Scanner 3D per CAD: i migliori scanner 3D e software Scan-to-CAD

La progettazione assistita dal computer (CAD, Computer-aided Design) viene definita come l’uso di computer come ausilio nella creazione, modifica, analisi o ottimizzazione di una progettazione. I software CAD consentono a progettisti e tecnici di modellare forme e aggiungere caratteristiche con l’obiettivo finale di produrre parti. Il processo CAD è una procedura digitale chiusa, ovvero tutte le funzioni avvengono digitalmente all’interno del computer. Ma come è possibile entrare in questo processo alla luce dell’impossibilità di inserire un oggetto in un computer?

Le nuove parti possono essere progettate interamente e direttamente con un software CAD oppure possono essere modellate a mano utilizzando argilla o altri materiali. Anche componenti danneggiati e parti obsolete, spesso devono essere aggiornati, sostituiti o inseriti in un nuovo assemblaggio o ambiente. Pertanto, è necessario un ponte tra il mondo fisico e quello digitale per trasformare un oggetto esistente in un modello CAD. Il processo di conversione di un oggetto fisico in un modello 3D virtuale prende il nome di reverse engineering e il ponte tra i due mondi può essere attraversato grazie alla scansione 3D.

Nella progettazione di nuovi prodotti o nell’adattamento di parti già esistenti, tecnici e progettisti preferiscono affidarsi agli scanner 3D come punto di partenza per la digitalizzazione dei modelli in argilla o la misurazione di oggetti fisici al fine di ricostruire i modelli 3D e integrarli nei progetti.

Ma il ruolo degli scanner 3D non si ferma alla fase di progettazione. È infatti possibile usarli nell’intero processo di sviluppo dei prodotti. Dopo la fabbricazione, la scansione 3D contribuisce al controllo qualità consentendo di verificare l’accuratezza della parte e la sua conformità al modello CAD. In seguito, con l’uso delle parti, la scansione 3D permette di individuare eventuali deformazioni, mostrando a tecnici e progettisti in che punto aggiungere rinforzi, miglioramenti o variazioni nelle versioni successive.

In questo post, “Scanner 3D per CAD”, vogliamo illustrare il processo di reverse engineering e il processo che porta da una scansione 3D a un modello CAD. Vogliamo anche esaminare la qualità dei modelli 3D generati con gli scanner 3D Infine, vogliamo aiutarti a scegliere scanner 3D e software Scan-to-CAD più adatti alle tue esigenze e al tuo budget.

Come si arriva al CAD

Supponiamo di dover sostituire un componente danneggiato o aggiornare una parte obsoleta per la quale il modello CAD originale è inesistente o inaccessibile. Occorre creare un nuovo modello CAD per la fabbricazione. È possibile iniziare il progetto CAD da un canvas vuoto, il che probabilmente si tradurrà in un processo iterativo lungo e complicato, oppure è possibile sfruttare i dati già in possesso dell’oggetto esistente e usare quelle informazioni come base per il progetto, in modo da ottimizzare e rendere più accurato il lavoro. Questo percorso prevede l’uso della scansione 3D.

Ecco i passaggi tipici per la creazione di un modello 3D virtuale da un oggetto fisico esistente:

1. Ottenere la mesh di scansione 3D (STL) mediante la scansione 3D della parte.
2. Estrarre le informazioni dimensionali, come geometrie, dimensioni e sezioni trasversali.
3. Importare i modelli nel software CAD e procedere con la modellazione CAD.
4. Confrontare il modello CAD risultante (STEP o IGES) con la mesh della scansione 3D iniziale.
5. Analizzare il feedback e utilizzare il confronto per ottimizzare la modellazione inversa del CAD.
6. Esportare il modello CAD finale della parte per la fabbricazione.

Can a 3D Scanner Directly Output a CAD model?

Gli scanner 3D creano mesh, o nuvole di punti, che forniscono tutte le informazioni dimensionali necessarie sulla geometria delle superfici delle parti. Queste mesh possono servire da modello per abbozzare i nuovi modelli CAD. I modelli CAD vengono di solito creati utilizzando spline a base razionale non uniforme (NURBS), composte da punti collegati da curve, mentre le scansioni 3D vengono in genere esportate come mesh, composte da milioni di piccoli triangoli.

