Flujo de trabajo de croquis-a-CAD reducido de semanas a horas con el escaneo de Artec 3D

Por Paul Hanaphy

Escáneres 3D

Desafío: Fabricar a partir de diseños de productos existentes sin tener acceso a sus datos CAD originales, ya sea que se hayan perdido, estropeado o simplemente no estén disponibles en formato digital.

Solución: Artec Leo, Artec Space Spider, Artec Studio, Geomagic Design X.

Resultado: Modelos 3D de muebles que cuentan con todos los detalles necesarios para construir superficies y crear nuevas piezas que encajen en los ensamblajes. En un caso, la digitalización del varillaje de una silla reclinable en cada uno de sus diferentes entornos ha permitido al gigante estadounidense del mueble, Kimball, desarrollar piezas que se acoplan en un mecanismo de terceros, como parte de un proceso menor a 24 horas que solía durar dos semanas.

¿Por qué Artec 3D?: La actualización del escaneo 3D montado en un brazo robótico al escaneo con el Artec Leo, un dispositivo inalámbrico todo en uno, aumenta la flexibilidad y desbloquea la retroalimentación en tiempo real, para que los usuarios puedan capturar todos los detalles clave en un solo escaneo. Para obtener la máxima precisión, también pueden digitalizar con el Artec Space Spider, fusionar datos con escaneos del Leo en Artec Studio, convertir a CAD en Design X e iterar o imprimir en 3D.

Escaneo 3D de Alex Mlsna, de Kimball International, con un Artec Leo. Imagen cortesía de Kimball International.

Es una pregunta familiar para los ingenieros de todos los sectores, pero sigue siendo muy importante: ¿Cómo se le aplica ingeniería inversa a algo cuando no se tienen los datos de diseño CAD originales?

Este es un problema particular cuando se trata de piezas patrimoniales, algunas de las cuales son anteriores al modelado 3D, lo que significa que fueron esbozadas en papel, propenso a ser garabateado o perderse por completo. Dado que la globalización sigue haciendo del mundo un lugar más pequeño, los fabricantes también han subcontratado la producción de muchas piezas, de una manera que hace que compartir el diseño sin interrupciones sea una necesidad.

Para Kimball International, un fabricante de muebles para espacios de trabajo, sector salud, educación y hostelería, estos desafíos se estrellaron recientemente, amenazando con retrasar el lanzamiento de un producto.

Durante el diseño de un sillón reclinable para el cuidado de la salud, la empresa descubrió que necesitaba hacer que las piezas encajaran alrededor de un conjunto de palanca reclinable de acero, creado por un tercero. Esto significaba que su equipo necesitaba acceder a los archivos de diseño del mecanismo y, aunque el proveedor estaba encantado de compartirlos, lo hizo en forma de dibujo en PDF, no de los datos de diseño en 3D necesarios para la iteración de alta velocidad.

Digitalizar con exactitud el mecanismo de una manera que no retrasara el lanzamiento del producto requeriría precisión, velocidad y flexibilidad de siguiente nivel. Dado que su dispositivo existente no estaba a la altura del trabajo, el equipo recurrió a los Artec Leo y Artec Space Spider, y rápidamente obtuvo un retorno de su inversión.

Reducir drásticamente los plazos de entrega con el Leo

Cuando Kimball International hizo su primera incursión en el escaneo 3D, lo hizo con la intención de capturar productos sin usar targets (etiquetas o marcadores), cuya aplicación es costosa y requiere mucho tiempo. Esto llevó a su equipo a adoptar un escáner láser montado en un brazo robótico y, aunque capturaba datos utilizables, la base estática del sistema limitaba el movimiento y lo hacía dolorosamente lento.

Sede internacional de Kimball en Jasper, Indiana. Imagen cortesía de Kimball International.

Cuando descubrieron el Artec Leo, un dispositivo completamente libre de cables capaz de capturar hasta 35 millones de puntos de datos por segundo, se pusieron en contacto con Digitize Designs de inmediato para actualizarse.

Desde que el Embajador de Artec creó el equipo de Kimball International, no han vuelto atrás, satisfaciendo todas sus necesidades de digitalización con el escaneo de Artec 3D y dejando el escaneo con brazos robóticos al control de calidad. No se trata sólo de una mejora de velocidad, sino que el seguimiento y retroalimentación avanzados del Leo han sido claves para aumentar la eficiencia, ya que su sillón médico tarda menos de 24 horas en capturarse y modelarse en su totalidad.

«Lo que realmente nos gusta del Leo es su capacidad para volver a reconocer las características si te desvías del camino», dijo el Gerente de Servicios Técnicos de Kimball International, Alex Mlsna. «Como es inalámbrico, también puedes moverte y ver lo que estás escaneando en tiempo real. Incluso puedes etiquetarlo a una dirección IP, para que veas la pantalla del Leo a través de pantallas más grandes».

