En esta era digital, es sorprendente saber que el mundo está lleno de objetos que carecen de un modelo digital o de un historial CAD, pero este es un desafío común en el ámbito del diseño de productos. Cuando esto ocurre, los fabricantes de piezas recurren a la ingeniería inversa, un proceso que requiere mucho tiempo. Sin embargo, los fabricantes innovadores encargados de producir o construir piezas de repuesto sin un archivo digital asociado confían en las tecnologías de escaneo 3D para acelerar significativamente el flujo de trabajo de estos proyectos, al mismo tiempo que garantizan la Exactitud y la calidad de la pieza acabada.
A medida que el escaneo 3D se hace más frecuente, nuevos campos, como el desarrollo de productos y la ingeniería inversa, empiezan a adoptar la tecnología de medición digital. De hecho, según una previsión de MarketsandMarkets, se espera que el mercado de la metrología 3D, en su conjunto, crezca en el 2022 de 10.600 millones de dólares a 15.900 millones en el 2027, siendo las aplicaciones de ingeniería inversa uno de los principales motores.
Cada vez son más los usuarios que aplican el escaneo 3D a los proyectos de ingeniería inversa, ya que la capacidad de escanear de forma eficaz y precisa las medidas, características y detalles a lo largo de varias iteraciones de diseño reduce significativamente el tiempo de comercialización en comparación con los métodos de medición tradicionales. Conscientes de ello, los fabricantes de piezas de automoción, aeroespaciales y de defensa, entre otros, han comenzado a utilizar la metrología 3D para realizar una ingeniería inversa rápida y precisa de los objetos existentes cuando se trata de producir piezas personalizadas y de repuesto, piezas cuya producción se ha interrumpido o piezas sin un archivo CAD asociado.
Además de reducir el bucle de retroalimentación entre las fases de diseño, creación de prototipos y pruebas en los proyectos de ingeniería inversa, los datos suministrados por el escaneo 3D también sirven de orientación para la viabilidad de los pasos posteriores del proceso de fabricación y garantizan que la pieza producida alcanzará la intención final del diseño.
Los escáneres 3D ofrecen más detalles en las aplicaciones de ingeniería inversa
La ingeniería inversa de un objeto físico requiere la medición de su altura, anchura, profundidad, diámetro y circunferencia, así como otras geometrías como la forma del objeto, que puede incluir bordes y ángulos no lineales. También puede ser necesario captar detalles complejos, como el radio de ciertos rasgos o las características que pueden darse por debajo o entre varios rasgos.
Mientras que las técnicas de medición tradicionales, como los calibradores y las máquinas de medición de coordenadas (MMC), pueden medir las simples dimensiones físicas de una pieza, el escaneo 3D adquiere de forma eficaz y precisa todos los datos asociados a la pieza completa, lo que proporciona a los diseñadores una comprensión más clara de la pieza en su totalidad, incluidas sus superficies, detalles y características intrincadas. Sin la ventaja del escaneo 3D detallado, los diseñadores deben basarse en suposiciones sobre los detalles más difíciles de obtener de la pieza, y esas suposiciones suelen conducir a un producto mal diseñado que no es precisamente lo que el cliente requiere. La exhaustividad de los datos proporcionados por el escaneo 3D es lo que aporta ventajas considerables a la aplicación general y al flujo de trabajo.
Normalmente, el proceso de medición 3D incluye varios pasos: En primer lugar, se escanea el objeto y se crea una nube de puntos que identifica las formas, los contornos y las dimensiones de la pieza. A continuación, los datos recogidos se convierten en un archivo CAD, o una réplica en 3D de la pieza. Por último, mediante un programa informático, se puede modelar la pieza para generar un "plano" que se utiliza para procesar la pieza.
Para lograr el primer paso de la recopilación de datos, existen diversas tecnologías de escaneo 3D. Sin embargo, los escáneres láser montados en el brazo suelen tener menos limitaciones que otras tecnologías y son más avanzados a la hora de capturar geometrías suaves y orgánicas hasta un cierto nivel de detalle. Se puede lograr una mayor precisión mediante el uso de una sonda dura, que capta características geométricas precisas, así como líneas de mecanizado afiladas. Existen escáneres 3D para medir desde piezas de pocos centímetros de diámetro hasta objetos tan grandes como el casco de un barco, así como escáneres para distintos niveles de complejidad.
Gracias a estas tecnologías de escaneo 3D, los diseñadores de productos pueden iniciar el proceso de ingeniería inversa para crear componentes personalizados o piezas de repuesto. Por ejemplo, en la industria del automóvil, podría utilizarse un escáner láser para escanear la puerta de un automóvil y capturar los aspectos más orgánicos y moldeados de la puerta, mientras que podría aplicarse una sonda táctil para capturar los datos asociados a las partes mecanizadas de la puerta. Los datos recogidos podrían utilizarse para crear archivos y modelos CAD para productos como componentes de repuesto para un automóvil que podría estar fuera de producción.
La misma tecnología puede aplicarse a la ingeniería inversa de piezas de recambio para las que existe un archivo CAD, pero no tiene en cuenta que la pieza puede haberse desgastado con el tiempo o el uso. En estos casos, el escaneo 3D no sólo acelera el proceso de diseño, sino que también garantiza que las piezas de repuesto sean más eficientes desde el punto de vista del uso, ya que se diseñan sobre el estado real de una pieza o máquina concreta.
