3D Scanning - Virtuelle Produktentwicklung eines 3D Scanners für die TU Wien Pilotfabrik Industrie 4.0

Abstract

Für die additive Fertigung werden dreidimensional Modelldaten als Input benötigt. Die vorliegende Masterarbeit beschreibt den 3D Scan als eine der Möglichkeiten solche Modelldaten zu generieren. Zudem geht sie der Frage nach, welche Scan-Technologie für ein mögliches, zukünftiges Beispielprodukt für die TU Wien Pilotfabrik Industrie 4.0 in Frage kommt. Hierzu wird anfangs die theoretische Grundlage gebildet, indem die Funktionsweise des 3D Scans im groben erläutert und die Hauptanwendungsgebiete beschrieben werden. Eine Klassifikation hilft, die unterschiedlichen Scan-Verfahren einzuteilen und darzustellen, dass es grundlegende Unterschiede zwischen ihnen gibt. Ausgewählte Technologien werden im Detail beschrieben und genauer erklärt. Zusätzlich werden Anwendungsbeispiele angeführt um den Unterschied zwischen den Verfahren zu verdeutlichen. Um den Prozess vom Scan zum Druck besser verstehen zu können, wird im Anschluss die Prozesskette und Transformation von der Punktwolke zum dreidimensionalen Modell beschrieben. Hierbei wird auch auf die Dateiformate der einzelnen Daten eingegangen und deren Besonderheiten erklärt. Nachdem die theoretische Grundlage beschrieben wurde, wird anhand von definierten Kriterien und unter Berücksichtigung gegebener Voraussetzungen jene 3D Scantechnologie identifiziert, welche für das virtuelle Modell des möglichen Beispielprodukts in Frage kommt. Aus der Gegenüberstellung geht hervor, dass sich die Photogrammetrie am besten eignet. Für das virtuelle Modell werden die konstruktiven Überlegungen zu den mechanischen und elektronischen Komponenten erläutert und die Kommunikation zwischen 3D Scanner und einem Peripherie-Gerät beschrieben. Zum Schluss wird der Prototyp beschrieben, mit wessen Hilfe das theoretische Konzept bewiesen wurde. Hierzu wird die Konstruktion erläutert und der Fokus auf den Digitalisierungsprozess und die benötigte Software gelegt.

For the additive manufacturing, three-dimensional model data are needed as input. The present master thesis describes the 3D scan as one of the possibilities to generate such model data. In addition, it explores the question of which scan technology is suitable for a possible future sample product for the TU Wien Pilotfabrik Industrie 4.0. For this purpose, the theoretical basis is initially formed by roughly explaining the mode of operation of the 3D scan and describing the main application areas. A classification helps to categorise the different scanning methods and show that there are fundamental differences between them. Selected technologies are described in detail and explained explicitly. In addition, application examples are given to clarify the difference between the methods. To better understand the process from the scan to the print, the process chain and transformation from the point cloud to a three-dimensional model will be described. This also includes the file formats of the individual data and explains their special features. After the theoretical basis has been described, based on defined criteria and considering given prerequisites, the specific 3D scanning technology is identified which is suitable for the virtual model of the possible example product. The comparison shows that photogrammetry is best suited. For the virtual model, the constructive considerations of the mechanical and electronic components are explained and the communication between the 3D scanner and a peripheral device is described. Finally, the prototype is described, with whose help the theoretical concept was proved. For this purpose, the construction is explained, and the focus laid on the digitization process and the required software.