Präzise Freiformflächen in der virtuellen Welt
Das perfekte Abbild eines Körpers mit Freiformflächen für die Verpackungsindustrie
„Marbach Werkzeugbau GmbH setzte für die Modellierung eines Vorstreckers auf die Reverse Engineering Software Rapidform®-XOR™ aus dem Hause INUS Technology. Ein Modell war die Basis für das Grunddesign „

Als Teil der Marbach-Gruppe fertigt die Marbach Werkzeugbau GmbH seit über 50 Jahren Werkzeuge zum perfekten Thermoformen von Kunststoffen. Ob Lebensmittelverpackungen aller Art oder Trinkbecher, mit High-tech Thermoformwerkzeugen in Form von PP-, PS- und PET-Werkzeugen deckt die Marbach Werkzeugbau GmbH sämtliche am Markt gängige Thermoformmaschinen ab und stellt somit seinen Kunden individuelle Technologien für perfekte Endverpackungen zur Verfügung.

Im konkreten Fall benötigte die Marbach Werkzeugbau GmbH die 3D-Daten eines Vorstreckers, als Bauteil eines Thermoformwerkzeugs. Der Vorstrecker stellte das Ergebnis einer praktischen Versuchsreihe dar, somit existierten keinerlei CAD-Daten von ihm.

Marbach Werkzeugbau GmbH setzte zur Erzeugung eines CAD-Modells dieses Vorstreckers auf die umfassendste Scan-Zu-CAD-Softwarelösung, Rapidform®-XOR™. Ziel war die Sicherung des Entwicklungsstandes des Vorstreckers mittels der gewonnenen CAD-Daten.

Hochgenaue Geometrie für die optimale Umformung
Das erzeugte 3D-Modell auf Basis des Vorformwerkzeugs ist ein vollwertiges Abbild der Vorstreckers. Die erzeugten Flächen liegen mit einer hohen Genauigkeit auf den Scandaten und spiegeln somit das reale Objekt präzise wider.

“Die Sicherung des Entwicklungsstandes mit der Möglichkeit späterer Reproduzierbarkeit erforderte eine genaue Kopie des modifizierten Vorstreckers. Mit der angebotenen Lösung, der Reverse Engineering Software Rapidform® XO Redesign™ ist dieses optimal gelungen.“
- Daniel Porada, Konstruktionsassistent, Marbach Werkzeugbau GmbH -

Ein Vorstrecker besteht aus Kunststoff und hat oft eine Oberfläche aus Freiformflächen. Er formt durch eine Vorwärtsbewegung eine Kunststofffolie in einem ersten Arbeitsschritt vor, so dass diese einen Hohlkörper bildet. Dieser Hohlkörper wird in einem weiteren Schritt durch Druckluft zu einem vollständigen Behältnis (z.B. einem Becher) ausgeformt. Vorstrecker können in verschiedener Zahl an einer Halteplatte befestigt werden, so dass die parallele Fertigung mehrerer Artikel möglich ist.

Vom 3D-Scan zu einer NURBS-generierten CAD-Datei
Mit dem 3D-Scanner ATOS der Firma GOM wird der ca. 120 x 120 x 70mm große Vorstrecker vermessen.

Präzise Freiformflächen

Präzise Freiformflächen: Dieser Vorstrecker wurde mit der Reverse Engineering Software Rapidform XOR Modelliert.

Das Messsystem besteht aus einer Messkamera ATOS, uncodierten Messmarken und der Auswertesoftware ATOS. Die uncodierten Messmarken sind die Grundlage für die Orientierung des einzelnen Messbilder des ATOS-Scanners. Mit Hilfe von zwei Kameras wird das zu vermessende Objekt aus unterschiedlichen Richtungen aufgenommen, so dass alle relevanten Objektbereiche aufgenommen sind. Dabei wird eine Punktwolke von der Oberfläche des Vorstreckers erzeugt. Aus der erzeugten Punktwolke generiert die Software ATOS ein Polygonalmodell. Das Polygonalmodell wiederum ist die Grundlage für den folgenden Reverse Engineering Prozess. Hierfür wird mit XOR™ ein Kurvennetzwerk über das Polygonalmodell gelegt, aus dem die endgültigen Freiformflächen erstellt werden können. Das CAD-Modell des Vorstreckwerkzeugs wird somit vollständig über die 3D-Scandaten modelliert.

Erkennen Sie sofort die Vorzüge des 3D-Scans
Für den Aufbau eines CAD-Modells über NURBS wird das Polygonalmodell in XOR™ importiert. Nun wird die Oberfläche des Modells mit der Funktion Region Group in geometrisch zusammen hängende Bereiche unterteilt. Um die Freiformoberfläche, auf die es im Besonderen ankommt, hinreichend genau konstruieren zu können, wird die Oberfläche im 3D-Mesh-Sketch-Modus, einer 3-dimensionalen Skizzenfunktion, durch Anbringen von Linien in so genannte Patches unterteilt. Diese Patches stellen kleinere, zusammen hängende Oberflächenelemente dar, welche das Erzeugen einer Hüllgeometrie auf dem ganzen Körper erleichtern. Diese Hüllgeometrie wird mit der Funktion Boundary Fit erzeugt, welche die Grenzlinien der Patches nutzt, um entsprechende Einzeloberflächen und hieraus dann eine zusammen hängende Gesamtoberfläche zu erzeugen. Diese Gesamtoberfläche stellt nun den oberen Teil des Körpers aus, der untere Teil ist noch ohne Oberfläche. Um den unteren Teil mit einer Fläche zu belegen, werden die seitlichen Bereiche der vorher gebildeten Oberfläche mittels der Funktion Extend Surface nach unten über den Körperrand hinaus verlängert und bündig mit der unteren Aufstandsfläche getrimmt. Der Körper ist nun an allen Seiten außer im Aufstandsbereich mit einer anliegenden Fläche belegt. Der untere Rand dieser Fläche dient nun als Begrenzungslinie für die Abschlussfläche, welche mit der Funktion Fill Face erzeugt wird. Diese Funktion füllt das leere Feld inmitten der Begrenzungslinie mit einer passenden Fläche und erzeugt dann aus dem nun räumlich geschlossenen Flächenkomplex einen Volumenkörper. Nun können die Tasche an der Unterseite und der seitliche Ausbruch konstruiert werden. Da die Maße von Tasche und Ausbruch bekannt sind, kann nun die Möglichkeit, in XOR™ Volumenkörper wie mit einem herkömmlichen 3-D-Modellierer parametrisch zu verändern, genutzt werden. Um die Tasche zu konstruieren, wird zunächst eine Skizzenfläche auf der Unterseite des Volumenkörpers erzeugt. Auf dieser Skizzenfläche wird die Rechteckform der Tasche über die entsprechenden Maße aufgetragen. Jetzt lässt sich mit der so gewonnenen Skizze die Tasche als Körper mit der entsprechenden Tiefe in den Volumenkörper hinein extrudieren und aus diesem subtraktiv entfernen, so dass die benötigte Tasche erzeugt wird. Zur Erstellung des seitlichen Ausbruchs werden dieselben beiden Schritte wie zuvor angewandt, nur diesmal von der Stirnseite der Tasche aus.
Als abschließender Schritt wird mit dem Accuracy Analyser eine Flächenkontrolle gemacht.

Oberfläche des des Volumenkörpers vorher - nachher

Oberfläche des des Volumenkörpers vorher - nachher: Das Polygonalmodell mit Blick auf die Unterseite (links) ist die Basis zur Erstellung der fertigen CAD-Daten (rechts). Dort wurden Tasche und Ausbruch aus dem Körper extrudiert.

 

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