Las ventajas de la ingeniería inversa con la exploración 3D
Dado que el proceso de desarrollo de productos suele ser largo y costoso e incluye múltiples iteraciones, el tiempo es crucial, por lo que cualquier reducción del calendario es un factor de valor clave en las aplicaciones relacionadas con el diseño. La capacidad de utilizar el escaneo 3D para realizar una ingeniería inversa precisa y eficaz de un producto existente supone un importante ahorro de tiempo, ya que las estimaciones sugieren que la tecnología puede reducir el proceso de desarrollo del análisis de los datos y la validación del diseño hasta en un 80% en comparación con los métodos tradicionales.
Además, una vez construido el primer prototipo, el usuario será consciente de la posibilidad de fabricar la pieza o el producto y podrá determinar en una fase temprana del proceso de diseño si es factible su fabricación. Y, una vez construido el primer prototipo, los escáneres 3D pueden volver a utilizarse para saber si la pieza se ajusta realmente a la intención del diseño. En otras palabras, puede ser posible fabricarlo, pero ¿hace lo que tiene que hacer, encaja donde tiene que encajar y reacciona al estrés y al desgaste como debería? Dado que durante los proyectos de ingeniería inversa es probable que se realicen múltiples iteraciones, la capacidad de reconocer estos problemas en una fase temprana del proceso mediante un escaneo 3D eficaz y preciso permite a los usuarios reducir considerablemente el tiempo de la fase de desarrollo. Además, cuanto más corto sea el ciclo de retroalimentación, más rápido se podrá lanzar al mercado una pieza o un producto de alta calidad que funcione como está previsto.
Otras ventajas son la reducción de desechos y desperdicios asociada a un menor número de iteraciones de diseño inutilizables y la eliminación de piezas acabadas que no se ajustan a la intención del diseño, así como la capacidad de producir piezas y productos acabados de mayor calidad, ya que la digitalización en 3D garantiza una comprensión completa de la pieza y de todas sus complejidades.
La metrología 3D mantiene a Pratt Miller a la cabeza del grupo
Pratt Miller, una empresa de ingeniería y desarrollo de productos con raíces en los deportes de motor, cuenta con múltiples victorias y campeonatos en programas como Corvette Racing. La empresa se ha enfrentado y derrotado a formidables rivales, como Ferrari, Porsche, BMW, Aston Martin y Lotus. El récord de Corvette Racing, con ocho victorias en las 24 horas de Le Mans, es un testimonio de una empresa que entiende el poder de la velocidad y la precisión, así como la importancia de una cuidadosa inspección y análisis de datos antes, durante y después de una carrera.
El equipo utiliza FARO® ScanArms en todo su proceso, confiando en la Exactitud de los datos, la portabilidad del brazo de medición y la facilidad de configuración para obtener la información que los mantiene en pista en las 24 Horas de Le Mans. Aunque el equipo se ha asociado con FARO en cuatro generaciones de autos de carreras, recientemente, Corvette Racing y Pratt Miller utilizaron las tecnologías de FARO para volver a la pista con el Corvette C8.R en busca de otra victoria en Le Mans.
Frank Wilson, director de calidad de Pratt Miller. dice: "Las carreras se basan en la precisión y la ejecución. Ganar empieza con la preparación antes de que el auto vea la pista y con tener las herramientas y procesos adecuados para que nuestro equipo tenga éxito." "Pratt Miller lleva más de 20 años diseñando, construyendo y compitiendo con los autos de Corvette Racing y nuestro equipo está encantado de volver a las 24 horas de Le Mans en busca de nuestra novena victoria."
Wilson continúa: "Hemos confiado en FARO Technologies para escanear mejor, escanear más rápido y escanear más cuando desarrollamos cuatro generaciones de autos de carreras Corvette. Y ahora lo hemos hecho en el Corvette C8.R, que correrá por primera vez en Le Mans este año."
Pratt Miller utiliza una variedad de FARO ScanArms en todo su proceso. La Exactitud, portabilidad y la capacidad de recopilar y reunir datos con rapidez tienen un valor incalculable en el vertiginoso mundo de los deportes de motor profesionales. Wilson explica, "Las soluciones de metrología proporcionadas por FARO se utilizan desde las primeras etapas de nuestro desarrollo aerodinámico, en la ingeniería inversa, como apoyo al diseño y en la inspección de las fijaciones y los moldes antes de comenzar la fabricación, así como en el proceso de las inspecciones finales de los componentes de los autos de carreras y para la correlación de los datos de las pruebas con los resultados en la pista."
Tanto si se utiliza el FARO ScanArm para el sondeo con contacto duro, el escaneo sin contacto o una combinación de ambos, el equipo de Pratt Miller puede utilizar el brazo en su laboratorio, en la planta de fabricación, en el garaje o en la carretera gracias a la portabilidad, fiabilidad y versatilidad del equipo.
Wilson dice, "Nuestro equipo está emocionado por el debut del C8.R en Le Mans y por verlo competir en la clase GT Pro en la mayor carrera de nuestro deporte contra los mejores fabricantes y equipos de las carreras de autos deportivos de resistencia."