CAD Software


Anwendungsbeispiele in Restauration und Reparatur - Lukas Mühlenstädt




Themenübersicht:


1. Scanverfahren
2. Allgemein
3. HAWK:
3.1 Projekt 1 - Drachenköpfe
3.2 Projekt 2 - Chorgestühl
4. Weitere Anwendungsbeispiele
5. Fazit
6. Quellenverzeichnis

Scanverfahren


Zum Scannen gibt es verschiedene Verfahren, bzw. Geräte mit deren Hilfe 3D Daten erfasst werden können, um dann mit verschiedensten Zeichenprogrammen und Softwares die Daten zu verarbeiten. In erster Linie sollte man auf die persönlichen Anwendungsbereiche gucken, um zum richtigen/ optimalen Gerät zu gelangen. In der Möbelbranche kommt es sehr auf Genauigkeit und minimale Toleranzen an, oft ist ein maximaler Scanbereich von 2 Metern ausreichend. Anders ist es bei der Vermessung von Gebäuden, hier ist ein großer Vermessungs-/ Scanbereich von Nöten: Es kommt nicht immer auf jeden Millimeter an.

An der HAWK gibt es beispielsweise den

Faro Focus3D X130 und den Creaform HandySCAN 700
  

Nähere und detailliertere Informationen erhalten Sie zu den an der HAWK verfügbaren Geräten in diesem Wiki: http://elearning.hawk-hhg.de/wikis/fields/cadsoftware/field.php/Main/3D-Laserscan-WasIstAnDerHAWKVorhanden?

Allgemein


Negativ - Scan  Original - Scan
> relativ geringe Nachbearbeitung,  > große Abweichungen, durch Anmaßungen,
> detailreich,  > Scanbereiche nicht immer ganz einfach zu erreichen,
> wenn möglich, schnelle Datenerfassung,  > hohe Nachbearbeitung,
> klare, definierte Scanobjekte  > große Dateien, mit möglichen Störgrößen

Beispiele:

  

HAWK:



> Projekt 1 - Drachenköpfe




Wie sicherlich vielen bekannt ist, hängen in der Aula im Honsen 2 Drachenköpfe an der Decke und sind mit in das Fachwerk eingearbeitet. Es ist aber vielleicht nicht allen bekannt, dass einige davon fehlten und in einem interdisziplinärem Projekt der Fakultät "Bauen und Erhalten" und der Fakultät "Gestaltung" neu konstruiert, bzw. gefertigt wurden.
In diesem Projekt wurden Handscanner des Rapid Prototyping Labors genutzt, um die Daten eines noch vorhandenen Drachenkopfes zu erfassen, um dann ein CAD-Modell zu bekommen, welches man mit CNC-Softwares formatieren konnte. Anfangs lief nur die Simulation am Rechner, bis dann der 1. Drachenkopf auf der 5-Achs-Maschine im Labor für Holzbearbeitung (Goschentor 1) gefräst wurde. Auf Grund der Aushöhlung im Maul des Drachen wurde das Fräsprogramm und somit der Kopf in zwei Teile geteilt, um so optimal an alle Stellen dran zu kommen und diese zu bearbeiten. Eine Kopfkomponente wurde in mehreren Schichten und mit immer feiner werdenden Fräsern bearbeitet.

Im folgenden Link wird in einem Video sehr gut veranschaulicht, wie man bei dem Projekt vorgegangen ist, wie letztendlich das neue "Produkt" entstanden ist und auch auf der Ligna in Hannover ausgestellt wurde.
http://www.hawk.de/lbt/default.php

> Projekt 2 - Chorgestühl


Chorgestühl Quelle: www.hawk.de

Ein weiteres Projekt, welches an der HAWK durchgeführt wurde, ist das Chorgestühl aus der Kirche von Tobsdorf/Dupus in Rumänien. Hier wurde im Jahr 2010 ein zerlegtes und ziemlich zerstörtes Chorgestühlaufgefunden und dann an der HAWK restauriert und manche Teile rekonstruiert. Eine Schwierigkeit bestand laut Dr. R. Buchholz, dem Werkstattleiter für die Studienrichtung „Restaurierung von Möbeln und Holzobjekten“, darin, dass man das Chorgestühl nie im Ganzen gesehen hatte und so nicht ganz einschätzen konnte, wie groß der wirkliche Schaden war.
Als man es im Jahr 2010 in der Kirche in Siebenbürgen, Rumänien gefunden hatte, lag es in Einzelteilen auf Kirchenbänken und war im Laufe der Jahre (1537-2010) in einen ziemlich schlechten Zustand gekommen. Zuerst wurden die im Restbestand noch vorhandenen Schädlingen mit Hilfe einer Stickstoffbehandlung entfernt, dann wurde das stark von Insekten zerstörte Holzgewebe in Kunstharz getränkt, um die zum Wiederaufbau benötigte Stabilität wiederherzustellen. Manche Teile konnte man jedoch nicht reparieren werden, bzw. haben komplett gefehlt. Hier konnte man mit Hilfe des Labors für Rapid Prototyping und Herrn Dipl.-Ing. R. Schneider und seiner 3D-Datenerfassungstechnik Stücke scannen und mit CAD-Softwares formatieren, um Gegenstücke an einer CNC 5-Achs-Maschine neu zu fräsen.


