Amélioration de la fabrication additive avec la rétro-ingénierie

L'ingénierie inverse est un outil puissant pour la fabrication additive, et la combinaison des deux peut grandement améliorer la conception du produit et raccourcir le cycle de développement du produit. Que vous ayez besoin de fabriquer une pièce existante sans modèle numérique ou une pièce de rechange à remplacer, la rétro-ingénierie présente de nombreux avantages. Un éventail d'industries telles que l'aérospatiale, l'automobile et le médical tirent déjà parti des avantages de l'ingénierie inverse aux côtés de la FA, avec des économies de temps et d'argent considérables.

Qu'est-ce que la rétro-ingénierie ?

En règle générale, lors de la conception d'un objet à partir de zéro, un ingénieur de conception produira des dessins détaillant comment l'objet doit être construit. En revanche, l'ingénierie inverse implique l'approche opposée :l'ingénieur concepteur commence à partir du produit final, travaillant en arrière tout au long du processus de conception pour atteindre les informations de conception d'origine. En théorie, tout objet peut faire l'objet d'une ingénierie inverse, qu'il s'agisse d'une pièce mécanique, d'un produit de consommation ou même d'un artefact ancien.

Comment fonctionne la rétro-ingénierie ?

Pour commencer le processus d'ingénierie inverse, vous commencerez généralement par mesurer la taille et la forme de l'objet. Cela peut être fait manuellement mais, en particulier pour les applications industrielles, l'utilisation de la numérisation 3D est de plus en plus courante. Les données relatives aux spécifications de conception de l'objet sont ensuite converties en un fichier CAO numérique. À ce stade, le modèle numérique peut être converti en STL, l'optimisant pour l'impression 3D.

Pourquoi utiliser la rétro-ingénierie ?

Il y a plusieurs raisons pour lesquelles l'ingénierie inverse est une technique de fabrication utile. Par exemple, vous êtes un équipementier automobile qui a besoin de produire des pièces détachées, mais vous n'avez pas les données CAO ? La rétro-ingénierie peut être utilisée pour obtenir les spécifications requises afin que les pièces détachées rares puissent être reproduites par impression 3D.

De plus, la rétro-ingénierie est bénéfique lorsque vous devez apporter des améliorations à un objet existant, mais que vous n'avez pas sa maquette numérique. Dans ce cas, l'ingénierie inverse vous permet d'analyser l'objet et d'apporter des modifications de conception en cours de processus, ce qui vous permet de gagner un temps considérable.

La numérisation 3D :le compagnon naturel de l'impression 3D

Le processus traditionnel de mesure manuelle d'un objet à rétro-ingénierie peut prendre beaucoup de temps, car il nécessite divers appareils tels que des pieds à coulisse ou des jauges de glissement pour mesurer et dessiner la forme et la taille d'un composant avant de le répliquer dans un programme de CAO . Heureusement, nous avons constaté des progrès impressionnants dans la technologie de rétro-ingénierie, permettant une solution plus rapide et plus précise :la numérisation 3D.

Comme la représentation numérique d'un objet est l'épine dorsale de l'impression 3D, la numérisation 3D offre une solution numérique efficace lorsqu'il est nécessaire de rétro-concevoir d'anciennes pièces à remplacer ou des pièces sans modèles CAO existants. La combinaison des méthodes d'impression 3D et de numérisation 3D présente des avantages significatifs pour les applications d'ingénierie nécessitant une grande précision et des temps de développement de produits plus courts.

Les scanners 3D sont des appareils utilisés pour la mesure en 3 dimensions et permettent de capturer rapidement et précisément les données de l'objet physique pour créer des « nuages ​​de points », qui sont ensuite rendus en représentation numérique 3D.

3 techniques de numérisation 3D

La clé d'une numérisation 3D réussie est de mesurer votre objet avec un degré de précision suffisant afin de capturer les détails nécessaires à une réplication adéquate. Pour y parvenir, il existe quelques options de numérisation 3D qui peuvent aider à créer un modèle 3D presque immédiatement prêt pour l'impression 3D.

