Scan 3D et rétro conception : un nouvel outil pour une vieille méthode

Avant la numérisation 3D, la rétroconception traditionnelle impliquait des tâches manuelles extrêmement fastidieuses et des outils tels que des pieds à coulisse. Cela limitait considérablement la gamme d'applications de la rétroconception, compte tenu des normes de qualité des pièces et des produits sur le marché actuel et des coûts cumulés impliqués.

La numérisation 3D peut capturer efficacement la géométrie des pièces les plus complexes de manière extraordinairement rapide et précise. Une grande pompe d'amarrage a récemment été capturée en 20 minutes seulement, par exemple, à l'aide du balayage laser 3D.

Cette technologie a permis d'utiliser la rétro-ingénierie dans des situations allant au-delà de la simple analyse comparative et de la reproduction de pièces, comme nous le verrons dans la section suivante.

La rétroconception avec la numérisation 3D offre de nombreuses possibilités pour le développement et la fabrication de produits. Dans l'ensemble, les différentes utilisations de la rétro-ingénierie peuvent être divisées en trois grandes applications : reproduire des pièces, créer des variations de pièces existantes ou développer des pièces entièrement nouvelles à partir d'un environnement ou d'un objet existant.

L'une des utilisations les plus populaires des scanners 3D consiste à recréer des pièces endommagées ou usées qui ne sont pas disponibles auprès du fournisseur d'origine ou qui ne disposent pas de la documentation appropriée. C'est un problème courant lorsqu'on travaille avec de vieilles machines ou des véhicules anciens, et c'est toujours un défi à relever avec des outils manuels de rétro-ingénierie comme les étriers.

Toutefois, avec un bon scanner 3D et le logiciel adéquat, la tâche peut devenir très simple. Katsuya Tanabiki, par exemple, a partagé son processus de rétroconception d'une encoche de bouclier sur un vieux casque de moto. Le casque comportait deux encoches de protection, mais l'une d'entre elles était cassée et il était trop difficile d'en obtenir une autre. Cette minuscule pièce a été numérisée en 3D avec un EinScan Pro 2X en mode fixe, puis imprimée en 3D.

Un autre objectif de la rétro-ingénierie est d'utiliser les pièces numérisées pour créer des variantes nouvelles et améliorées au lieu de simplement les reproduire. Cette méthode permet de réduire considérablement le temps et les coûts de création de pièces à partir de zéro et garantit également un ajustement parfait des composants appartenant à des assemblages plus importants.

La société taïwanaise Kiden Design a illustré le processus d'ingénierie inverse permettant d'optimiser un tuyau à l'aide du scanner 3D, de la CAO et de l'impression 3D. Le scanner 3D EinScan Pro HD, utilisé en mode Handheld, a capturé la géométrie irrégulière du tuyau sur deux faces opposées qui ont été assemblées ultérieurement dans un logiciel. Grâce au modèle 3D précis obtenu, la géométrie a pu être facilement optimisée en CAO.

Un autre bon exemple d'utilisation de la rétro-ingénierie pour créer de nouvelles versions d'objets physiques est la personnalisation de pièces de meubles par numérisation 3D et sculpture sur bois CNC par Voxel 3D. Dans ce projet, les ornements sculptés d'un meuble ont été numérisés à l'aide de la numérisation 3D et intégrés dans différentes pièces.

L'arrivée de la numérisation 3D a permis une autre application de la rétroconception, qui utilise les pièces numérisées comme référence pour créer des pièces entièrement nouvelles.

Cette procédure est généralement utilisée lorsqu'un ajustement serré est nécessaire sur une pièce existante trop complexe ou présentant une interface irrégulière.

Pour illustrer ce point, examinons un cas d'utilisation de l'atelier de personnalisation automobile Fuller Moto. Bryan Fuller et son équipe ont utilisé le scanner EinScan Pro 2X Plus pour numériser en 3D l'ensemble du plancher d'une Lincoln Continental de 1967. La région numérisée a servi de référence pour concevoir un nouveau panneau de pied, et le modèle 3D précis du plancher a permis à la nouvelle pièce de s'adapter parfaitement à la voiture personnalisée.

En utilisant le flux de travail de conception et de numérisation en 3D,

un ajustement parfait du nouveau panneau de pied est assuré.

Cette technique particulière est également couramment utilisée par les professionnels de la santé, car les parties du corps sont uniques et difficiles à reproduire avec précision par des méthodes manuelles. Ici encore, la numérisation 3D s'est révélée être un outil efficace pour numériser des parties et des surfaces humaines.

Les embouts auriculaires, par exemple, sont des pièces spécifiques au patient qui aident à conduire le son des appareils auditifs jusqu'au conduit auditif. L'entretien ou la création de nouveaux embouts à partir de zéro peut prendre plusieurs semaines, pendant lesquelles les patients éprouvent des problèmes d'audition sans eux.

