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Prototyp für einen 3D Kopierer

David Stadelmann (01)

Titel

Prototyp für einen 3D Kopierer

Autor/in

Datierung

08.06.2020

Beschreibung

Die industrielle Computertomographie ist ein integraler Bestandteil moderner Bauteilentwick-lung und Qualitätssicherung, da sie eine exakte, zerstörungsfreie Inspektion eines Objektes in kurzer Zeit ermöglicht, indem sie eine digitale Rekonstruktion des Ist-Zustandes generiert. Eine Computertomographie-Messung kann auch dazu verwendet werden, die Vorlagedaten für eine additive Fertigung einer Kopie eines Objektes zu liefern und bestehende Produkte oder Objekte zu kopieren. Diese Bachelorarbeit, am Institut für Medizintechnik an der Hochschule Luzern, hat das Ziel, mit einem Computertomographen, einer Segmentierungssoftware und einem additiven Fertigungswerkzeug, ein Prototyp eines 3D Kopierers zu entwickeln. Diese Methode verspricht bei der Reproduktion von Bauteilen, deren Konstruktionspläne nicht mehr vorhanden sind, eine grosse Zeiteinsparung bei gleichbleibender Qualität. Um die Genauigkeit der Datensätze, die vom Computertomographen unter verschiedenen Parametern generiert werden, zu überprüfen, wird ein vermessener Aluminiumzylinder zu Hilfe genommen. Des Weiteren werden ein Objekt, das nur aus einem Material besteht, ein Objekt mit zwei ver-schiedenen Kunststoffkomponenten und ein Objekt mit einem Stahlkomponenten gescannt. Anschliessend werden diese mit der Software Volume Graphics Studio Max 3.3.4 segmentiert und nachträglich auch mit einem 3D Drucker gedruckt. Die 3D Drucke werden wiederum ge-scannt und mit den Originaldatensätzen auf ihre Genauigkeit verglichen. Die Ergebnisse zei-gen, dass die verschiedenen Röntgen- und Detektorparameter einen Einfluss auf die Genauig-keit der Scans haben. Allerdings weichen die Werte nur um wenige zehntel Millimeter vonei-nander ab. An den Objekten können qualitativ hochstehende Computertomographie-Scans durchgeführt werden, die eine Voxelgrösse von 0.041 Millimeter besitzen und einen maxima-len Zeitaufwand von 36 Minuten benötigen. Die Ergebnisse der Soll-Ist-Vergleiche zwischen dem gescannten Originalobjekt und der gescannten 3D Kopie zeigen, dass sich der grösste Teil der Abweichungen zum Original im Bereich von -200 μm bis +200 μm bewegt. Die Standardab-weichung der Abweichungen bewegt sich je nach Grösse und Komplexität des Objekts zwi-schen 58 und 81 Mikrometer. Im Allgemeinen ist zu sagen, dass der Prozess des 3D Kopierers mit Hilfe eines Computertomographen einwandfrei funktioniert. Die Schnittstellen zwischen den einzelnen Geräten bereiten keine Probleme. Die grössten Massabweichungen entstehen durch die angewendeten 3D Drucker, da sie mit der Genauigkeit der Scans nicht mithalten können.

Industrial computed tomography is an integral part of modern component development and quality assurance, as it enables an exact, non-destructive inspection of an object in a short time by generating a digital reconstruction of the actual state. A computed tomography meas-urement can also be used to provide the template data for additive manufacturing of a copy of an object and to copy existing products or objects. This bachelor thesis, at the Institute for Medical Technology at the Lucerne University of Applied Sciences and Arts, aims to develop a prototype of a 3D copier using a computer tomograph, a segmentation software and an addi-tive manufacturing tool. This method promises to save a great deal of time while maintaining the same quality when reproducing components whose construction plans are no longer avail-able. A measured aluminium cylinder is used to check the accuracy of the data sets generated by the computer tomograph under various parameters. Furthermore, an object consisting of only one material, an object with two different plastic components and an object with a steel component are scanned. These are segmented with the software Volume Graphics Studio Max 3.3.4 and printed with a 3D printer. The 3D prints are scanned again and compared with the original data sets for accuracy. The results show that the different X-ray and detector parame-ters have an influence on the accuracy of the scans. However, the values only differ by a few tenths of a millimeter. High-quality computed tomography scans can be performed on the ob-jects, which have a voxel size of 0.041 millimeters and require a maximum time of 36 minutes. The results of the nominal/actual comparisons between the scanned original object and the scanned 3D copy show that most of the deviations from the original are in the range of -200 μm to +200 μm. The standard deviation of the deviations varies between 58 and 81 microme-ters. They are depending on the size and complexity of the object. In general, it can be said that the process of 3D copying with the help of a computer tomograph works irreproachable. The interfaces between the individual devices do not cause any problems. The biggest dimen-sional deviations are caused by the 3D printers used, as they cannot keep up with the accuracy of the scans.

Urheberrechtshinweis