Oprogramowanie do inżynierii odwrotnej: 8 wspaniałych narzędzi w 2020 roku

Oprogramowanie do inżynierii odwrotnej: 8 wspaniałych narzędzi w 2020 roku

Oprogramowanie do inżynierii odwrotnej, może znacznie ułatwić ten złożony proces. Zapoznaj się z naszymi wyborem najlepszych narzędzi, które pomogą Ci w tym procesie.

Czym właściwie jest inżynieria odwrotna?

Society of Manufacturing Engineers ( SME ), definiuje inżynierię odwrotną jako proces rekonstrukcji danych projektowych produktu w formacie, z którego można wyprodukować nowe części. Jest to metodologia stosowana przez wiele sektorów przemysłu, w tym wojsko i krajowe agencje kosmiczne, takie jak NASA. Ostatecznym celem tego procesu jest często poznanie sposobu zaprojektowania i wytworzenia określonej części.

Inżynieria odwrotna stale rozprzestrzenia swój zasięg, co nieodzownie łączy się z coraz większą popularnością druku 3D. Dzieje się tak, ponieważ reprodukcja obiektu lub projektu jest teraz tak łatwo dostępna dzięki drukowaniu 3D, w porównaniu z innymi procesami produkcyjnymi, zwłaszcza z wykorzystaniem modelowania cyfrowego (np. CAD).

W tym artykule omówimy ogólne kroki inżynierii wstecznej obiektu i po drodze porozmawiamy o wymaganiach oprogramowania. Chociaż profesjonalne narzędzia inżynierii odwrotnej mogą być drogie, postaramy się zachować naszą krótką listę na poziomach konsumenckich, wspominając jednocześnie o kilku zaawansowanych rozwiązaniach do porównania.

Ogólny przepływ pracy

Inżynieria odwrotna ma tendencję do stosowania standardowej metodologii
Inżynieria odwrotna ma tendencję do stosowania standardowej metodologii (źródło: Cor.Sa 3D )

Proces inżynierii odwrotnej przebiega zgodnie ze standardowym przepływem pracy, który naprawdę różni się tylko w przypadku konkretnych używanych narzędzi. Ogólnie proces wygląda następująco:

  1. Gromadzenie danych:  Istnieją różne sposoby zbierania danych wymiarowych. Najpopularniejszą metodą jest skanowanie 3D, które szczegółowo omówimy w dalszej części. Jednak w zależności od geometrii części, można to również wykonać za pomocą sprzętu metrologicznego, który mierzy kluczowe wymiary i umożliwia bardziej „ręczną” digitalizację części.
  2. Post-processing: Chmura punktów uzyskana ze skanera 3D jest przetwarzana i tworzony jest model cyfrowy. Pierwszy model 3D zwykle wymaga ręcznej pracy w celu skorygowania i udoskonalenia pewnych obszarów, które mogły nie zostać odpowiednio uchwycone podczas skanowania.
  3. Transformacja: Dokładne działania podjęte na tym etapie, są określone przez pożądany rezultat inżynierii odwrotnej. Jeśli celem jest tylko reprodukcja, część jest gotowa do produkcji. Jeśli wymagana jest dalsza analiza i transformacja, model cyfrowy można przekonwertować na format bardziej przyjazny dla CAD, aby to ułatwić.

W następnych sekcjach omówimy te kroki bardziej szczegółowo, jednocześnie przedstawiając kilka popularnych opcji oprogramowania dla każdego z nich.

Krok 1: Gromadzenie danych

Skanery 3D różnią się znacznie pod względem wielkości i rodzaju technologii
Skanery 3D różnią się znacznie pod względem wielkości i rodzaju technologii (źródło: 3D Scan Expert )

Kiedy praca polega na przechwytywaniu danych z gotowych produktów, naprawdę nie ma odpowiednika dla technik skanowania 3D. Zasadniczo skanery 3D przekształcają obiekty fizyczne w modele obliczeniowe. Są w stanie bardzo szybko i precyzyjnie digitalizować złożone modele o organicznych kształtach, w tym teksturach i kolorach.

Istnieją różne typy technologii skanowania 3D, które wykorzystują różne metody przechwytywania chmur punktów. Różnią się one znacznie rozmiarami, od urządzeń ręcznych po stacjonarne systemy o większej objętości, dostępne są również formaty open-source i DIY. Każda technologia ma swoje wady i zalety i należy ją dobierać w zależności od rozmiaru i typu skanowanego obiektu. Aby uzyskać więcej informacji, sprawdź nasze zestawienie najlepszych skanerów 3D.

W artykule skupimy się na oprogramowaniu do skanowania. Dwa pierwsze, to aplikacje na smartfony oparte na fotogrametrii, pozostałe współpracują z optycznymi skanerami 3D.