«Inicialmente tuvimos cuatro reuniones con demos, así que somos muy exigentes. Pero una vez que vimos al Artec Leo, superó fácilmente a sus tres principales competidores del mercado».

El mecanismo de reclinación de la silla Kimball International escaneado en 3D. Imagen cortesía de Kimball International.

Las instalaciones de Kimball International en Indiana, EE. UU., también están repletas de una miríada de otras tecnologías avanzadas, por lo que era solo cuestión de tiempo antes de que la conversación pasara de la digitalización a la impresión 3D de piezas finales.

Para lograr esto, su equipo de diseño sabía que necesitaría los datos capturados con la mayor precisión posible. Es por eso que también tienen el Artec Space Spider: un dispositivo de grado metrológico con una precisión de 0,05 mm que les ha permitido capturar conjuntos de datos aún más detallados y de mayor resolución, ideal para el modelado 3D y la sinterización selectiva por láser (SLS) o la impresión 3D de chorro de aglutinante.

Lo que comenzó con la impresión 3D de bloques de metrología industrial, accesorios y herramientas de repuesto se ha convertido rápidamente en una parte clave de las operaciones de trastienda de Kimball International. De hecho, muchos prototipos ahora se imprimen en 3D para pruebas estructurales y de durabilidad, mientras que la misma tecnología se utiliza para crear no menos de 28 partes de productos finales vendidas a los clientes.

«Sabíamos que necesitábamos algo que pudiera capturar con una resolución aún mayor y obtener los detalles más pequeños, así que conseguimos un Space Spider», explicó Mlsna. «Ha sido útil porque digitalizamos muchas piezas reales, las modificamos y luego las producimos en nuestras máquinas 3D. No hay mucho que no podamos imprimir en 3D. Nada que no haya escaneado antes en 3D, de todas maneras».

Pasar al Escaneo-a-CAD

Ya sea que haya usado el Leo o también haya capturado un objeto con el Space Spider, el flujo de trabajo de procesamiento de escaneo del equipo de Kimball International comienza con el Registro Global, un paso de un solo clic en Artec Studio. En los casos en los que tienen escaneos de ambos dispositivos, este proceso permite que estos se fusionen en mallas increíblemente detalladas, hechas a partir de los datos de mayor resolución disponibles.

Un escáner de sillón médico reclinable Kimball en Artec Studio. Imagen cortesía de Kimball International.

Para afinar estos conjuntos de datos 3D, Mlsna dice que anteriormente utilizó el intuitivo piloto automático de Artec Studio, que elige los algoritmos de procesamiento de datos ideales en su nombre. A medida que se ha familiarizado con los matices del software, ha procesado cada vez más los datos manualmente, pero como se requiere tan poca limpieza, por lo general solo se trata de enviar mallas directamente a Geomagic Design X.

Las herramientas de creación automática de superficies del avanzado programa de ingeniería inversa le permiten crear modelos CAD basados en características y (cuando sea necesario) exportar archivos STL para la impresión 3D. Si bien Mlsna había utilizado Design X antes, se ha sorprendido gratamente por lo fácil que es insertar el escaneo de Artec 3D en este flujo de trabajo y acelerarlo, reduciendo el tiempo de modelado 3D en un 60%.

«Artec Studio hace un muy buen trabajo de post-procesamiento y de preparar la malla para usarla en las herramientas de superficie», dijo Mlsna. «En el pasado, a menudo tenía que limpiar cosas [antes de la exportación], pero ahora no lo hago, lo cual es un verdadero cumplido a lo que hace Artec».

A continuación: ¿modelado de módulos de fabricación?

Con el diseño de su sillón reclinable para el cuidado de la salud que se ha desarrollado, fabricado y lanzado al mercado, ¿qué sigue para el flujo de trabajo de digitalización ahora basado en escaneo 3D de Kimball?

La silla reclinable para el cuidado de la salud de Kimball terminada. Imagen cortesía de Kimball International.

Los esfuerzos de digitalización de productos de la compañía continúan creciendo, con representaciones 3D realistas que ahora aparecen en sus materiales de marketing, pero también están considerando expandirse a una nueva área: el diseño de módulos de trabajo. Dado que este proceso todavía tiende a depender de diseños CAD 2D, que no son excelentes para evaluar la ergonomía, Mlsna cree que es otra área de oportunidad para su empresa.

«Todavía no hemos llegado a ese punto, podríamos crecer en esto, pero en general el escaneo de Artec 3D ha sido de gran valor para nosotros en los entregables, porque ya no sólo estamos haciendo digitalización», concluyó Mlsna. «Ahora podemos ayudar a la ingeniería de productos con algo que no existe desde el punto de vista de un archivo CAD. Es una verdadera ingeniería inversa».