Prototyp für einen 3D Kopierer

Prototyp für einen 3D Kopierer

David Stadelmann

Problemstellung
Die industrielle Computertomographie ist ein integraler Bestandteil moderner Bauteilentwicklung und Qualitätssicherung, da sie eine exakte, zerstörungsfreieInspektion eines Objektes in kurzer Zeit ermöglicht, indem sie eine digitale Rekonstruktion des Ist -Zustandes generiert. Eine Computertomographie- Messung kann auch dazu verwendet werden, die Vorlagedaten für eine additive Fertigung einer Kopie eines Objektes zu liefern und bestehende Produkte oder Objekte zu kopieren. Diese Bachelorarbeit, am Institut für Medizintechnik an der Hochschule Luzern, hat das Ziel, mit einem Computertomographen, einer Segmentierungssoftware und einem additiven Fertigungswerkzeug, ein Prototyp eines 3D Kopierers zu entwickeln. Diese Methode verspricht bei der Reproduktion von Bauteilen, deren Konstruktionspläne nicht mehr vorhanden sind, eine grosse Zeiteinsparung bei gleichbleibender Qualität.

Lösungskonzept
Um die Genauigkeit der Datensätze, die vom Computertomographen unter verschiedenen Parametern generiert werden, zu überprüfen, wird ein vermessener Aluminiumzylinder zu Hilfe genommen. Des Weiteren werden ein Objekt, das nur aus einem Material besteht, ein Objekt mit zwei verschiedenen Kunststoffkomponenten und ein Objekt mit einem Stahlkomponenten gescannt. Anschliessend werden diese mit der Software Volume Graphics Studio Max 3.3.4 segmentiert und nachträglich auch mit einem 3D Drucker gedruckt. Die 3D Drucke werden wiederum gescannt und mit den Originaldatensätzen auf ihre Genauigkeit verglichen.

Ergebnisse
Die Ergebnisse zeigen, dass die verschiedenen Röntgen- und Detektorparameter einen Einfluss auf die Genauigkeit der Scans haben. Allerdings weichen die Werte nur um wenige zehntel Millimeter voneinander ab. An den Objekten können qualitativ hochstehende Computertomographie-Scans durchgeführt werden, die eine Voxelgrösse von 0.041 Millimeter besitzen und einen maximalen Zeitaufwand von 36 Minuten benötigen. Die Ergebnisse der Soll -Ist-Vergleiche zwischen dem gescannten Originalobjekt und der gescannten 3D Kopie zeigen, dass sich der grösste Teil der Abweichungen zum Original im Bereich von -200 μm bis +200 μm bewegt. Die Standardabweichung der Abweichungen bewegt sich je nach Grösse und Komplexität des Objekts zwischen 58 und 81 Mikrometer. Im Allgemeinen ist zu sagen, dass der Prozess des 3D Kopierers mit Hilfe eines Computertomographen einwandfrei funktioniert. Die Schnittstellen zwischen den einzelnen Geräten bereiten keine Probleme. Die grössten Massabweichungen entstehen durch die angewendete n 3D Drucker, da sie mit der Genauigkeit der Scans nicht mithalten können.

Abbildung 2: Oberflächenbestimmung: Die Oberflächen der CT-Daten wurden mit der Software VG Studio Max 3.3.4 bestimmt und nachbearbeitet.
Abbildung 3: Soll-Ist-Vergleich: Die Oberfläche des 3D Drucks wurde mit dem Originalobjekt verglichen. Die 3D– und 2D-Bilder werden farbcodiert dargestellt. Grün bedeutet eine geringe Abweichung vom Originalobjekt.
Abbildung 4: Abweichungshistogramm: Für jeden Soll-Ist-Vergleich wurde ein Abweichungshistogramm erstellt. Dieses stellt alle Abweichungen grafisch dar und berechnet unteranderem die Standardabweichung Mikrometer genau. Die graue Fläche stellt das ausgewählte Intervall dar.

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