Pertanto, uno scanner 3D non è in grado di creare direttamente modelli CAD. Occorre una fase intermedia della modellazione Scan-to-CAD per ovviare al problema e convertire i triangoli non modificabili in superfici NURBS modificabili, che permettono di creare un modello CAD solido con caratteristiche modificabili.

Qual è la qualità dei modelli 3D generati ed è necessario un post-trattamento?

In base alle proprie esigenze, esistono diverse metodologie per creare un modello CAD a partire da un oggetto esistente. È possibile che l’obiettivo sia (1) riprodurre un modello CAD con dimensioni accurate e angoli precisi per sviluppare e produrre nuove parti o (2) riprodurre una copia esatta di una parte (solitamente costituita da forme organiche) nelle relative condizioni attuali. Nella prima possibilità si crea un intento di progettazione e un modello parametrico. La seconda opzione fornisce una riproduzione nello stato di fatto e consente di creare un modello di superficie. Esistono anche modelli ibridi, che combinano entrambi i metodi per diverse aree dell’oggetto.

Per ottenere un modello parametrico da una mesh di scansione 3D, occorre prima capire come è stato concepito l’oggetto. Per farlo, è necessario estrarre informazioni dai dati di scansione creando entità, come piani, cilindri o sezioni trasversali, sulla mesh. Queste operazioni avvengono direttamente nei software ponte Scan-to-CAD, come VXmodel. I modelli parametrici e le relative entità possono quindi essere trasferiti ai software CAD preferiti.

Analogamente, per ottenere un modello di superficie a forma libera basato su una mesh di scansione 3D ottimizzata, è necessario ricreare la forma esatta di un oggetto acquisito. Per farlo, occorre migliorare e ottimizzare la mesh riempiendo i buchi, levigando le superfici e tagliando i confini. A questo, sulla mesh ottimizzata, è possibile creare superfici a forma libera (NURBS) accurate con punti di controllo. Anche in questo caso, tutte queste operazioni avvengono direttamente nel software ponte Scan-to-CAD prima dell’importazione del modello di superficie a forma libera nel software CAD.

Lo scanner 3D non crea direttamente superfici NURBS (STEP o IGES), ma è il software ponte Scan-to-CAD a farlo. Tuttavia, i modelli 3D devono essere importati in un software CAD per ottenere i modelli parametrici per l’intento di progettazione.

Scelta di scanner 3D e software Scan-to-CAD

Prima di scegliere uno scanner 3D e un software Scan-to-CAD, devi individuare le tue esigenze.

• Qual è la dimensione della parte di cui eseguire la scansione?
• La sua geometria è semplice o complessa?
• È possibile spostare agevolmente la parte nella sessione di scansione?
• Di quale livello di dettaglio e accuratezza hai bisogno?
• Qual è il tuo budget?

Hai bisogno di uno scanner 3D fisso o mobile?

I sistemi di scansione fissi sono un’opzione rivolta ai budget limitati, ma, come si evince dal nome, prevedono che la parte sia trasportata sul sistema e sono ideali soprattutto per parti di dimensioni limitate. Gli scanner mobili, che comprendono bracci articolati e scanner portatili, sono in genere più accurati e adatti a parti di grandi dimensioni e, come suggerisce il nome, è possibile trasportarli nel punto in cui si trova la parte.

Scanner 3D per CAD e reverse engineering

Creaform offre una serie di scanner 3D portatili,  che si distinguono nelle applicazioni di sviluppo dei prodotti e reverse engineering. In base a budget e specifici requisiti in termini di velocità e accuratezza, gli scanner 3D Creaform sono le soluzioni ideali per le tue esigenze.

HandySCAN 3D | Serie SILVER offre il miglior rapporto qualità-prezzo per gli innovatori tecnologici che desiderano sviluppare prodotti migliori e più adatti alle esigenze dei clienti. Questa comprovata e affidabile tecnologia è accessibile a budget ridotti e consente di ridurre i tempi dei processi di sviluppo.

