Reverse engineering "quasi impossibile" per riprodurre ricambi per aeroplani con la scansione Artec 3D

Un pilota collaudatore sull'aereo leggero Sadler Vampire. Immagine di Wikimedia Commons

Hai mai sognato di decollare con il tuo aereo personale e volare in un nuovo angolo del mondo ogni volta che vuoi? La prospettiva di tale libertà illimitata ha da sempre spinto l'industria aerospaziale a innovarsi continuamente per trasformare questa fantasia in realtà.

Dal lancio del LearJet 23 nel 1964, che rese popolari i jet privati, i progetti sono progrediti a ritmo sostenuto, con alcuni che volevano creare viaggi aerei sempre più lussuosi e altri che davano la priorità all'utilità.

Uno dei più inventivi di questi aerei è arrivato negli anni '80: il Sadler Vampire. A differenza di molti suoi coetanei, era dotato di ali pieghevoli e di una forma pod-and-boom. Fino ad oggi, questo aereo rimane popolare tra gli aviatori e il suo design è stato riproposto molte volte; a un certo punto, è stata creare persino una versione "Piranha" dotata di mitragliatrice.

Tuttavia, la natura sperimentale dell'aereo significava che il suo design non era mai stato conservato in forma CAD e stava diventando sempre più difficile reperire i pezzi di ricambio. Davanti a questi problemi di approvvigionamento, un pilota ha deciso di rimanere all'avanguardia, digitalizzando l'intero Sadler Vampire con la scansione Artec 3D.

Digitalizzare un'icona dell'aviazione

Da quando ha venduto il suo primo Sadler Vampire decenni fa, il pilota in questione è diventato più consapevole della rarità dell'imbarcazione. Quindi, nel caso in cui qualcosa dovesse rompersi o volessero apportare modifiche, ha pensato che fosse meglio creare una "linea di base" in design digitale.

Mentre la struttura alare del velivolo presenta delle protuberanza che lo rendono abbastanza facile da digitalizzare, il suo abitacolo bianco a forma di capsula è privo di rivetti, senza texture e realizzato in fibra di vetro riflettente. L'acquisizione tramite fotogrammetria era un'opzione, ma il modello risultante avrebbe richiesto una significativa pulizia.

Dopo aver contattato 3DMakerWorld, il partner statunitense di lunga data di Artec ha suggerito un'alternativa: lo scanner Artec Leo. Sebbene anche lo scanner Artec Space Spider avrebbe potuto catturare l'aereo con la precisione necessaria per il reverse engineering, la velocità di scansione di 35 milioni di punti al secondo di Leo, il display integrato e la versatilità senza cavi lo hanno reso più adatto a questo lavoro.

Chad Mees di 3DMakerWorld digitalizza la sezione del pod di un Sadler Vampire con Artec Leo. Immagine per gentile concessione di 3DMakerWorld

"Avevamo una situazione molto fragile, era su un cavalletto del motore con un lungo raggio che lo attraversava. Quindi ho dovuto manovrarci attorno," ha spiegato l'ingegnere di 3DMakerWorld Chad Mees. "Con Artec Leo, è stato facile invertirlo, inserirlo nelle cavità e catturare i dettagli interni. Usando il suo schermo incorporato, potevo anche guardare quello che stavo facendo senza interruzioni!"

Un altro vantaggio della scansione Artec 3D è stato l'elevato livello di precisione che il team è riuscito a raggiungere, senza bisogno di obiettivi di tracciamento o marcatori. Ciò ha assicurato che il Sadler Vampire non venisse danneggiato durante la digitalizzazione, ha semplificato il flusso di lavoro e ha permesso di acquisire tutti i dati necessari in pochi minuti.

Scan-to-CAD su Artec Studio

Per il reverse engineering avanzato, le aziende spesso investono in strumenti aggiuntivi, come quelli offerti da Geomagic per SOLIDWORKS, ma in questo caso Artec Studio si è dimostrato più che sufficiente.

In particolare, Mees afferma che il pennello correttivo del software di scansione 3D e di elaborazione dei dati di scansione è stato ottimo per eliminare gli artefatti. Normalmente, tale operazione sarebbe difficile a causa della forma organica della cabina di pilotaggio, ma grazie a questo strumento è stato possibile garantire che le superfici delle parti si adattassero perfettamente.

Una mesh 3D dell'abitacolo curvo del Sadler Vampire. Immagine per gentile concessione di 3DMakerWorld

"In alcuni punti, dove era possibile riscontrare dei piccoli artefatti, siamo riusciti a rimuoverli con gli strumenti di levigatura di Artec Studio," ha detto Mees. "Laddove le scansioni non combaciavano perfettamente, il software è riuscito a collegarne facilmente le superfici. La pulizia è stata molto semplice."

"La pulizia, che ha coinvolto tutti questi diversi componenti, è stata realizzata interamente in Artec Studio. Non c'è stato bisogno di fare altre modifiche alla mesh."

Pensando a come migliorare ulteriormente l'operazione, viene da pensare che gli strumenti di ispessimento della superficie di Artec Studio potrebbero rendere il processo ancora più semplice. The Vampire presentava molte geometrie strette, dove catturare entrambi i lati era molto complicato, un problema che avrebbe potuto essere superato aggiungendo spessore in alcuni punti.

Ma anche senza questa caratteristica, la mesh risultante potrebbe infine essere esportata e trasformata in un modello 3D completamente strutturato, con il livello di dettaglio necessario per il reverse engineering.

Una mesh 3D di una singola apertura ottenuta dal Sadler Vampire. Immagine per gentile concessione di 3DMakerWorld

Opportunità di analisi e aggiornamento

Andando avanti, si pensa che Leo potrebbe avere un ulteriore potenziale di scansione 3D degli aeromobili, in particolare nei campi dei test non distruttivi (NdT) e della fluidodinamica computazionale (CFD).

Anche se fossi in grado di creare manualmente un modello perfetto di un aereo come il Vampire, Mees dice che "non ti mostrerebbe davvero se fosse prodotto correttamente." Con la scansione Artec 3D, d'altra parte, afferma che è possibile acquisire corpi curvi e inserire i dati risultanti in una simulazione CFD che consente di analizzare in che modo l'aria delle turbolenze influisce sulle prestazioni dell'aereo.

Per il momento, il proprietario del Vampire non sta pianificando alcuna analisi CFD, ma ora ha un file di progettazione a cui rivolgeris nel caso decida di effettuare aggiornamenti o abbia bisogno di pezzi di ricambio.

"Grazie al suo ampio campo visivo e alla sua manovrabilità, Artec Leo è stato l'ideale per questo progetto," ha aggiunto Kevin Stucky, il consulente di scansione 3D di 3DMakerWorld. "Sarebbe stato piuttosto fastidioso entrare in spazi chiusi trascinandosi dietro un computer. La scansione ottenuta era anche priva di rumore, a dimostrazione dell'incredibile flessibilità di Leo."

"Ottenere le misurazioni esatte (come in questo caso) sarebbe quasi impossibile se non usassimo la scansione 3D Artec Leo."