Flächenrückführung /
STL to STEP

Flächenrückführung von 3D-Scans
in ein neutrales CAD Format

Während dem 3D-Scannen generiert die Software automatisch ein Polygonnetz resp. Polygonmodell. Diese Polygonmodelle lassen sich z.B. als STL-Datei exportieren. Dies sind dann die eigentlichen Rohdaten des Scans, welche in den meisten CAD nicht oder nur schwierig zu bearbeiten sind.
Ein möglicher nachfolgender Prozess-Schritt ist die Flächenrückführung. Hier werden sogenannten NURBS-Flächen generiert und anschliessend in einem neutralen CAD Format exportiert. Dadurch erzeugen wir ein exaktes Abbild Ihres Bauteils oder Objektes. Diese Geometrien entsprechen jedoch keinen Regelgeometrien, wie z.B. Ebenen, Zylinder, Radien, usw.

Die Weiterbearbeitung und Analyse im CAD/CAM ist jedoch um einiges einfacher.

Neutrale CAD-Format können z.B. STEP, IGES , Parasolid, usw. sein

Eine Flächenrückführung können wir auf zwei Arten anbieten:

  1. "QSR-Methode" - Quick Surface Reconstruction
    Automatische Rückführung mit wenigen manuellen Eingriffen. Diese ergibt eine relativ wilde Flächenaufteilung.
    Bei komplizierten Geometrien ist diese schnelle Variante aber oft nicht möglich.

  2. Manuelle Flächenrückführung
    Hier definieren wir viele Splines manuell, um der Oberflächen-Charakteristik vom Modell mehr Rechnung zu tragen. Unter anderem kann dies mit Schnitten geschehen, welche parallel zu den Hauptebenen (XY/XZ/YZ) ausgerichtet sind . Diese Methode ist vor allem dann hilfreich, wenn später mit den Flächen im CAD weiter gearbeitet wird.
    Ein Flächenoffset, Flächenverlängerungen, usw. sind dadurch viel eher möglich als mit der QSR-Methode.

Beispiele zu den beiden Methoden finden Sie auch im
Download-Bereich.

Wichtiger Tipp:
Für einfache Geometrien gibt es z.T. Rückführungen auf Knopfdruck. Diese entsprechen aber, je nachdem wie komplex die Geometrie ist, qualitativ eventuell nicht ihren Vorstellungen. Verlangen Sie immer einen Falschfarbenvergleich von der Rückführung zum 3D-Scan. Diese kann sehr schnell erstellt werden und sollte keine extra Kosten verursachen. So können sie gut erkennen, wie gut eine Flächenrückführung gemacht wurde.
Kommt natürlich auch immer auf die Anforderungen drauf an, aber ein Präziser Scan nützt ihnen nichts, wenn die Rückführung danach nachlässig gemacht wurde.

Türgriff 3D-Scan

Polygonmodell von einem 3D-Scan
Export z.B. als STL-Datei

Türgriff Flächenrückführung

3D-Scan rückgeführt in NURBS Flächen mit der manuellen Flächenrückführung
Export z.B. als STEP, IGES, Parasolid, usw.

Erzeugung von Hybrid-Modellen im CAD

Nach der Flächenrückführung, mit einer speziellen Software, ist die Arbeit oft noch nicht beendet.
Sehr oft generieren wir beim Reverse Engineering auch 3D-Modelle, welche ein Mix aus NURBS-Flächen und parametrisiertem Aufbau sind.
Man hat zwar nach der Rückführung eine STEP Datei, welche ins CAD importiert werden kann, aber man möchte allenfalls noch gewisse Bereiche mit Regelgeometrien bereinigen und/oder noch zusätzliche Features einbringen.
Diese Lösung ergibt dann sogenannte Hybrid-Modelle. (Siehe Schlüssel)

Bauteilaufbereitung im CAD ausschliesslich mit Regelgeometrien

Hier modellieren wir die Teile gemäß den 3D-Scan-Daten im CAD (Solidworks) komplett parametrisiert auf. Unter Hilfe von importierten Regelgeometrien und Schnitten, welche aus den Scans generiert wurden, wird das Modell neu aufgebaut.
Um zu überprüfen wie gut das neue Modell dem 3D-Scan entspricht, kann danach ein Falschfarbenvergleich zum 3D-Scan gemacht werden.
Wenn danach am Modell noch Veränderungen vorgenommen werden, ist diese Variante den Nurbsflächen vorzuziehen.


Beispiel: Modellbau Helikopter

Unser Kunde möchte ein Helikopter Modell, welches einen 1.8m langen Rumpf hat, noch auf 3.5m(!) hoch skalieren.
Dazu wollte er einen 3D-Scan inkl. einer Flächenrückführung im STEP Format haben.
Später sollen anhand dieser Daten im CAD Formen konstruiert werden für den Modellbau.


Folgende Schritte wurden für die Umsetzung ausgeführt:
  1. Löcher füllen mit Malerklebeband, damit sich die Kanten am Scan besser abzeichnen für die spätere Bestimmung der Ausschnitte.
    - Mit diese Massnahme verhindern/reduzieren wir Kantenrauschen, da die Wandstärke sehr dünn sind.
  2. Vier 3D-Scans von Rumpf, Dome-Abdeckung und der Schiebetüren links/rechts mit einer Auflösung von 0.8mm.
    Feiner Partien wurden zusätzlich noch mit 0.3mm gescannt und später ins Polygonmodell entsprechend übertragen.
  3. Ausrichtung der einzelnen 3D-Scans. Alle Löcher Schliessen für glatte Oberflächen.
  4. Flächenrückführung (STEP/IGES) von Rumpf, Dome-Abdeckung und der Schiebetüren links/rechts.
    Feinere Partien wie z.B. bei den Schiebetürführungen und schmale Absätze mussten mit kleineren Flächen-Segmenten definiert werden, um eine gute Qualität der Rückführung zu erreichen. Vor allem wenn man ein Modell später noch vergrössert, lohnt es sich, wenn man dafür ein bisschen mehr Aufwand betreibt.
  5. Überprüfung der Flächenrückführung zu den 3D-Scans mittels Falschfarbevergleich.

Beispiel: Geländemodell als STEP-File

In diesem Beispiel haben wir aus einem 3D-Geländemodell ein STEP-File erzeugt.
Als Ausgangslage hatten wir eine GeoTIFF Datei von der ganzen Schweiz in einem 20m Raster.

Folgende Schritte wurden für die Umsetzung ausgeführt:

  1. Konvertierung der GeoTIFF-Datei in eine STL-Datei
  2. STL Ausschnitt* bestimmen für die Rückführung und entsprechend ausschneiden/bereinigen
    (*Alpstein: mit Säntis, Kronberg, Hoher Kasten, usw.)
  3. Skalierung in gewünschte Grösse
  4. Flächenrückführung und Export als IGES
    - über X/Y-Schnitte erste Kurvenerzeugung
    - manuelle Bereinigungen und Kurvenerzeugung für möglichst detaillierte Geländekonturen
  5. Import ins CAD und Aussen Randbereiche trimmen
  6. Geländemodell fräsen auf CNC-Maschine. Ist noch offen! Mal schauen ob der Chef mal Zeit findet.


In einem nächsten Projekt sind dann eventuell die Churfirsten dran....