Die fertig gefrästen Teilen konnten mit kleinen Handarbeiten dann den letzten Schliff bekommen, um optimal zu passen. Dann wurde das neue Lindenholz noch gebeizt, so dass der Unterschied kaum mehr Sichtbar ist.


Nähere Informationen, weitere beeindruckende Bilder und eine interessante Videodokumentation erhalten Sie unter folgenden Links:



Weiter Anwendungsbeispiele /-bereiche:



> Restauration: Heiliger Lukas


Heiliger Lukas Quelle: www.augsburger-allgemeine.de  Die im 2. Weltkrieg zum Großteil zerstörte Lukas Skulptur aus der Münchner Theatinerkirche.
Hier auf dem Bild sieht man die von Joerg Maxzin rekonstruierte Skulptur. Eine große Komplikation bestand nach Maxzin darin, dass der verbrannte Torsos statisch relevant ist und schwere Lasten tragen musste. Das zuerst erstellte Model konnte innerhalb weniger Stunden ganz einfach aufgenommen und die fehlenden oder beschädigten Stellen durch historische Fotos, Skizzen und Computeranimationen rekonstruiert werden. Aus dem 1. Modell konnten dann einzelne Teile in Originalgröße übertragen und gefräst werden. Wie so häufig steckte auch hier der Teufel steckte im Detail, so fiel es besonders schwer die kleinen, bzw. dünnen Teile zu fräsen, wie beispielsweise die eine Gesichtshälfte des Stiers. An der dicksten Stelle ist diese gerade mal 3 mm und an der dünnsten nicht einmal 1 mm. Man musste also erst ein Negativ fräsen, welches als Fertigungsmittel zur Aufspannung diente. Zudem musste man hier auf eine andere Holzart zugreifen, weil Linde, woraus der Rest der Skulptur besteht zu weich war. Mit Ahorn hat es letztlich funktioniert. Man erkennt oder erahnt jedoch die Schwierigkeit, wenn man sich die Bilder genauer anguckt: An manchen Stellen kann man durch das Ahornholz die verkohlte Schicht darunter erkennen.

Bilder aus der Zeitschrift Restauro abfotografiert

> Deutsche Bahn:



Die Deutsche Bahn ist dabei Ersatzteile als 3D Daten in Datenbanken zu speichern, um bei Bedarf möglichst schnell und flexibel Teile produzieren zu können. Laut der Deutschen Bahn wurden im Jahr 2017 bereits rund 2.000 Ersatzteile erfasst und zum Teil reproduziert, sogar auf einem 3D-Drucker. (Bild unten)
Bis Ende 2018 plant die Deutsche Bahn gut 15.000 Teile zu erfassen und abrufbereit zur Reproduktion zu haben. Die DB sagt dazu: "Dabei reicht die Bandbreite vom Lüftungsgitter über Kopfstützen bis zur Querdämpferkonsole"

Nähere Informationen zur Arbeit der Deutschen Bahn und zum Bild gelangen Sie über den folgen Link: http://www.deutschebahn.com/de/presse/pressestart_zentrales_uebersicht/14123352/h20170515.html

> Ikea:



Ikea plant auch viele Ersatzteile demnächst nicht mehr auf Vorrat zu produzieren und bei Bedarf auszuliefern, sondern gewisse Teile mit dem 3D-Drucker zu reproduzieren. Dadurch lassen sich hohe Lagerkosten und -kapazitäten einsparen, zudem lenkt Ikea damit in Richtungen Nachhaltigkeit und Umweltbewusstsein. Man argumentiert, dass so ältere Möbel nicht zwangsläufig weggeschmissen werden müssen, sondern mit den richtigen Teilen repariert und erhalten bleiben können.

