Ứng dụng máy quét 3D trong thiết kế ngược và tái tạo cánh bơm công nghiệp

Khi phụ tùng vẫn cần nhưng bản vẽ đã không còn

Condamine Drilling, là một công ty tại Úc chuyên cung cấp các dịch vụ liên quan đến khoan, tưới tiêu và hệ thống bơm. Công ty sử dụng nhiều thiết bị bơm hạng nặng đã vận hành trong nhiều năm, thậm chí hàng chục năm.

Theo thời gian, bản vẽ kỹ thuật của một số linh kiện máy bơm bị thất lạc, trong khi nhà sản xuất ban đầu cũng không còn khả năng cung cấp phụ tùng thay thế.

Một trong những linh kiện gặp vấn đề là cánh bơm (pump impeller). Đây là bộ phận có hình học khá phức tạp với nhiều cánh cong và các biên dạng bên trong, trong khi một số bề mặt lại có tính phản xạ cao, gây khó khăn cho việc đo đạc và số hóa.

Ban đầu, Condamine Drilling cân nhắc phương án in 3D phụ tùng thay thế. Tuy nhiên, sau khi đánh giá các yêu cầu về áp suất, động lực học dòng chất lỏng và khả năng chống mài mòn, Forma 3D xác định rằng in 3D không phải giải pháp phù hợp.

Thay vào đó, họ đề xuất một hướng tiếp cận khác:

3D scanning → Thiết kế ngược → CAD → Đúc → Gia công → Phụ tùng hoàn thiện

Sử dụng Artec Leo để số hóa cánh bơm

Thách thức lớn nhất nằm ở hình dạng phức tạp của các cánh bơm.

Các chi tiết này có nhiều:

  • Cánh cong và biên dạng phức tạp
  • Khe và đường dẫn bên trong
  • Bề mặt phản chiếu
  • Kích thước khác nhau
  • Khu vực khó tiếp cận

Việc dựng lại toàn bộ hình học bằng phương pháp đo thủ công không chỉ mất nhiều thời gian mà còn dễ xảy ra sai số.

Forma 3D lựa chọn Artec Leo, máy quét 3D cầm tay không dây với khả năng xử lý dữ liệu ngay trên thiết bị. Màn hình tích hợp cho phép kỹ thuật viên quan sát mô hình 3D theo thời gian thực, đồng thời kiểm tra xem toàn bộ bề mặt đã được thu thập đầy đủ hay chưa.

Điểm này đặc biệt quan trọng trong thiết kế ngược. Nếu bỏ sót một khu vực phức tạp, khoảng trống đôi khi chỉ được phát hiện khi dữ liệu đã được đưa vào xử lý. Với Leo, kỹ thuật viên có thể phát hiện và bổ sung dữ liệu ngay trong quá trình quét.

Tốc độ cũng là một yếu tố quan trọng

Các cánh bơm có kích thước đủ lớn để không phù hợp với scanner 3D để bàn, nhưng vẫn nằm trong phạm vi mà Artec Leo có thể xử lý hiệu quả.

Leo có tốc độ thu nhận lên tới 35 triệu điểm/giây, cho phép Forma 3D quét nhiều cánh bơm với kích thước khác nhau mà không cần setup hoặc hiệu chuẩn phức tạp.

Thiết kế không dây cũng giúp kỹ thuật viên dễ dàng di chuyển quanh chi tiết và tiếp cận các góc khác nhau trong môi trường xưởng.

Artec Leo được sử dụng để quét 3D một chi tiết trên cánh bơm

Từ dữ liệu scan đến mô hình CAD

Sau khi hoàn tất quá trình quét, dữ liệu được xử lý trong Artec Studio.

Quy trình gồm các bước chính:

1. Tập hợp toàn bộ bản quét
Các frame quét được căn chỉnh chính xác để tạo thành một hệ dữ liệu thống nhất.

2. Dung hợp bản quét
Dữ liệu được hợp nhất thành một lưới điểm 3D kín (watertight mesh) với mức độ chi tiết cao, bao phủ toàn bộ bề mặt cánh bơm.

3. Chuyển sang CAD
Mô hình 3D sau khi xử lý được đưa sang SOLIDWORKS để dựng lại thiết kế CAD phục vụ sản xuất.

Điểm đáng chú ý ở đây là dữ liệu scan không đơn thuần được dùng để tạo một mô hình 3D trực quan. Nó trở thành cơ sở dữ liệu hình học để tái tạo lại một linh kiện có thể sản xuất thực tế.

Các chi tiết trên cánh bơm cần được số hoá

Từ CAD đến phụ tùng thực tế

Sau khi hoàn thành thiết kế, dữ liệu được chuyển thẳng đến xưởng đúc.

Các cánh bơm được:

Đúc bằng đồng → Gia công hoàn thiện → Đưa trở lại thiết bị

Nhờ đó, những linh kiện trước đây gần như không còn phương án thay thế đã có thể được tái tạo và đưa trở lại vận hành.

Quan trọng hơn, Condamine Drilling giờ đây không chỉ có một phụ tùng mới.

Họ còn có tài sản số, tức bản sao kỹ thuật số của linh kiện, có thể lưu trữ và sử dụng lại bất cứ khi nào cần chế tạo phụ tùng thay thế trong tương lai.

Bản quét 3D được xử lý trong phần mềm Artec Studio và chuyển thành file CAD

Giá trị lớn nhất: Biến thiết bị cũ thành dữ liệu số

Trường hợp này cho thấy việc thiết kế ngược bằng 3D scanning đặc biệt hữu ích đối với các hệ thống máy móc lâu năm. Trong thực tế công nghiệp, có rất nhiều thiết bị gặp tình trạng Máy vẫn hoạt động, nhưng bản vẽ không còn hoặc:

  • Nhà sản xuất đã ngừng hoạt động.
  • Model thiết bị đã bị discontinued.
  • OEM không còn cung cấp phụ tùng.
  • Chuỗi cung ứng phụ tùng đã bị gián đoạn.
  • Bản vẽ kỹ thuật bị thất lạc.
  • Phụ tùng có hình học quá phức tạp để đo thủ công.

Trong những trường hợp này, quét 3D và thiết kế ngược có thể tạo ra một con đường mới từ linh kiện vật lý trở lại dữ liệu CAD.

Forma 3D cho rằng quy trình này có tiềm năng lớn trong các ngành như khai khoáng, nông nghiệp, hạ tầng nước và công nghiệp nặng, đặc biệt với những hệ thống sử dụng thiết bị lâu năm và có nhu cầu tái tạo phụ tùng phức tạp.

Chi tiết với đặc điểm biên dạng phức tạp cần đến sức can thiệp của quét 3D

Kết luận

3D scanning không chỉ là công cụ để tạo mô hình 3D.

Trong reverse engineering, nó có thể đóng vai trò như một cầu nối giữa thiết bị vật lý cũ và dữ liệu thiết kế số, giúp doanh nghiệp phục hồi những linh kiện mà phương pháp sản xuất truyền thống gần như không còn khả thi.

Đặc biệt với các thiết bị legacy, việc tạo một digital inventory cho các phụ tùng quan trọng còn mang lại giá trị lâu dài: khi linh kiện hỏng lần nữa, doanh nghiệp không phải bắt đầu lại từ con số 0.