La metrologia 3D è il processo di acquisizione di misurazioni fisiche 3D altamente accurate di un oggetto. Il risultato è un modello 3D digitale che può essere analizzato o retroingegnerizzato. Nel caso del controllo di qualità, ad esempio, la scansione 3D può essere paragonata a un modello CAD di riferimento per assicurarsi che l’oggetto rispetti le norme e gli standard stabiliti. La metrologia 3D aiuta a garantire la qualità del prodotto risparmiando tempo e, quindi, riducendo i costi.
Le CMM
Macchine di misura a coordinate – sono state tradizionalmente il tipo più comune di hardware utilizzato per la misurazione di precisione. Tuttavia, i progressi nella tecnologia di scansione 3D stanno rendendo gli scanner 3D sempre più popolari anche per la metrologia, poiché sono più veloci ed economici.
La scansione laser 3D per l’analisi dimensionale
La scansione laser 3D è un metodo senza contatto per raccogliere grandi quantità di dati puntuali da un oggetto utilizzando una linea di luce laser. I punti raccolti possono quindi essere utilizzati in diversi modi, il più comune è la mappatura del colore della deviazione di un oggetto reale rispetto a un modello CAD. Gli scanner laser 3D vengono utilizzati anche nel reverse engineering per creare un modello CAD da un oggetto reale. A seconda della configurazione dello scanner laser 3D, gli oggetti scansionati possono essere micrometri piccoli o più grandi di un jumbo jet.
Scanner 3D portatili
Gli scanner 3D portatili sono sistemi convenienti e versatili che garantiscono l’accesso a luoghi difficili da raggiungere (ad esempio gli interni delle auto). Spesso dispongono di diverse modalità per consentire agli utenti di adattarsi a parti di piccole, medie o grandi dimensioni. L’uso di uno scanner 3D portatile è paragonabile alla registrazione di un video o alla pittura con un pennello; il soggetto deve essere catturato da tutte le angolazioni.
Scanner 3D stazionari
Uno scanner 3D fisso è simile a una fotocamera su un treppiede. Per oggetti di piccole o medie dimensioni, questi scanner sono generalmente associati a una piattaforma girevole automatica per flussi di lavoro più fluidi.
Gli scanner fissi sono spesso soluzioni più accurate a causa della loro configurazione fissa, ma non sono pratici per oggetti o infrastrutture di grandi dimensioni.
Automazione in metrologia con bracci robotici
Molti scanner 3D per metrologia sono progettati per essere montati su un braccio robotico industriale a seconda delle esigenze specifiche. Questi bracci a 5 o 6 assi eliminano gli errori umani e accelerano il processo di scansione. I bracci robotici di scansione 3D sono spesso utilizzati nelle linee di assemblaggio.
La metrologia automatica
Produzione a circuito chiuso: miglioramento dei processi utilizzando la retroazione della scansione 3D
Inevitabilmente, l’output fisico di qualsiasi processo di produzione basato su CAD differirà dal modello di input. Questo vale per qualsiasi processo di produzione, che si tratti di lavorazione a macchina, stampaggio, stampaggio, fusione, forgiatura o stampa 3D. La deviazione dal modello CAD può essere minima, ma è lì! A volte è accettabile, a volte no. L’ingegnere di produzione ha il compito di trovare la soluzione ottimale che soddisfi i requisiti di tempo, costi e qualità.
Il confronto tra i dati di scansione dell’output e l’input CAD originale rivela la deviazione della superficie indotta dal processo di stampa 3D. Tali deviazioni sono nell’intervallo di 0,250 mm e possono essere visualizzate sulla parte fisica utilizzando la proiezione di deviazione di LiveInspection di Polyrix.
Dopo aver quantificato le deviazioni della superficie indotte dal nostro processo di stampa 3D su una singola parte e prima di effettuare qualsiasi regolazione, dobbiamo assicurarci che questo modello di deviazione sia coerente su molte parti. Per confermare ciò, abbiamo scansionato cinque (5) campioni provenienti dalla stessa stampante 3D. Abbiamo quindi eseguito un’analisi combinata di tali campioni in PolyWorks | Inspector (di InnovMetric) 3, utilizzando lo strumento Surface Data SPC, e ottenuto una mappa dei colori media di deviazione e una mappa comune di deviazione standard.
Come possiamo vedere, la mappa dei colori della deviazione media (a sinistra) mostra un modello simile al primo campione mostrato sopra. La mappa dei colori della deviazione standard (a destra) ci dice che il nostro processo di stampa 3D induce costantemente deviazioni nelle stesse aree della parte.
Nel tentativo di avvicinare una parte stampata in 3D al CAD desiderato, abbiamo usato una tecnica chiamata morphing per correggere il modello CAD. In poche parole, abbiamo spostato la superficie del modello CAD verso l’alto in cui la parte fisica era troppo bassa e viceversa. Questo modello morph del CAD è stato generato utilizzando il software Polyview (di Polyrix), utilizzando il CAD originale e le informazioni sulla deviazione 3D emesse da PolyScan XS.
Questo modello CAD corretto (morphed) è stato quindi rispedito per la stampa 3D. La parte stampata 3D risultante è stata quindi scansionata e confrontata con il modello CAD originale (desiderato). Come possiamo vedere, la deviazione nella maggior parte delle aree è ora inferiore a 0,050-0,075 mm, quindi 4-5 volte più piccola di quella misurata sulla parte stampata originale.
In conclusione, abbiamo dimostrato come possiamo migliorare significativamente l’output del nostro processo di stampa 3D in una singola iterazione, utilizzando le informazioni della scansione 3D per correggere il modello CAD di input. Ovviamente, è possibile automatizzare completamente un tale processo a circuito chiuso utilizzando l’attrezzatura adeguata per la movimentazione dei materiali e / o misurazioni in situ quando possibile. Anche lo scambio e l’elaborazione dei dati sono cruciali, pertanto è necessaria una buona rete di comunicazione tra i dispositivi di produzione, ispezione e elaborazione coinvolti in tali processi di produzione a circuito chiuso. Il ruolo di un sistema di misurazione 3D dovrebbe andare oltre il semplice dire se una parte è buona o meno, dovrebbe fornire informazioni correttive per ottenere il massimo da un processo di produzione. Per maggiori informazioni o una dimostrazione, vi invitiamo a contattarci all’indirizzo info@simitecno.it