Techniki skanowania

Fotogrametria, to technika skanowania 3D, w której zdjęcia z różnych kątów są łączone ze sobą w celu utworzenia trójwymiarowego obiektu. Technika ta opiera się w dużej mierze na oprogramowaniu, które w rzeczywistości wykonuje całą ciężką pracę przetwarzania setek zdjęć, w celu wygenerowania modelu 3D. Fotogrametria zyskała na popularności, ponieważ smartfony stały się bardziej zaawansowane technicznie, dzięki czemu zarówno fotografowanie, jak i przetwarzanie można wykonywać bezpośrednio na smartfonie.

Skanowanie 3D oparte na technologii optycznej, można postrzegać jako szeroką kategorię. Zasadniczo skanery 3D rzutują na rzeczywiste obiekty światło strukturalne albo wiązki laserowe, aby je odtworzyć. Istnieją różne metody w tej kategorii, np. triangulacja laserowa, światło strukturalne, fuzja SLAM.

Trnio

Fotogrametria łączy ze sobą setki zdjęć pod różnymi kątami
Fotogrametria łączy ze sobą setki zdjęć pod różnymi kątami (źródło: 3D Scan Expert )

Trnio, to bardzo przyjazna dla użytkownika aplikacja na smartfony, która wykonuje zarówno zdjęcia, jak i fotogrametrię. Zdjęcia są wykonywane automatycznie, podczas gdy użytkownik przesuwa aparat smartfona po skanowanym obiekcie. Sygnalizuje użytkownikowi moment, gdy zebrana zostaje wystarczająca ilość danych, aby rozpocząć wirtualne tworzenie obiektu 3D.

Ta aplikacja jest zalecana dla początkujących, ze względu na jej prostotę i łatwość użycia. Niestety, jest dostępna tylko dla użytkowników iPhone’a i kosztuje 5 USD.

  • Technika skanowania 3D: fotogrametria
  • Platforma: iOS
  • Koszt: 4,99 USD

Qlone

Qlone wymaga specjalnej maty wspomagającej proces skanowania 3D
Qlone wymaga specjalnej maty do wspomagania procesu skanowania 3D (Źródło: Cadalyst )

W rzeczywistości istnieje wiele aplikacji na smartfony z funkcjami fotogrametrycznymi, ale  Qlone wyróżnia się z tłumu. Jest to aplikacja freemium, która działa z systemem iOS lub Android i wykorzystuje rzeczywistość rozszerzoną (AR), aby przeprowadzić użytkownika przez proces skanowania.

Qlone wymaga specjalnej maty, która działa trochę jak kod QR, aby ułatwić skanowanie. Tę matę można wydrukować (na papierze) w domu, ale ograniczy to rozmiar obiektów, które można skanować. Proces digitalizacji jest sterowany przez aplikację na smartfony, a model 3D jest automatycznie przetwarzany.

Chociaż skanowanie 3D jest całkowicie bezpłatne, eksportowanie modelu zwykle takie nie jest. Qlone wyeksportuje pliki bezpośrednio do Sketchfab bezpłatnie, ale inne formaty, w tym pliki OBJ i STL są płatne.

  • Technika skanowania 3D: fotogrametria
  • Platformy: iOS, Android
  • Koszt: bezpłatne skanowanie; opłaty za eksport do większości formatów
 

RecFusion

RecFusion obsługuje różne czujniki głębokości i zapewnia korekcję błędów podczas skanowania
RecFusion obsługuje różne czujniki głębokości i zapewnia korekcję błędów podczas skanowania (źródło: RecFusion )

RecFusion, to świetne oprogramowanie wieloplatformowe, które obsługuje wiele różnych czujników głębokości, w tym popularny Kinect. Zapewnia ładny, czysty interfejs użytkownika i pozwala na natychmiastowe zmiany parametrów w swoim środowisku.

RecFusion zapewnia również pewną korekcję błędów podczas skanowania, zmniejszając wysiłek wymagany do przetwarzania końcowego, co wkrótce zobaczymy. Oprogramowanie umożliwia użytkownikowi kontynuowanie procesu przechwytywania nawet po zakończeniu formalnego skanowania, gromadząc w ten sposób więcej danych z obszarów obiektu o bardzo dużej szczegółowości.

Oprogramowanie ma dwie wersje: standardową wersję jednoczujnikową i wieloczujnikową „Pro”, obie przeznaczone do pracy tylko w systemie Windows.

