Die Lieferung einer bestimmten Qualität innerhalb einer genau definierten Zeit ist heute eines der entscheidenden Kriterien bei der Lieferantenauswahl in der Automobilbranche. Mit der dynamischen Entwicklung der Technik und der zunehmenden Komplexität der Fahrzeuge steigt der Bedarf an noch schnelleren und präziseren Qualitätskontrollen. Welche Antworten bietet das 3D-Scannen auf die Herausforderungen in der Automobilindustrie?
3D-Scannen in der Industrie – Anwendungen
3D-Scanner werden in vielen verschiedenen Bereichen der Fertigung eingesetzt und tragen zur Produktqualität, zur Fertigungseffizienz, zur Entstehung von Innovationen und sogar zu einem effizienten Management in der Industrie bei. Beispielsweise tragen digitale 3D-Modelle in der Energiewirtschaft dazu bei, Maschinen und Geräte zu optimieren und damit die Qualität von Prozessen und dem Produkt selbst zu steigern. In der Präzisionsmedizin sind Scanner unentbehrlich, um z. B. anatomische Modelle zu erstellen und personalisierte Implantate zu produzieren, während sie in der Bauindustrie den genauen Zustand bestehender Strukturen untersuchen und die Planung von Renovierungsarbeiten erleichtern. In der Luft- und Raumfahrtindustrie hilft das 3D-Scannen bei der Konstruktion und Produktion von Flugzeugteilen und im Schiffbau bei der Erstellung neuer Schiffsmodelle sowie der laufenden Qualitätskontrolle bereits verwendeter Einheiten. Auch in der Automobilindustrie kommt es zu Anwendungen von 3D-Scannern in neuen, hoch spezialisierten Bereichen, wo sie u. a. die Erstellung hoch detaillierter Fahrzeugmodelle und die Qualitätskontrolle von Bauteilen ermöglichen, was sich auf Sicherheit, Fahrkomfort und CO2-Emissionen auswirkt.
3D-Scannen in der Qualitätskontrolle im Automobilbereich
3D-Scannen und -Modellieren sind Technologien, die in der Automobilindustrie unverzichtbar sind, weil hier Qualitätsstandards häufig die Wahl des Fertigungspartners bestimmen. Durch die sehr präzise Vermessung von Bauteilen mit einem 3D-Scanner ist es möglich, selbst kleinste Abweichungen von den Spezifikationen zu erkennen. Dank der detaillierten Visualisierung der geometrischen Modelle der Teile ist es nicht nur möglich, mögliche Fehler zu erkennen, sondern auch Optimierungen vorzunehmen. Der Kontrollprozess ist außerdem schneller und effektiver als herkömmliche Methoden, was für die Pünktlichkeit und konstante Qualität der Lieferungen wichtig ist. Aufgrund der heutigen Automatisierung und Robotisierung von Produktionsprozessen bietet die automatische Scantechnik mit einem speziellen Arm eine sehr hohe Effizienz. Neben statischen Tests können z. B. auch dynamische Crash-Simulationen durchgeführt oder die Aerodynamik von Fahrzeugen in spezieller Software verbessert werden, was normalerweise die Herstellung eines echten Prototyps erfordern würde. Ein durchaus interessanter Einsatzbereich von 3D-Scannern ist das Benchmarking. Durch den genauen Vergleich von Bauteilmustern, die beispielsweise von verschiedenen Tier-Lieferanten hergestellt wurden, kann der OEM-Kunde das beste Produkt auswählen.
Bildverarbeitungssysteme in der Qualitätskontrolle – 3D-Scannen vs. andere Methoden
Das 3D-Scannen zeichnet sich unter anderen Methoden der Qualitätskontrolle dadurch aus, dass es die detaillierte Erfassung der geometrischen Daten eines Bauteils ermöglicht. Herkömmliche Messwerkzeuge wie Messschieber oder Mikrometer bieten solche Möglichkeiten nicht. Koordinatenmessgeräte (CMM, Coordinate Measurement Machines) haben eine ähnliche Anwendung, aber es gibt Grenzen in Bezug auf hohe Kosten und die Notwendigkeit der Erstkalibrierung.
