste Saison als Kapitänin. Eine der Voraussetzungen für die Bewerbung ist es, etwas für die Verbesserung des Colorguard-Teams zu tun. Sie hat sich dafür entschieden, einen Rollwagen für einen schweren Lautsprecher zu bauen, mit dem ihr Team bei Übungen und Auftritten die Musik spielt.

3d gescannter Lautsprecher von Shining3d

Primäres Problem: Wie kann ein Wagen gebaut werden, der den Lautsprecher während des Transports stabil hält, während der Lautsprecher dennoch leicht und ohne Modifikation des Lautsprechers entfernt werden kann?

Sekundäres Problem: Wie kann ein verlorener Griff des Sprechers ersetzt werden?

Lösung für das sekundäre Problem: Das sekundäre Problem war etwas einfacher zu lösen als das primäre Problem, also ging ich natürlich zuerst diesem Problem nach. Der Lautsprecher wird mit drei identischen Griffen geliefert, die mit Schrauben befestigt sind. Ich konnte einen der beiden verbleibenden Griffe entfernen und unseren 3D-Scanner EinScan-SP verwenden, um den Griff zu erfassen.

Da der Griff sehr dunkel war, puderte ich ihn mit einer dünnen Schicht Babypuder ein, damit der Scanner die Oberflächen erfassen konnte. Der EinScan-SP hat die großartige Eigenschaft, dass er jeden Scan automatisch ausrichtet, wenn er den Drehtisch einschaltet. Er richtet auch mehrere Scans des Objekts in verschiedenen Positionen automatisch aus. Die Software nimmt nichtlineare Punkte der Geometrie aus mehreren Scans auf und richtet sie zueinander aus. Auf diese Weise können Anwender nicht nur die Seiten, sondern auch die Ober- und Unterseite eines Objekts erfassen.

Ich konnte auch die Bearbeitungsfunktionen der Software nutzen, um alle Hintergrundartefakte aus dem Scan zu entfernen, bevor ich ihn in eine wasserdichte STL einfügte.

Bereinigung und Anpassung: Nachdem ich den Scan in eine wasserdichte STL exportiert hatte, hatte ich noch einige Dinge zu tun. Der Griff war etwas abgenutzt und ein Teil der Gummipolsterung war abgerissen oder hing am Griff. Ich verwendete Meshmixer (www.meshmixer.com) von Autodesk, ein kostenloses Dienstprogramm, um das STL zu importieren und die durch die Abnutzung des Griffs verursachten Unebenheiten zu bereinigen. Ich konnte die Deform verwenden: Smooth-Tool verwenden, nachdem ich die rauen Bereiche mit dem Auswahlpinsel im Meshmixer ausgewählt hatte.

Meine Tochter wollte auch das Etikett anpassen, das auf den Griff gedruckt wurde, also verwendete ich das Werkzeug Bearbeiten:Löschen und Ausfüllen, um den eingebetteten Text zu entfernen und eine flache Oberfläche zu erzeugen. Ich verwendete auch den Meshmixer, um die Schraubenlöcher zu säubern, um sicherzustellen, dass sie zylindrisch waren.

Nachdem ich diese Bearbeitungen am Griff vorgenommen hatte, exportierte ich das Netz als STL-Datei aus Meshmixer. Die Datei war mit 26 MB sehr groß. Ich verwendete ein anderes freies Dienstprogramm namens Meshlab (www.meshlab.net), um die Größe der STL durch Dezimierung der redundanten Polygone zu verringern (Filter: Remeshing, Vereinfachung und Rekonstruktion: Simplification Quadric Edge Collapse Decimation (Filter: Remeshing, Vereinfachung und Rekonstruktion: Vereinfachung Quadric Edge Collapse Decimation). Das hört sich nach einer Menge Arbeit an, aber die Software erledigt die ganze Arbeit für Sie. Ich konnte das Mesh aus Meshlab mit einer überschaubaren Größe von 2,4 MB aus der ursprünglichen Meshmixer-Datei von 26 MB reexportieren.

Meshlab verfügt über eine Fülle von Funktionen für die Arbeit mit Netzen, wie z.B. Scandaten von 3D-Scannern. Meshmixer und Meshlab sind unschätzbare Werkzeuge für Personen, die 3D-Scanner verwenden.

Um neuen Text in den Griff einzubetten, entschied ich mich für ein einfaches und kostenloses CAD-Programm namens Tinkercad (www.tinkercad) von Autodesk. Ich importierte die STL in verkleinerter Dateigröße in Tinkercad und richtete eine Ebene auf die Oberfläche aus, in die ich den Text einbetten wollte. Dann verwendete ich die Funktion Text und Zahlen in Tinkercad, um meinen Text einzugeben, und benutzte die Funktion Loch, um den Text in das Modell zu schneiden, während ich es absenkte. Dann wählte ich sowohl den Text als auch das Netz aus und verschmolz sie miteinander. Ich exportierte das neue Netz für den 3D-Druck.

