Natives Reverse-Engineering mit Siemens NX

 

reverse engineering eines Verdichterlaufrads

In vielen elektrotechnischen Produkten sind Funktionsteile aus Kunststoff verbaut. Deren Gestalt wird durch die Funktion und die dafür notwendige Stabilität der Teile definiert. Die Konstruktion von Funktionsteilen besteht i.d.R. hauptsächlich aus parametrisch bestimmbaren Elementen den sogenannten regelgeometrischen Grundkörpern.

Entsprechend erfolgt das Reverse-Engineering für solche Teile durch eine parametrische Nachkonstruktion. Hierfür ist Solid Works eine hervorragend geeignete Software. Wegen der weiten Verbreitung von Solid Works bietet 3Dpadelt den Konstruktionsservice mit Solid Works seit vielen Jahren als Dienstleistung an.

Am Beginn der Nachkonstruktion eines Teiles fertigen wir dafür einen qualitativ sehr hochwertigen 3D Scan an. Im Ergebnis haben wir alle Maße vom Teil im richtigen Zusammenhang in digitaler Form (als STL Daten). Solid Works bietet ab der Version 2016 gut handhabbare Funktionalitäten für die Nutzung importierter STL Daten als Konstruktionsgrundlage an. Da diese Software nicht abwärtskompatibel ist, stellen wir parametrische Reverse-Engineering Ergebnisse vorzugsweise ab dieser Version bereit. Wünschen Sie Daten in einer älteren Version von Solid Works, so können wir diese ebenfalls liefern.
Der zeitliche Aufwand für die Konstruktion ist dann aber höher.


Ausrichtung von STL Daten im Koordinatensystem

Zunächst erfolgt die richtige 3-2-1 Orientierung der Scandaten im Koordinatensystem der Software. Hierfür werden die bestimmenden Symmetriemerkmale des Objektes herangezogen. Das können sich schneidende Ebenen oder wir hier die Achse von Zylindern sein. Eine gute Orientierung der gescannten Daten ist Voraussetzung für eine zügige Konstruktion.

Siemens NX convergence body auf STL Daten vom Verdichterrad

Die Siemens NX Funktionalität convergence body bildet auf der Grundlage gescannter Daten
vereinfachte Volumenkörper. Dabei werden Näherungen vorgenommen, die offensichtliche
kleinere Abweichungen von glatten Geometrien ausgleichen. Eine sofort nutzbare Datei erhält man damit jedoch nicht, da alle größeren Abweichungen der realen von der gewünschten Geometrie auch in diesem Volumenkörper erhalten bleiben. Um ein ideales CAD Modell zu erhalten, bleibt der um die Funktionalität des Bauteiles wissende Konstrukteur unersetzlich.
Ab der Version Siemens NX 11 wird durch diese convergence body Erzeugung das Reverse-engineering jedoch wesentlich beschleunigt.

Das Konstruktionsergebnis wird ein idealer, symmetrischer und funktionierender Volumenkörper-Datensatz. Eine solche Konstruktion ist eine Idealisierung und eine Näherung im Vergleich zum realen Bauteil.

Als nächstes werden die Flächen konstruiert. Frei geformte Funktionsflächen werden aus Splines aufgebaut. Das sind auf Stützpunkten gebildete glatte Kurven im Raum. Die Stützpunkte werden auf dem convergence body  im Siemens NX angeklickt. Bei der Auswahl eines jeden Stützpunktes für ein Spline vergleicht der Konstrukteur die Abweichung der gefitteten Raumkurve von der STL Datei. Die Anzahl und die Lage wählt er dabei so, dass eine möglichst nahe am Original liegende und saubere Fläche über die Splines entsteht.


splines reverse-engineering NX

Für die Flächenbildung werden splines ausgewählt.

patch NX reverse-engineering

Zwischen den splines werden die Flächenelemente (patches) aufgepannt und darüber hinaus tangential verlängert.

Im nächsten Schritt konstruieren wir den drehsymmetrischen Hüllkörper. Bei der Auswahl der Parameter wird darauf geachtet, dass diese sinnvoll bemaßt und auf ein Zusammenspiel mit weiteren Baugruppenteilen abgestimmt sind.

Die umhüllende drehsymmetrische Form wird z.B. mit einem definierten Abstand gemeinsam mit dem Turbinengehäuse erstellt.

Schnittlinien NX reverse engineering

Bildung der Schnittlinien zwischen patches und umhüllender Fläche

Flächentrimmen NX reverse engineering

Die Flächen werden an den Schnittlinien getrimmt. Das Ergebnis dieses Konstruktionsschrittes ist ein Körper mit scharfen Kanten.

Die Lage der weiteren Flügelblätter in der Konstruktion ist durch gleichmäßige feste Winkel zwischen ihnen und die Drehsymmetrie gegeben. Das wird in der Konstruktion parametrisch genutzt. Das erste konstruierte Blatt wird in die errechneten Positionen kopiert und auf den inneren Tragkörper aufgebaut.

reverse-engineering Siemens NX Rotationskörper

Konstruktion eines umhüllenden drehsymmetrischen Körpers

reverse-engineering Siemens NX Rotationsanordnung

Drehsymmetrische Vervielfältigung der Grundgeometrie der Flügel vom Turbinenrad bei der Nachkonstruktion mit NX

Danach erfolgt die Konstruktion aller drehsymmetrischen Grundformen die zum Turbinenrad gehören und deren Verbindung mit den vorab konstruierten Blättern. Die Verschmelzung der Rotationskörper und der Freiformpatches ist der nächste im NX komfortabel auszuführende Konstruktionsschritt zum Volumenmodell. Danach erfolgt eine gleichmäßige parametrische Kantenverrundung. Die Ausbildung von Kofferecken, das heißt das Ineinanderlaufen unterschiedlicher Radien erfolgt mit Siemens NX problemlos. Die konstruierten Flächen gehen auch  an diesen Stellen  C2 stetig in den Flächen und harmonisch ineinander über. Die fehlerfreie Konstruktion dieser komplexen Formen ist ein großer Vorteil dieser Softwarelösung. Alternativ können Kanten, die z.B. ins Medium einschneiden auch Ellipsen oder anderweitig parametrisch gebildet werden. Die Konstrukteure von 3Dpadelt schlagen erfahrungsgemäß sinnvolle Arten der Kantenverrundung vor. Gleichermaßen beziehen wir Vorgaben des Kunden gerne in die Konstruktionen ein. Das gilt für Änderungen gegenüber dem Original genauso wie für aus dem Realteil nicht zu entnehmende Details (z. B. durch Abnutzung):

reverse-engineering Siemens NX Kantenverrundung

Im letzten Arbeitsschritt werden Kanten gleichmäßig verrundet

reverse-engineering Siemens NX Ergebnis

fertiges NX Modell nach Reverse-Engineering

Von uns übergebene CAD Modelle sind immer entsprechend der jeweiligen technisch logischen konstruktiven Absicht folgend aufgebaut. Sie erhalten den kompletten Featurebaum der Entwicklungshistorie. So können Sie selbst jederzeit einfach mit Siemens NX weiterkonstruieren und Ihren Zielen entsprechende konstruktive Änderungen am Modell vornehmen. In der hier vorgestellten Nachkonstruktion ist das Wachsen des Entwicklungsbaumes in jeder Stufe dargestellt.

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