Vorteile des 3D-Scannens in der Qualitätskontrolle
3D-Scanner ermöglichen eine einfache, sofortige und äußerst präzise Messung der Geometrie und Form von Teilen sowie deren Visualisierung. Eine spezielle Qualitätskontrollsoftware gleicht den Produktscan automatisch mit dem digitalen 3D-Modell ab, erkennt etwaige Abweichungen und erstellt einen Messbericht. Beim vollautomatischen Prozess des 3D-Scannens wird automatisch entschieden, ob ein Objekt akzeptiert oder als fehlerhaft abgelehnt wird. Dadurch können eventuelle Probleme frühzeitig behoben werden, was zu geringeren Verlusten führt. Im optimalen Fall kann man auch bestimmen, wie die Ausführung eines bestimmten Elements verbessert werden kann. Die 3D-Scanner lassen sich leicht bewegen und an verschiedenen Orten einsetzen, auch an schwer zugänglichen Stellen, was ihre Flexibilität und Vielseitigkeit ausmacht. Diese Technologie ermöglicht die Produktionsabbildung, die Optimierung von Produktionsprozessen und die Steigerung der Effizienz der gesamten Produktionslinie. Darüber hinaus ermöglichen 3D-Scanner die Erstellung von CAD-Modellen aus vorhandenen Objekten im Reverse-Engineering-Verfahren. Dies ist z. B. bei der Restaurierung von Oldtimerteilen oder bei der Verbesserung vorhandener Komponenten sehr nützlich.
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Weitere Methoden der Qualitätskontrolle und ihre Einschränkungen
Eine weitere häufig verwendete Technologie zur Qualitätskontrolle sind Impuls- und Scan-Koordinatenmessgeräte. Dabei handelt es sich um Geräte, die mit einem Tast- und Messstift sowie einer speziellen Software ausgestattet sind, die Punkte in einem Koordinatensystem aufzeichnet und so eine dreidimensionale Geometrie des zu messenden Objekts erstellt. Dank dieser Geräte können Sie auch eine geometrische Analyse durchführen, das Element mit dem Referenzmodell vergleichen und Abweichungen von der Norm erkennen. Sie haben jedoch den Nachteil hoher Investitionskosten, und außerdem erfordert ihre Kalibrierung Wissen und Erfahrung. Eine weitere Lösung im Qualitätskontrollprozess sind piezoelektrische Sensoren zur Messung von Kraft, Dehnung und Beschleunigung. Ihre zentrale Komponente ist ein Quarzkristall, der ein elektrisches Signal erzeugt, welches der aufgebrachten mechanischen Kraft entspricht. Ein wesentlicher Nachteil dieser Lösung ist ihre hohe Anfälligkeit gegenüber äußeren Bedingungen. Sämtliche Änderungen der Temperatur oder Luftfeuchtigkeit können die Genauigkeit der Messungen beeinträchtigen, weshalb die Sensoren regelmäßig kalibriert werden müssen. Die konventionellsten Instrumente zur Messkontrolle sind Messschieber und Mikrometer, die manuell bedient werden müssen und daher für die Massenproduktion ungeeignet sind. In der Automobilindustrie wird auch das 2D-Scannen verwendet, bei dem zweidimensionale Bilder oder Karten von der Oberfläche von Objekten mit verschiedenen Geräten wie Lasern, Kameras oder optischen Scannern erfasst werden. Diese Methode ermöglicht auch die Überprüfung von Abmessungen sowie die Erkennung von Kratzern und Unebenheiten, eignet sich jedoch nicht für die Analyse komplexer Elemente, deren Zahl ständig zunimmt.
Herausforderungen bei der Qualitätskontrolle in der Automobilindustrie: Wie kann das 3D-Scannen helfen?
Mit der zunehmenden Komplexität der Bauteile und der kontinuierlichen Umsetzung von Innovationen in der Automobilindustrie werden flexible und innovative Methoden der Qualitätskontrolle immer wichtiger. Das 3D-Scannen ist eine hervorragende Antwort auf diese Herausforderung, da sie die gleichzeitige Erfassung vieler Dimensionen eines Objekts in relativ kurzer Zeit ermöglicht. Dadurch wird der Prozess der Qualitätskontrolle und damit die gesamte Produktion schneller und zuverlässiger. 3D-Scanner erzeugen hochauflösende digitale Modelle. Auf diese Weise lassen sich alle Anomalien sowohl in der Geometrie als auch in der Struktur des untersuchten Objekts erkennen. Dies ist besonders nützlich bei der Qualitätskontrolle in der Herstellung von Kunststoffbauteilen, die sehr komplexe Formen haben und aus sehr kleinen Details bestehen können. Die durch den Scanvorgang gewonnenen Daten ermöglichen eine Abweichungsanalyse und die Identifizierung von Schwachstellen in der Produktion. Dies führt zur systematischen Optimierung der Produktion, der Verringerung der Fehleranfälligkeit sowie einer geringeren Abfallerzeugung.
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