Toutefois, grâce à des méthodes d'ingénierie inverse avec numérisation et impression 3D, la clinique d'audiologie Hearing Beyond de Toronto peut produire des embouts temporaires en une journée seulement. Cet accessoire temporaire permet aux patients de conserver leur audition en attendant que les embouts soient produits ou entretenus dans d'autres établissements.

Des méthodes similaires d'ingénierie inverse avec balayage 3D sont également utilisées pour produire des prothèses faciales et des orthèses sur mesure.

Les cas d'utilisation ci-dessus démontrent clairement le rôle central de la numérisation 3D dans la rétroconception. Il n'est pas surprenant que l'efficacité et la précision des données capturées par la numérisation 3D soient cruciales pour la réussite du processus de rétroingénierie.

Pourtant, les outils logiciels utilisés pour traiter les données et travailler avec les modèles 3D sont également essentiels pour obtenir les résultats souhaités en rétroconception.

Pour comprendre l'importance de bonnes données et d'un logiciel adéquat, passons en revue les principales étapes de la rétroconception avec la numérisation 3D.

La toute première étape de tout processus de rétroconception est l'acquisition de données. Quelle que soit la méthode utilisée, une planification et une préparation adéquates peuvent faire la différence entre de bonnes et de mauvaises données.

Dans le cas de la numérisation 3D, il s'agit de choisir l'appareil adapté à la tâche, y compris la configuration appropriée (portable ou fixe) et les accessoires tels que les tables tournantes, les fixations et les panneaux d'étalonnage. Un étalonnage correct de l'appareil est également essentiel pour acquérir des données de qualité.

Les régions ou les pièces à numériser exigent généralement une certaine préparation. Outre un bon nettoyage, certains appareils de numérisation 3D nécessitent également l'utilisation de marqueurs ou même de revêtements spéciaux sur les surfaces réfléchissantes.

Il faut également tenir compte des conditions ambiantes avant de commencer le processus de numérisation. Un environnement contrôlé (par exemple, à l'intérieur, sans lumière directe du soleil, un plateau de table dégagé ...) est toujours préférable pour réduire le bruit dans les données, mais ce n'est pas toujours possible.

Tous les facteurs ci-dessus contribueront à une bonne collecte des données, qui déterminera à son tour la rapidité et la facilité avec lesquelles les données pourront être traitées ensuite.

L'étape suivante dans un processus de rétroconception concerne le post-traitement des données acquises, ou "nuage de points". Ici, le nuage de points est traité par des outils logiciels (comme le logiciel EinScan) pour obtenir une représentation maillée en 3D de l'objet numérisé.

Dans tous les cas, à ce stade initial, le modèle 3D doit généralement être affiné, par exemple en supprimant les données capturées indésirables, en réparant les surfaces et en comblant les lacunes.

Nous comprenons ici pourquoi l'étape d'acquisition des données est si importante : plus les données sont de bonne qualité, moins le post-traitement et la réparation seront nécessaires.

L'étape de post-traitement est également celle où les entités de référence sont assignées au modèle 3D, une procédure qui devrait accélérer l'étape suivante du processus de rétro-ingénierie.

L'étape finale d'un processus de rétroconception consiste à convertir la représentation maillée de l'objet physique en un modèle 3D solide.

Aussi précis que le modèle maillé puisse être, il est inadéquat pour la plupart des applications de rétroconception qui nécessitent une manipulation supplémentaire, comme la réparation de tout dommage physique, la création de variantes ou la conception de nouvelles pièces.

À ce stade, le modèle maillé raffiné de l'étape précédente sert de modèle de référence exact pour recréer le modèle à l'aide d'outils de CAO paramétriques.

Bien que, théoriquement, n'importe quel programme de CAO polyvalent puisse s'en charger, un logiciel spécialement conçu pour la rétroconception peut rendre le processus beaucoup plus facile et donner de bien meilleurs résultats.

Un logiciel de CAO approprié pour la rétroconception peut également comparer le modèle numérisé au modèle paramétrique, permettant aux utilisateurs de vérifier les différences géométriques et dimensionnelles.

La rétro-ingénierie a parcouru un long chemin depuis les applications militaristes qu'elle avait dans le passé. Les technologies de numérisation 3D ont élargi la gamme des applications industrielles de la rétroconception, au bénéfice des entreprises et des consommateurs.

Néanmoins, la qualité des données capturées est cruciale pour obtenir de bons résultats en rétroingénierie. Le choix du dispositif de numérisation 3D, ainsi que ses capacités et fonctions, jouent un rôle central dans la réussite de l'ensemble du processus.

Bien que souvent négligé ou sous-estimé, le logiciel utilisé dans les étapes ultérieures de la rétroconception revêt également une grande importance. Des outils intégrés spécifiques à la tâche peuvent faire une grande différence dans un processus de rétroingénierie bien exécuté.