Полезные статьи и примеры 3D-сканирования

FreeCAD: реверс-инжиниринг механических форм

Реверс-инжиниринг часто используют для крепленийдеталей и узлов машин и других механических форм. Этот метод служит для проектирования и контроля качества различных промышленных изделий.

В данной статье цикла «Реверс-инжиниринг для начинающих» мы рассмотрим, как самостоятельно выполнить обратное проектирование механической формы в FreeCAD. FreeCAD — САПР с открытым исходным кодом, популярная среди энтузиастов в сфере 3D-сканирования и 3D-печати.

Программа FreeCAD имеет:

  • полное геометрическое ядро на базе OpenCasCade, которое позволяет проводить трехмерные операции над сложными типами форм;

  • полностью параметрическую модель данных, благодаря которой форму объекта можно задавать через параметры или другие объекты;

  • модульную архитектуру, которая позволяет расширять функциональность программы при помощи модулей (плагинов): комплексных на C++ или простых скриптов на Python и макросов;

  • модули для создания традиционных чертежей с экспортом в .svg и .pdf.

В этой статье мы расскажем:

  • как импортировать данные сканирования в FreeCAD;

  • как выполнить реверс-инжиниринг в FreeCAD.

Мы подробно осветим следующие вопросы:

  • модуль Works with Meshes;

  • проверка размеров детали;

  • выравнивание детали по осям системы координат;

  • построение контура детали и получение твердого тела;

  • построение резьбы.

Весь процесс мы поэтапно иллюстрируем скриншотами.

Процесс реверс-инжиниринга механической формы

В качестве объекта для демонстрации работы в FreeCAD мы взяли небольшую форсунку и отсканировали ее. Механические формы часто оказываются проще органических: наша форсунка симметрична и довольно проста геометрически:

Посмотрим, как средствами FreeCAD доработать такой «мыльный» 3D-скан до полноценной модели.

1.  Загружаем данные сканирования в модуль Works with Meshes:


2. Импортируем файл оцифровки в формате .stl:


3. Проверим размеры детали по двум точкам на меше:



4. Ориентируем меш по рабочей системе координат. Для этого устанавливаем вид по плоскости ZX и числовыми значениями перемещаем меш:


5.  Выравниваем ось детали с осью системы координат Y:


6. Перемещаем меш по оси Y:


7. Сделаем копию меша, которую далее будем рассекать, не меняя исходный:


8. Чтобы различать меши, изменим цвет копии:


9. Приступим к обрезке копии меша. Построим плоскость, проходящую через центральную точку системы координат. Зададим ее расположение и размеры:


10. Укажем плоскость, сетку и выполним отсечение:


11. По оставшейся части будем строить контур детали:


12. Для построения наружного контура переходим в модуль PartDesign:


13. Укажем плоскость построения эскиза:


14. Для удобства при построении можно применить настраиваемую решетку:


15. Разделим построение контура на 2 части для последующей демонстрации булевого объединения. Строим контур с заданием размерных связей и ограничений:


16. Создание эскиза выполняется легко, поскольку реализован алгоритм автоматических привязок:


17. Создаем первую часть твердого тела, вращая контур вокруг центральной оси детали:


18. Так же строим вторую часть профиля (тела):


19. Объединяем обе части детали в одну:


20. Строим обрезающее твердое тело с шестигранным профилем:


21. Выполняем обрезку:


22. Строим внутреннее конусное отверстие и вырезаем его из общей модели:


23. Строим резьбовую часть детали. Для работы команды необходим профиль сечения и направляющая траектория резьбы:


24. Выполним объединение:


25. Построим радиусы скруглений, ориентируясь по совпадению с мешем:


26. Результат построений можно сохранить в CAD-форматах .igs или .stp:

Результаты реверс-инжиниринга

В результате работы мы получили точную 3D-копию реальной форсунки. Форма и размеры надежно совпадают, ведь модель мы построили по 3D-скану. Теперь готовую 3D-модель можно использовать для создания новой детали или же для дальнейших конструкторских работ. А мы теперь знаем, как провести обратное проектирование в FreeCAD, и можем повторить процесс с другой механической формой.


Другие статьи цикла:

Rhinoceros: Использование плагина RhinoResurf при обработке органических форм

Geomagic Design X: выравнивание и редактирование сетки

SolidWorks: реверс-инжиниринг органических форм