Für den 3D-Druck des Griffs habe ich den neuen 3D-Drucker Afinia H+1 und den flexiblen Cheetah-Faden von NinjaTek verwendet.

Ich habe eine Füllung mit einer höheren Dichte von 80% verwendet und den TPU-Extruder von H+1 für flexible Filamente eingesetzt. Die Füllung mit höherer Dichte verlieh dem Griff mehr Steifigkeit und machte ihn gleichzeitig weich im Griff für eine komfortable Handhabung.

Nun zum Hauptteil des Projekts: wie man einen Wagen für den Redner baut.

Meine Tochter erzählte mir, dass sie einen haltbaren Wagen herstellen wollte, der den Lautsprecher sicher hält und es dennoch ermöglicht, den Lautsprecher leicht aus dem Wagen zu entfernen. Wir sahen uns nach dem Lautsprecher um und kamen auf die Idee, die Lautsprecherhalterung als Befestigungspunkt auf dem Wagen zu verwenden.

Als ich mir den Bereich ansah, bemerkte ich viele eingerückte Ebenen, senkrechte Wände, schräge Wände und einen Zylinder für das Montagerohr. Wir hätten eine ganze Menge Zeit mit einem Messschieber verbringen können, um die kritischen Maße zu ermitteln, aber warum tun wir das, wenn wir einen handgeführten 3D-Scanner haben? Wir haben den EinScan Pro 2X PLUS von Shining 3D verwendet.

Mit diesem Handscanner waren wir in der Lage, den Scanner über den Hohlraum im Lautsprecher zu bewegen und viele der flachen Bereiche zu erfassen. Zuerst brachten wir Zielmarkierungen an, um eine HD-Erfassung der Oberfläche zu ermöglichen.

Anschließend haben wir den EinScan Pro 2X PLUS mit seiner EXSCAN PRO-Software verwendet, um die kritischen Oberflächenbereiche zu erfassen. Nach einer kleinen Bereinigung exportierten wir das Netz als nicht wasserdichte STL-Datei, da wir nur den oberen Oberflächenbereich und nicht den gesamten Lautsprecher erfassten.

EinScan Pro 2X PLUS wird mit Solid Edge-Software geliefert, einem vollständigen CAD-Paket mit Reverse-Engineering-Funktionen. In diesem Fall habe ich mich jedoch für Autodesk Fusion 360 (https://www.autodesk.com/products/fusion-360) entschieden, da viele Schulen und Hobbybastler diese Software verwenden und sie über Funktionen für den Import von Netzen und Reverse Engineering verfügt.

Ich habe die nicht wasserdichte STL-Datei in Autodesk Fusion 360 importiert und konnte damit beginnen, einige Messungen durchzuführen und einige Ebenen zu definieren.

Da ich den gescannten Netzkörper hatte, konnte ich ihn sichtbar halten, während ich die zur Erstellung meines Modells erforderlichen Elemente zeichnete.

Und machen Sie das Netzmodell unsichtbar, um mein Modell ohne das Netz einfach nur zu sehen.

Danach war ich mit dem Design des Modells zufrieden und wie es virtuell in das Netzmodell passte. Ich ging zum 3D-Druck über. Das Modell war etwas zu groß, um alles in einem Stück zu drucken, also verwendete ich eine sehr einfache Funktion (Modifizieren:Körper teilen), um das Modell für den 3D-Druck in zwei Teile zu zerlegen.

Ich verwendete die Afinia H+1 und bedruckte die beiden Körper in schwarzem PLA, wobei ich auf den Druckpfad achtete, um die Festigkeit in den Zylindern und Wänden des gedruckten Modells zu erhöhen. Um einem Zylinder die größtmögliche Festigkeit zu verleihen, druckt man ihn auf die Seite, so dass der Druckpfad den langen Weg um den Zylinder von oben nach unten geht und nicht nur in geschichteten Kreisen um und um den Zylinder herum. Die Schichten sind der schwächste Punkt in einem Druck. Berücksichtigen Sie also, wo die Seitenkraft nach dem Druck in Ihr Modell eintritt, und stellen Sie sicher, dass die Schichten senkrecht zur Kraftrichtung stehen.

Nun begannen wir damit, die Teile in den Lautsprecher einzubauen, um zu sehen, wie wir vorankamen.

Wow! Sie passen wie angegossen. Keine 2., 3., 4., etc... Revision erforderlich. Das ist unerhört! Alles dank 3D-Scannen mit dem Shining 3D EinScan Pro 2X PLUS.

Hier sind Bilder vom Rest des zusammengebauten Wagens. Der Rahmen besteht aus 1,5-Zoll-ABS-Rohren, die mit Aceton zusammengeschweißt sind, und die Montageplatte ist ein Abfallstück aus Spanplatte. Alles in allem nicht zu schäbig für ein Vater-Tochter-Team mit dem richtigen Werkzeug.