Go!SCAN SPARK offre l’esperienza 3D più semplice e rapida per lo sviluppo dei prodotti, la progettazione e il reverse engineering. L’unità garantisce lo sviluppo di nuovi prodotti, con forme e progetti più complessi, e offre un vantaggio competitivo accelerando il time-to-market.

HandySCAN 3D | Serie BLACK è lo scanner 3D portatile con accreditamento ISO 17025 più affidabile e accurato presente sul mercato. È in grado di creare misurazioni 3D accurate e risultati ad alta risoluzione con la migliore qualità possibile di scansione.

Come passare dalla scansione 3D al modello CAD finale

Come visto in precedenza, scansione 3D e modellazione CAD sono come due linee metropolitane diverse che vanno ricollegate in modo efficiente mediante un software 3D Scan-to-CAD.

Una soluzione prevede l’adozione di un software completo di reverse engineering (RE), come Geomagic Design X, che offre funzionalità ad alte prestazioni per allineamento, estrazione di informazioni e modellazione di caratteristiche. I software RE completi sostituiscono in sostanza i software CAD nelle attività di reverse engineering. In effetti, si tratta di una ”soluzione di alto livello” per i progettisti che usano il RE su base giornaliera/settimanale. Di conseguenza, i progettisti che conoscono bene i loro software CAD preferiti devono imparare a usare nuovi software con funzionalità diverse. Inoltre, questa opzione è più costosa rispetto alle altre.

Un’altra soluzione prevede di iniziare la progettazione da un canvas vuoto direttamente nel software CAD senza ricorrere al reverse engineering. Il software CAD è la soluzione preferita dai progettisti per questo tipo di  modellazione, ma sviluppare uno schizzo da zero può essere un processo lungo e noioso. Inoltre, i software CAD presentano funzionalità limitate per l’editing di mesh, l’allineamento e l’estrazione di informazioni dalle stesse.

Un approccio più conveniente consiste nello scegliere un software ponte Scan-to-CAD, come VXmodel di Creaform, che include tutte le funzionalità per l’allineamento, la pulizia e l’ottimizzazione delle mesh e per l’estrazione delle proprietà dimensionali prima di trasferire entità e sezioni trasversali in un software CAD, come SOLIDWORKS, Autodesk Inventor e Solid Edge dove i progettisti possono procedere agevolmente alla modellazione delle caratteristiche. Questa opzione è più conveniente poiché meno costosa rispetto ai software RE completi, oltre a essere più semplice da usare e da imparare.

I vantaggi della scansione 3D per i progettisti CAD

I vantaggi dell’utilizzo del reverse engineering da Scan-to-CAD per creare modelli CAD sono considerevoli. Infatti, questa soluzione permette a progettisti e tecnici di creare modelli 3D da parti esistenti in minor tempo, ridurre il numero di iterazioni che consentono di ottenere una parte pronta per la fabbricazione e un adattamento ideale delle parti al primo tentativo. Inoltre, in questo modo si può abbreviare lo sviluppo del prodotto e il time-to-market. Ma, soprattutto, questa soluzione fornisce una base accurata su cui progettisti e ingegneri possono creare e migliorare i loro modelli, anziché partire da zero, dando loro maggiori possibilità di concepire geometrie complesse, forme moderne e superfici organiche.

Il software ponte Scan-to-CAD è ideale anche per gli esperti CAD, in quanto rappresenta il percorso più breve per tornare ai flussi di lavoro e ai software di modellazione CAD preferiti. Per quale motivo imparare un software RE completamente nuovo quando si ha già esperienza con SOLIDWORKS, Autodesk Inventor e Solid Edge?

I prodotti progettati attraverso il reverse engineering da Scan-to-CAD si caratterizzano per una migliore qualità, oltre a essere pronti per il mercato con meno iterazioni e in minor tempo. Questo vale soprattutto per le parti complesse con geometrie intricate. Gli scanner 3D professionali di Creaform, come Go!SCAN SPARK, ottimizzano, velocizzano e semplificano il reverse engineering. Il software ponte Scan-to-CAD, come VXmodel, consente di tornare al proprio software CAD preferito più velocemente rispetto a qualsiasi altra soluzione, così da dedicarsi alla progettazione e all’innovazione.