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Autonomer 3D-Scanner von Fraunhofer für individuelle Fertigungsprozesse

Das Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD hat ein autonomes 3D-Scansystem entwickelt, das in Echtzeit arbeitet. Damit lassen sich beispielsweise Ersatzteile digital erfassen und später am 3D-Drucker produzieren. Zudem sieht man einen neuartigen Einsatzbereich als Fertigungsassistent.

Teile in der Losgröße eins zu produzieren war bislang unwirtschaftlich. Mit Hilfe additiver Fertigungsverfahren hat die individuelle Herstellung von Komponenten jedoch Zukunftspotential, beispielsweise für selten nachgefragte Ersatzteile oder personalisierte Produkte. Doch fehlt es meist an digitalen Daten um diese Teile am 3D-Drucker herstellen zu können.

Autonomer 3D-Scanner

Um diese Lücke zu schließen hat das Fraunhofer IGD ein neues 3D-Scansystem entwickelt, dass nicht nur autonom sondern auch in Echtzeit arbeitet.

“Das Besondere an unserem System: Es scannt Bauteile erstmals autonom – und zwar in Echtzeit”, erklärt Pedro Santos, Abteilungsleiter am Fraunhofer IGD.

Ein kaputtes Bauteil eines Oldtimers beispielsweise kann notdürftig zusammengeklebt und auf einem Drehteller platziert werden, der sich unter einem Roboterarm mit dem 3D-Scanner befindet. Der restliche Prozess läuft vollkommen automatisch ab. Je nach Größe und Komplexität des Objekts erfasst der Scanner innerhalb weniger Sekunden oder Minuten die komplette Geometrie. Schon während diesem Vorgang wird über intelligente Algorithmen im Hintergrund ein 3D-Modell des Objekts erstellt. Die anschließende Materialsimulation dieses Modells überprüft, ob das Teil stabil genug für den 3D-Druck ist.

Der Prozess

Laut Santos ist es die Kombination des Scanners mit einer Ansichtenplanung zu einem autonomen Gesamtsystem, welche den Prozess so einzigartig macht. Die Ansichtenplanung wurde ebenfalls vom Fraunhofer IGD entwickelt und ermittelt in Algorithmen anhand eines ersten Scans, welche weiteren im Anschluss sinnvoll sind, um das Objekt mit möglichst wenigen Scans erfassen zu können. So kann der Scanner ihm vollkommen unbekannte Objekte selbstständig am schnellsten Weg vermessen und digital erfassen.

Bislang gab es kein Scansystem, das nach einem solchen Verfahren arbeitet. Man musste den 3D-Scanner entweder anlernen oder das CAD-Modell des Bauteils besitzen um die Lage des Objekts relativ zum Scanner zu erkennen.

“Unser Scansystem dagegen kann jedes beliebige Bauteil vermessen, unabhängig davon, wie es ausgerichtet ist – und man muss es nicht anlernen”, erklärt Santos. “Auch Informationen zu CAD-Modellen oder Templates – also die Vorgaben von Standardformen, die ein Bauteil üblicherweise aufweist – sind nicht nötig.”

Fertigungsassistent

Als neuartige Einsatzbereiche für das System sieht man etwa die Fertigungsassitenz, um die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine zu verbessern. In dem aktuellen Projekt “Autoware” , bei dem die Zusammensetzung von Zylindern samt Kolben, Gehäuse und Dichtungen als Aufgabenstellung im Fokus liegt, findet das 3D-Scansystem bereits ergänzend zur manuellen Arbeit Einsatz.

“Unser 3D-Scansystem versetzt Roboter nun in die Lage, über einen Abgleich mit der Datenbank sowohl zu erkennen, welches Bauteil er gerade vor sich hat, als auch zu ermitteln, welche sein menschlicher Mitarbeiter zum Zusammensetzen des Zylinders als nächstes braucht”, erklärt Santos.

Auch die abschließende Qualitätskontrolle wird per Scan durchgeführt.  Im Rahmen weiterer Projekte arbeiten die Forscher des Fraunhofer IGD zudem daran, die gesamte Kette von Erfassung, Visualisierung und 3D-Reproduktion durchzuspielen.

Das Fraunhofer IGD wird das neue 3D-Scansystem auf der Hannover Messe, die vom 23. bis 27. April 2018 stattfindet, präsentieren.

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