  • Technika skanowania 3D: optyczna
  • Obsługiwany sprzęt: (sprawdź oficjalną listę kompatybilności )
  • Platforma:  Windows
  • Koszt:  ~ 155 USD za wersję z jednym czujnikiem; ~ 540 USD za RecFusion Pro

Artec Studio

Oprogramowanie może stanowić różnicę między dobrym a złym skanem
Oprogramowanie może być różnicą między dobrym a złym skanem jakościowym (źródło: Javelin Technologies via YouTube )

Posiadanie dobrego skanera 3D, to tylko połowa sukcesu. Na zdolność do prawidłowego uchwycenia obiektu fizycznego, w równym stopniu wpływa oprogramowanie używane do przetwarzania skanowania. Oprogramowanie nie tylko prowadzi Cię przez proces skanowania, ale także zapewnia informacje zwrotne w czasie rzeczywistym na temat ruchu urządzenia.

Profesjonalne Artec Studio, firmy Artec3D jest zdecydowanie przykładem oprogramowania, które wnosi więcej funkcjonalności do urządzenia. Podczas gdy firma specjalizuje się zarówno w oprogramowaniu do skanowania 3D, jak i w sprzęcie do skanowania 3D, Artec Studio Ultimate łączy te oferty z obsługą czujników wieloplatformowych.

Zapoznanie się z wieloma funkcjami programu może zająć trochę czasu, ale warto. Funkcja autopilota ma na celu zautomatyzowanie całego procesu przechwytywania, przejmując dużą odpowiedzialność od użytkownika, podczas gdy tryb ręczny zapewnia pełną kontrolę i możliwość dostosowania dla bardziej doświadczonych użytkowników.

Krok 2: Przetwarzanie końcowe

Model zdigitalizowany może wymagać poprawek i dopracowania
Zdigitalizowany model może wymagać poprawek i dopracowania (źródło: jbtaylor1103 za pośrednictwem forów Autodesk )

Po uzyskaniu chmury punktów za pomocą skanowania 3D nadszedł czas, aby uporządkować dane. W zależności od tego, jak dobrze przebiegło pozyskiwanie danych lub jak precyzyjny jest twój skaner, model może wymagać poprawek, oczyszczenia, udoskonalenia, a nawet drobnych poprawek powierzchni. Chociaż oprogramowanie do skanowania może poradzić sobie z tym krokiem, wybraliśmy kilka opcji oprogramowania ogólnego użytku, które oferują również kilka dodatkowych funkcji.

Modele tylko zdigitalizowane są zwykle reprezentowane przez siatki wielokątne. (Format powszechnie używany w druku 3D, STL, to reprezentacja siatki). Jeśli kiedykolwiek próbowałeś pracować na pliku siatki w programie CAD, wiesz, że nie jest to proste. Przetwarzanie siatki może ostatecznie to ułatwić i pomoże w płynniejszej transformacji.

Meshmixer

Meshmixer to darmowy program, który dobrze współpracuje z siatkami
Meshmixer to darmowy program, który dobrze współpracuje z siatkami (źródło: Justin Cramer via YouTube )

Autodesk Meshmixer jest całkowicie darmowy i dość dobrze znany wśród entuzjastów druku 3D. Specjalizuje się w pracy z reprezentacją siatki, zamiast modelowania parametrycznego i ma duży wybór narzędzi, które pozwalają nie tylko manipulować modelem, ale także projektować go od podstaw.

Meshmixer jest przyjazny dla użytkownika i dość łatwy w nawigacji, z dużą ilością samouczków dostępnych online. Funkcje automatycznej analizy i korekcji są bardzo przydatne w skanowaniu 3D, a program zapewnia nawet przygotowanie modelu do drukowania 3D, takie jak niestandardowe podpory.

  • Platformy: Windows, MacOS
  • Koszt:  bezpłatnie

XTract3D for SolidWorks

XTract3D zapewnia narzędzia i funkcje umożliwiające obsługę najbardziej złożonych kształtów
XTract3D zapewnia narzędzia i funkcje zdolne do obsługi najbardziej złożonych kształtów (Źródło: Polyga )

Dla osób używających SolidWorks, dostępny jest dodatek o nazwie XTract3D. Został zaprojektowany specjalnie do zastosowań inżynierii odwrotnej i ma na celu ułatwienie konwersji z modeli siatkowych do pełnych modeli CAD.

Dzięki XTract3D można zaimportować plik siatki lub nawet dane chmury punktów ze skanu, bezpośrednio do SolidWorks. Szeroka gama narzędzi pozwala na prawidłowe śledzenie nawet najbardziej skomplikowanych i organicznych kształtów. Po zakończeniu model jest gotowy do pracy w jednym z najbardziej profesjonalnie używanych programów CAD.

  • Platforma: Windows (wymaga SolidWorks)
  • Koszt:  ~ 40 USD / miesiąc

Krok 3: Transformacja cyfrowa

Konwersja ze zeskanowanej siatki 3D na bryłę 3D jest zwykle zadaniem ręcznym
Konwersja ze zeskanowanej siatki 3D do bryły 3D, jest zwykle zadaniem ręcznym (źródło: 3D Systems )

Ponieważ obiekt jest teraz w pełni i prawidłowo zdigitalizowany, czas zabrudzić nasze wirtualne ręce. Konwersja obiektu siatkowego w bryłę 3D, chociaż jest ułatwiona, jest zwykle zadaniem ręcznym. Podczas gdy niektóre programy CAD zapewniają automatyczną konwersję prostych geometrii, zadanie to zwykle wymaga ręcznego śledzenia szkicu w celu odtworzenia części.

