• 3D-skannaus
• 3D-tulostus
• laserkolmioskannaus

3D-skannaus perustuu fyysisen kohteen pinnan tarkan kolmiulotteisen tallentamisen periaatteisiin. 3D-skannauksella tuotetaan fyysisestä kohteesta virtuaalinen muoto. Opinnäytetyön lähtökohdat

Metallin 3D-tulostuksen aikana syntyy muodonmuutoksia tulostettavilla kappaleille. Muodonmuutoksien tapahtumiseen on monia tekijöitä, kuten esimerkiksi jäähdytysjännitys ja lämpötilan epätasaisuus. Opinnäytetyön tavoitteena oli todentaa simulointiohjelmiston tuottaman simulaation oikeellisuus metallin 3D-tulostuksen muodonmuutoksissa. 3D-skannauksen tarkoituksena oli havainnollistaa simulaation yhdenmukaisuus fyysisen kappaleen kanssa.

Menetelmä

3D-skannaus toteutuu ZEISS T-SCAN JA T-TRAK -laitteistoilla, jotka tarjoavat vankan pohjan 3D-skannaukselle. Laitteistot tallentavat kappaleet 3D-muotoon optisella mittausmenetelmällä, joka hyödyntää laserkolmioskannausta. Laserkolmioskannaus projisoi laserviivaa ja mittaa sen heijastumista kohteesta. Tämä heijastus antaa tarkkaa tietoa kohteen pinnan muodoista. Kappaleen muotojen aiheuttamat heijastuskulmat tallennetaan tietokoneelle, jossa ne muodostavat pistepilven.

Laitteiston kalibroimisella varmistetaan 3D-skannauksen tarkkuus ja luotettavuus ennen varsinaisen skannauksen aloittamista. Kalibrointi toteutettiin laitteen omalla kalibrointityökalulla, mikä osoittautui merkittäväksi tekijäksi parannettaessa 3D-skannauksen luotettavuutta.

Laitteiston heijastusasetuksia voidaan suodattaa eri pinnanlaaduille sopiviksi. 3D-skannaus heijastus suodatettiin heikoksi, sillä halutut kappaleet olivat mattapintaisia. Ohjelmisto luo 3D-skannauksen tuottamasta pistepilvestä verkkopinnan, jonka pinnanlaatua voidaan myös asetuksista muuttaa haluttuun laatuun.

3D-skannaus toteutettiin nominaalikappaleen kanssa, joka on menetelmä, jossa fyysinen kappale skannataan virtuaaliseen malliin ja malliin lisätään nominaalikappale. Nominaalikappaleella tarkoitetaan etukäteen määriteltyä muotoa, joka toimii vertailu- tai mittapohjana 3D-skannauksessa. Tämä menetelmä mahdollistaa 3D-tulostuksen aikana tapahtuvien muodonmuutoksien todentamisen tulostetussa kappaleessa. Nominaalikappaleen yhdistämisellä saadaan tunnistettua erot skannatussa kappaleessa.

3D-skannauksen haasteet

Toisena haasteena huomataan pinnanlaatujen ero tulostetun kappaleen ja nominaalikappaleen välillä. 3D-tulostetun kappaleen tukimateriaalit jättävät pinnan karheuden ja tämä vaikuttaa kappaleen 3D-skannauksessa nominaalikappaleen yhdistämiseen. Pintojen yhdistäminen vaikeutuu pintojen eroavaisuuksien johdosta huomattavasti. Ohjelmiston on siis vaikea tunnistaa oikea asettelukohta kappaleille.

Tulokset

3D-skannausohjelmisto tuottaa erilaisia vertailumahdollisuuksia, joista käytettiin 3D-skannaus datan vertailupintojen vertailuna eli Surface comparison -työkalua. 3D-skannaukset toteutettiin nominaalikappaleen kanssa, joten vertailu onnistuu Surface comparison -työkalulla.

3D-skannauksen tuloksena saadut värianalyysit tuottavat tietoa muodonmuutosten laajuuksista tulostetuissa kappaleissa. Punaisen värin esiintyminen kappaleessa viittaa kovertumiseen, kun taas sininen puolestaan kupertumiseen. Näillä väreillä voidaan esittää visuaalista kuvaa tapahtuneista muodonmuutoksista, jotka auttavat hahmottamaan tapahtuneet muutokset.

Lähde:

Mustajoki, V. 2023. Metallin 3D-tulostuksen muodonmuutoksien simulointi – Theseus, Turun ammattikorkeakoulun opinnäytetyö.