Für die kurzfristige Herstellung von Bauteilen und Prototypen gewinnt die Kombination aus 3D- Druck und 3D-Scan zunehmend an Bedeutung. Während der Druck bereits für geringe Kosten realisiert werden kann, ist ein qualitativ hochwertiger Scan fast ausschließlich dem investitionsfreudigen Industriesektor zugeordnet. Diese Ausarbeitung schließt die Lücke zwischen hochwertigen, teuren Scans und Heimlösungen, die für den Bauteilscan wegen geringer Qualität und geringem Maximalgewicht der zu scannenden Objekte nicht angewendet werden können.
Dazu wird nach technischer und wirtschaftlicher Analyse ein Scanneraufbau konstruiert, der als Alleinstellungsmerkmale besonders schwere Bauteile aufnimmt und einen vollständigen Sechs-Seiten Scan ermöglicht.
Der Endpreis liegt dank hohem Fremdbezug der Komponenten bei circa 3.190€ inklusive Sensor.
Durch modularen Aufbau und der Wahl eines LiDAR Sensors bietet dieser Prototyp eine hervorragende Basis um mit Erweiterungen wie softwareseitiger Ansteuerung den Markt um ein wettbewerbsfähiges Produkt mit sehr interessanten Features zu bereichern.
Inhaltsverzeichnis
- Ausgangssituation/Zielsetzung
- Grundlagen
- Gliederung
- Technische Grundlagen
- Computer aided Design (CAD)
- Scantechniken- und Sensoren
- Fotogrammetrie
- LiDAR
- TOF VCSEL Scanning LiDAR
- Frequenzmodulation LiDAR (FMCW Scanning LiDAR)
- Grundprinzip Time of Flight (TOF)
- TOF Rotating Scanning LiDAR
- TOF MEMS Scanning LiDAR
- TOF Flash LiDAR
- TOF OPA Scanning LIDAR
- Optionale Elemente eines Scan-Systems: IMU
- Antriebs- und Führungselemente
- Antriebselement: Kugelgewindetrieb
- Antriebselement: Riementrieb
- Antriebselement: Servomotoren
- Antriebselement: Schrittmotor
- Führungselement: Lineargleitlager
- Führungselement: Profilrollen
- Energieketten
- Materialauswahl
- Werkstoffe
- PLA
- ABS
- Stahl
- Aluminium
- Werkstoffe
- Materialbearbeitung
- Subtraktive Bearbeitung vorrangig runder Teile: Drehen
- Subtraktive Bearbeitung vorrangig kubischer Teile: Fräsen
- Subtraktive Bearbeitung senkrechter Schnitte: Wasserstrahlschneiden
- Additive Bearbeitung vorrangig wenig belasteter Teile: 3D-Druck
- Methodische Werkzeuge
- Funktionsstruktur
- Morphologischer Kasten
- Nutzwertanalyse
- Konzeptionierung
- Anforderungsliste
- Randbedingungen Fertigungsverfahren mit minimalen Werkzeugkosten
- Weitere Erklärungen zur Anforderungsliste
- Blackbox und Funktionsstruktur
- Maschinenkonzept
- Konzept A: Symmetrischer Aufbau
- Konzept B: Asymmetrischer Aufbau
- Arbeitsszenario
- Detaillierungsoptionen X-Achse
- Detaillierungsoptionen Z-Achse
- Detaillierungsoptionen C-Achse
- Detaillierungsoptionen B-Achse
- Detaillierungsoptionen Werkstückeinspannung
- Morphologischer Kasten der Detaillierungsoptionen
- Abschätzung Materialkosten
- Technische Nutzwertanalyse der Detaillierungsoptionen
- Auswahl des optimalen Konzepts
- Auslegung der Achsantriebe
- Auswahl des Sensors
- Anforderungsliste
- Konstruktion
- CAD mit Inventor/ Einleitung
- Konstruktion der Kaufkomponenten
- Kugelgewindetrieb X-Achse
- Kugelgewindetrieb Z-Achse
- Schneckengetriebe, Intel- Sensor und Nema 23 Motor
- Konstruktion der Adapter
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Bachelorarbeit zielt darauf ab, die Lücke zwischen hochwertigen, teuren 3D-Scans und kostengünstigen Heimlösungen zu schließen. Durch die Entwicklung eines automatisierten, optischen 6-Seiten-3D-Scanners soll die Möglichkeit geschaffen werden, schwere Bauteile und Prototypen mit hoher Präzision zu scannen.
- Entwicklung eines kostengünstigen 3D-Scanners für schwere Bauteile
- Einsatz von LiDAR-Technologie zur Erzeugung von präzisen 3D-Modellen
- Konstruktion eines modularen Scanners mit hoher Flexibilität und Skalierbarkeit
- Analyse verschiedener Antriebs- und Führungselemente für die optimale Konstruktion
- Bewertung und Auswahl geeigneter Materialien für den Scanneraufbau
Zusammenfassung der Kapitel
Die Arbeit beginnt mit einer Einleitung, die die Ausgangssituation und Zielsetzung der Arbeit darlegt. Anschließend werden in Kapitel 2 die theoretischen Grundlagen behandelt, die für die Konstruktion des Scanners relevant sind. Dazu zählen die Funktionsweise verschiedener Scantechniken und Sensoren, die Materialauswahl und die Bearbeitungsmöglichkeiten. In Kapitel 3 wird die Konzeptionierung des Scanners erläutert, wobei verschiedene Konzepte und Detaillierungsoptionen bewertet werden. Das Kapitel 4 behandelt die Auswahl des optimalen Konzepts und die Auslegung der Achsantriebe. Kapitel 5 befasst sich mit der Konstruktion des Scanners mithilfe von CAD-Software. Die Arbeit endet mit einem Ausblick auf mögliche zukünftige Entwicklungen und Anwendungen des Scanners.
Schlüsselwörter
3D-Scan, 3D-Druck, LiDAR, Computer aided Design (CAD), Konstruktion, Prototypen, Bauteile, Materialauswahl, Antriebselemente, Führungselemente, Nutzwertanalyse, Kostenoptimierung
Häufig gestellte Fragen
Was ist das Ziel dieses 3D-Scanner-Projekts?
Das Ziel ist die Konstruktion eines kostengünstigen, automatisierten Scanners, der hochwertige 6-Seiten-Scans von schweren Bauteilen ermöglicht.
Welche Sensortechnologie wird verwendet?
Der Scanner nutzt LiDAR-Technologie (Light Detection and Ranging), insbesondere das Time of Flight (TOF) Prinzip zur präzisen Abstandsmessung.
Wie viel kostet der Bau dieses Prototyps?
Dank des hohen Anteils an Zukaufkomponenten belaufen sich die Kosten auf circa 3.190 Euro inklusive Sensor.
Was bedeutet '6-Seiten-3D-Scan'?
Es bedeutet, dass das Objekt von allen Seiten (oben, unten, vorne, hinten, links, rechts) vollständig digital erfasst wird, ohne es manuell umsetzen zu müssen.
Welche Materialien wurden für die Konstruktion gewählt?
Es wurden Werkstoffe wie Aluminium und Stahl für tragende Teile sowie 3D-Druck-Materialien (PLA/ABS) für weniger belastete Komponenten verwendet.
Welche Software wurde für das Design genutzt?
Die Konstruktion und das Computer Aided Design (CAD) wurden mit der Software Autodesk Inventor durchgeführt.
- Quote paper
- Michael Heßhaus (Author), 2021, Design und Konstruktion eines automatisierten, optischen 6-Seiten-3D-Scanners, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1128088