Fusion 360

Fusion 360 oferuje szereg funkcji oprócz CAD
Fusion 360 (źródło: Morgan Oliff via YouTube )

Fusion 360, to bardzo popularny program firmy Autodesk, który zawiera nie tylko funkcje CAD, ale także CAM (produkcja wspomagana komputerowo) oraz funkcje slicera. W procesie inżynierii odwrotnej, oprogramowanie to nie tylko umożliwia różne metody konwersji siatki,  ale także zapewnia kilka narzędzi analitycznych do symulacji naprężeń i optymalizacji kształtu, wszystko w jednym miejscu.

Fusion 360 i wszystkie jej moduły są bezpłatne dla studentów, nauczycieli, hobbystów i małych firm. I chociaż prawdą jest, że wiele innych programów CAD oferuje te same funkcje, bardzo niewiele z nich jest bezpłatnych.

  • Platformy: Windows, MacOS
  • Koszt: bezpłatnie w celach edukacyjnych i dla małych firm

 

Wszystko w jednym: Geomagic Design X

Geomagic Design obejmuje cały proces inżynierii odwrotnej
Geomagic Design obejmuje cały proces inżynierii odwrotnej (Źródło: 3be )

Teraz, gdy rozumiemy, czego wymaga inżynieria wsteczna w zakresie oprogramowania, porozmawiajmy o kompleksowym rozwiązaniu, które obejmuje prawie cały proces. Nazywa się Geomagic Design X i został opracowany przez pionierską firmę 3D Systems zajmującą się drukiem 3D.

Geomagic Design jest sprzedawany jako platforma inżynierii odwrotnej. Obsługuje wszystkie główne skanery 3D, importuje wszystkie surowe dane i współpracuje ze wszystkimi formatami plików. Przetwarzanie końcowe jest również wykonywane w całości w tym samym środowisku, przy użyciu narzędzi stworzonych wyłącznie w tym celu.

Jedną z najpotężniejszych możliwości Geomagic, jest jednak konwersja siatki na bryłę. Wykorzystuje kombinację narzędzi automatycznych i sterowanych, aby maksymalnie usprawnić ten czasochłonny proces. Obejmuje to również wiele funkcji CAD, które znacznie skracają przepływ pracy. Koszty subskrypcji są dostępne tylko na żądanie, ale spodziewaj się wysokich cen za to profesjonalne oprogramowanie.

 

Następny krok: materializacja

Istnieje wiele technologii druku 3D, w tym te stosowane w zastosowaniach przemysłowych
Istnieje wiele technologii druku 3D, w tym te, które znalazły miejsce w zastosowaniach przemysłowych (Źródło: GTAI )

Chociaż nie jest to dokładnie uważane za część procesu inżynierii odwrotnej, odtworzenie analizowanego lub zmodyfikowanego obiektu stało się znacznie łatwiejsze dzięki technologii druku 3D

Istnieje wiele różnych technologii druku 3D, z których prawdopodobnie najbardziej rozpowszechnionym wśród entuzjastów i użytkowników domowych jest FDM i SLA. Chociaż każda technologia druku 3D ma swoje wady i zalety, wybór procesu zależy od tego, jaki obiekt ma zostać zmaterializowany.

Małe i szczegółowe obiekty lepiej nadają się do drukowania na drukarce SLA , która oferuje funkcje wysokiej rozdzielczości. Materiał stosowany w tych procesach, może być jednak dość kosztowny. Dlatego w przypadku większych i bardziej wytrzymałych wydruków, podstawę stanowią drukarki FDM. Materiały polimerowe stosowane w tych procesach są zwykle w stanie wytrzymać większe naprężenia, co jest szczególnie przydatne do drukowania części funkcjonalnych.

Istnieje wiele innych technologii druku 3D, w tym te które znalazły miejsce w  zastosowaniach przemysłowych. Ogólna geometria części poddanej procesowi inżynierii wstecznej i jej zamierzone zastosowanie, określą najbardziej odpowiedni proces produkcyjny.

 

Źródło głównego zdjęcia: Cor.Sa 3D

Licencja: Tekst „ Oprogramowanie inżynierii odwrotnej: 8 wspaniałych narzędzi w 2020 r. ” Autorstwa All3DP Pro jest objęty licencją na podstawie międzynarodowej licencji Creative Commons Attribution 4.0.

Źródło: https://all3dp.com/