 
Ersatzteile Quelle: www.ikea.de Ersatzteilautomat Quelle: www.ikea.de



Nähere Informationen zur Arbeit, zum Plan von Ikea und zu den Bildern gelangen Sie über die folgenden Links:

> 1952er Ferrari 225:




Auf dem Foto oben ist ein beinahe komplett restaurierter Ferrari 225, Baujahr 1952 zu sehen. Das Redesign Sports Team, um Gründer Dafyd Ritchers aus Großbritannien hat mit Hilfe von 3D Hand-Scannern Einzelteile des Fahrzeuges, wie die Kolben (Bild unten) erfasst und mit der Software Solidworks umgewandelt und rekonstruiert. Die Kolben wurden innerhalb kürzester Zeit erfasst und nach geringen Nacharbeiten sind 4 Tage später 12 Kolben in der Produktion gefertigt worden.







Auf den Bildern oben ist zu erkennen, wie mit dem 3D Scanner die Daten aufgenommen worden sind und noch relativ unbrauchbar in der Software gezeigt werden. Es gestaltet sich ziemlich schwierig, gerade im Automobilbereich ein einzelnes Teil einzuscannen, wenn man nicht alles auseinander bauen möchte. Ein Scan ist also mit viel Nachbearbeitungszeit verbunden, da man Massen an Daten erhält, die erstmal gefiltert werden müssen.

Im Beispiel des Ferraris ist die Nutzung der 3D Datenerfassung durch Handscanner ein riesiger Fortschritt und erleichtert die Arbeit rund um die Restauration erheblich. So beschreibt es der Gründer der Redesign Sports Company. Er war nach bereits 15 Minuten vollkommen überzeugt von der Technik, als ihm der Verkäufer in dieser Zeit nahezu ein halbes Auto einscannte und in der Software vorführte.

Allgemein kann man diese Technologie in der Automobilindustrie immer häufiger auffinden, weil Zeit-, Lager- und somit Kostenersparnisse erzielt werden können und speziell im Oldtimerbereich lassen sich innerhalb weniger Tage Ersatzteile rekonstruieren, bzw. fertigen die mittels herkömmlichen Methoden Monate dauern würden. Allerdings muss man dazu sagen, dass es sich bei den rekonstruierten Teilen nicht mehr um Originalteile handelt, auch wenn sie am Original abgespannt wurden und das in Deutschland häufig angestrebte "History-Kennzeichen" würde man damit nicht erhalten.
  

Weitere Informationen und Bilder zum Projekt Ferrari 225 und zum Unternehmen von Dafyd Ritchers können Sie auch gerne im Artikel des "TCT-Magazine" auf folgender Website nachlesen.
https://www.tctmagazine.com/3d-printing-news/redesign-sport-solidworks-creaform-reverse-engineering-classic-cars/

> Medizin:


Die Medizin ist einen weiterer wichtiger und großer Bereich in dem die 3D Datenerfassung innovativ ist, der schon weit aber lange noch nicht ganz erforscht ist. Es gibt schon viele Bereiche in denen 3D Scanner genutzt werden, jedoch ist in manchen Bereichen ein Scanner, bzw. das Verfahren zu teuer oder nicht ganz notwendig.
Ein Beispiel sind medizinische Verbände und Schienen. Mit dem Scanner kann man optimal die Kontur erfassen um perfekt passende Schienen zu entwickeln und anzupassen.

Im Bereich von Prothesen ist das 3D-Sannen jedoch schon weiter verbreitet, weil es hier im Vergleich zu Schienen und Verbänden noch mehr auf Präzision ankommt! Eine häufige Beschwerde bei Prothesen, ins Besondere an den Füßen und den Beinen, sind auftretende Druckstellen und zu große Reibungen.
Die Nachbearbeitung in solchen Fällen sind sehr zeitaufwändig, kostspielig und lassen sich durch einen 3D Scan einfach umgehen. Der Scanner nimmt die Kontur des Amputationsstumpfes optimal auf und mit Hilfe von CAD-Softwares und Programmen lassen sich zu 100 Prozent passende Gegenstücke produzieren. In den Beispiel unten sogar drucken.

Auf dem Bild rechts sind die einzelnen Komponenten des Scans als CAD Modell zu erkennen.  

Nähere Informationen und weitere Bilder erhalten Sie über den folgenden Link:

Fazit:


Die 3D-Datenerfassung etabliert sich immer weiter auf dem Markt, weil es durchaus viele Vorteilen hat. Vor allem die kurzen Umsetzungszeiten und die schnell in die Produktion gehenden Produkte. Allerdings steht das Scannen immer in Kombination mit anderen „innovativen“ Produkten aus dem Themenbereich der Virtual Reality und dem Prototypenbau. Zukünftig kann ich mir vorstellen dass alles weiterentwickelt wird, dass die ursprünglichen Methoden immer weiter veralten und alles weiter digitalisiert wird. Die Frage: Ist in wie weit lassen sich diese Methoden in unseren oder ganz neuen Bereichen realisieren, um zu optimieren?







Meine Quellen:





Verfasser: Lukas Mühlenstädt - 30.12.2017
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