1. Photogrammétrie

La méthode de photogrammétrie est basée sur des photos, prises sous différents angles autour d'un objet, puis « assemblées » à l'aide d'un logiciel spécial pour reproduire numériquement un objet physique. Cependant, la photogrammétrie nécessite un décor de studio, car cette technique implique un système complexe de caméras, qui peut être difficile à mettre en place et n'est pas facilement transportable. De plus, les modèles 3D numériques réalisés avec la photogrammétrie ne peuvent généralement pas rivaliser avec la numérisation 3D basée sur la lumière en termes de précision et de niveau de détail.

2. Numérisation 3D basée sur la lumière

Il existe deux types courants de scanners 3D, appartenant à la catégorie des numérisations 3D basées sur la lumière : lumière structurée et numérisation laser . Ces scanners sont disponibles dans une variété de tailles avec des options portables et fixes disponibles.

• Un scanner 3D à lumière structurée projette le motif lumineux de bandes parallèles sur la surface d'un objet. La caméra du scanner capture ensuite cette projection, qui est ensuite traduite en une réplique numérique. Les scanners 3D à lumière structurée sont capables d'un niveau de détail élevé, bien qu'ils soient généralement utilisés pour de petits objets.

• En revanche, le balayage laser fonctionne en projetant un faisceau laser sur la surface d'un objet qui est réfléchi par la surface. Les caméras du scanner capturent ensuite l'angle de réflexion et le traduisent en coordonnées d'un objet, qui sont utilisées pour générer un modèle 3D. Cette méthode permet de numériser des objets de forme libre et des détails complexes, faisant de la numérisation laser l'une des formes les plus précises de numérisation 3D.

BMW Group est un fabricant qui utilise actuellement des scanners 3D à lumière bleue ainsi que la photogrammétrie pour procéder à la rétro-ingénierie, puis fabriquer de manière additive des pièces de rechange pour ses clients.

3. CT scan

La tomodensitométrie (CT) est une autre méthode de numérisation qui peut être appliquée à la fabrication additive pour la rétro-ingénierie. La tomodensitométrie implique plusieurs projections de rayons X à travers un objet, créant des images qui sont ensuite combinées pour former un modèle numérique 3D. La tomodensitométrie est particulièrement unique en ce qu'elle fournit des données non seulement sur les structures externes mais aussi internes. Comme il est de plus en plus important de pouvoir prédire et établir l'intégrité structurelle, la contrainte résiduelle et d'autres paramètres avec les composants imprimés en 3D afin de maintenir leurs performances, cette capacité est importante pour établir les spécifications structurelles d'une pièce. La tomodensitométrie a particulièrement trouvé sa place dans les applications médicales. Par exemple, les tomodensitogrammes peuvent être utilisés pour produire des modèles d'organes humains imprimés en 3D, aidant les chirurgiens à se préparer à des chirurgies complexes.

Ingénierie inverse et fabrication additive :cas d'utilisation 

Des technologies telles que la numérisation 3D aident à intégrer l'ingénierie inverse dans le flux de travail de fabrication additive, offrant aux fabricants de tous les secteurs une solution viable pour des défis d'ingénierie spécifiques.

Un exemple en est la production de prototypes imprimés en 3D de pièces obsolètes aérospatiales. Roc-Aire, un fabricant sous contrat de pièces pour l'aérospatiale, numérise les pièces d'avion existantes avant de les imprimer en 3D pour vérifier l'ajustement et évaluer la conception et la fonction. Une telle solution permet non seulement d'accélérer le développement du projet, mais également d'obtenir des résultats finaux plus efficaces.

Dans le secteur médical, l'intégration de l'ingénierie inverse et de la fabrication additive est cruciale pour résoudre des cas médicaux complexes. Par exemple, en 2016, le Royal Hospital for Sick Children a utilisé la numérisation 3D et l'impression 3D pour les chirurgies de reconstruction de l'oreille. À l'aide d'un scanner 3D à lumière structurée, les médecins devaient scanner l'oreille non affectée et imprimer en 3D un prototype en polymère, utilisé comme modèle pour la reconstruction.

Un autre exemple peut être trouvé dans l'industrie automobile, où l'ingénierie inverse, avec la technologie SLS, a été utilisée pour créer une entrée d'air optimisée pour l'espace pour une moto de course. Dans ce cas, l'utilisation de l'ingénierie inverse et du SLS a fait une énorme différence dans la réduction du temps nécessaire à la réalisation du projet.