Kada klijent dođe sa zahtevom da se odštampa ili obnovi neki deo, prvo pitanje nije koja tehnologija ili koji materijal, nego da li uopšte postoji crtež. Kod opreme koja radi deceniju i više, najčešće ne postoji.

Reverzni inženjering je tada najkraći put do upotrebljivog CAD modela. Deo se skenira, sken se pretvara u parametarski model, a tek onda se odlučuje da li se deo verno kopira, unapređuje i da li se uopšte štampa.

Sken nije model. Istrošen deo daje istrošenu geometriju, pa je najveći deo posla u vraćanju prvobitne namere konstruktora, tolerancija i naleganja, a ne u samom skeniranju. Uz geometriju treba odrediti i materijal.

3D skeniranje radi i u suprotnom smeru, kao kontrola štampanog dela u odnosu na CAD model. Kod delova nastalih generativnim dizajnom to je često jedini praktičan način provere.

Kada klijent dođe bez crteža

U praksi se ponavljaju dve situacije.

Prva je mašina koja je toliko stara da je proizvođač odavno prestao sa podrškom i tehničkom dokumentacijom, a mašina je i dalje pouzdana i u punoj funkciji. Klijent nema nameru da je menja zbog jednog dela.

Druga je deo koji se redovno kvari ili troši brže nego što bi trebalo. Tada se ne traži kopija onoga što je postojalo, nego unapređenje kroz oblik, način projektovanja ili izbor materijala, koje treba da produži vek dela.

U oba slučaja reverzni inženjering nije egzotična opcija, nego najlakši i često jedini realan put do CAD modela na osnovu kog se dalje odlučuje.

Primer iz industrije, Deutsche Bahn

Nemačke železnice su jedan od najbolje dokumentovanih primera ovog pristupa u Evropi. Vozovi i infrastruktura rade decenijama, a proizvođači mnogih delova više ne postoje ili ih ne prave.

Deutsche Bahn od 2015. godine štampa rezervne delove, i do sada ih je proizveo preko 100.000, u više od 700 različitih vrsta. Prvi korak je 3D skeniranje, iz kog nastaje digitalni model koji se čuva i štampa kada zatreba. Digitalno skladište je 2023. godine imalo oko 1.000 modela, a cilj je 10.000 do 2030.

Stoti hiljaditi deo bilo je kućište reduktora za manevarsku lokomotivu, teško 570 kilograma, liveno u 3D štampanom kalupu. Klasična nabavka takvog dela traje oko deset meseci, a na ovaj način trajala je dva. Primer pokazuje i nešto važno: reverzni inženjering ne znači da se deo mora štampati. Ovde je štampan kalup, a deo je liven.

Od dela do novog dela, pet koraka

1. Snimanje stanja i materijala. Pre skeniranja deo se očisti, fotografiše i izmeri na mestima koja su važna za funkciju. Istovremeno se određuje materijal: hemijski sastav spektrometrom, tvrdoća i, gde je potrebno, mikrostruktura. Bez ovoga i najtačniji sken daje deo od pogrešnog materijala.

2. Skeniranje. Rezultat je oblak tačaka ili mreža trouglova koja opisuje stvarnu, trenutnu geometriju dela, uključujući habanje, deformacije i oštećenja.

3. Rekonstrukcija namere konstruktora. Ovo je najvažniji i najduži korak. Sken se pretvara u parametarski CAD model, sa ravnima, osama, otvorima i površinama. Istrošene površine se vraćaju na prvobitnu meru, a mere se proveravaju prema delovima sa kojima deo naleže. Tolerancije se ne mogu očitati sa skena, one se određuju prema funkciji.

4. Odluka, kopija ili unapređenje. Tek sa CAD modelom se odlučuje da li deo treba verno reprodukovati ili iskoristiti priliku da se unapredi, i koji proces je pravi: 3D štampa, mašinska obrada, livenje u štampanom kalupu ili kombinacija. Ovde se reverzni inženjering direktno vezuje za principe opisane u tekstu DfAM, projektovanje za aditivnu proizvodnju, jer unapređenje bez DfAM logike ostaje kopija sa kozmetičkim izmenama. Širi okvir za izbor procesa je u tekstu Kada 3D štampa ima smisla a kada nema.

5. Izrada i provera. Novi deo se izrađuje i proverava, dimenziono, skeniranjem u odnosu na CAD model, i funkcionalno, u sklopu u kom radi. Kod dela koji ide u stalnu upotrebu, provera ide po istim pravilima kao kod svakog drugog dela, o čemu sam pisao u tekstu Kako se kvalifikuje pojedinačna komponenta u proizvodnji.

Od dela bez crteža do novog dela, pet koraka reverznog inženjeringa

Zašto sken nije CAD model

Ovo je mesto gde se najviše grešaka pravi i gde se najviše vremena potroši.

Mreža trouglova iz skenera opisuje površinu, ali ne zna šta je ravan, šta je osa, a šta otvor za ležaj. Ne zna ni koja je mera bila nominalna pre nego što se deo istrošio ili deformisao. Ako se mreža samo očisti i pošalje na štampu, dobija se tačna kopija istrošenog dela, sa svim greškama koje je deo skupio tokom godina.

Parametarski model, sa druge strane, nosi nameru konstruktora: ovaj otvor je koaksijalan sa onim, ova površina je ravna i paralelna sa onom, ovaj prečnik je nominalno toliki. Tek takav model može da se menja, analizira i unapređuje.

Zato je skeniranje obično kraći deo posla, a rekonstrukcija duži, posebno kod dela sa mnogo funkcionalnih površina.

Koji metod skeniranja kada

Izbor metoda zavisi od veličine dela, traženih tolerancija, površine i toga da li je važna unutrašnjost.

Metod Šta dobro hvata Ograničenja Tipična primena
Ručni laserski skener srednje i velike delove, brzo, na terenu sjajne i crne površine, uski otvori delovi mašina, kućišta, alati na licu mesta
Strukturirano svetlo fine detalje i slobodne površine, visoka rezolucija veličina vidnog polja, sjajne površine manji precizni delovi, kalupi, kontrola štampanih delova
Fotogrametrija vrlo velike objekte niža gustina tačaka, obično u kombinaciji sa skenerom veliki sklopovi, konstrukcije, alati velikih dimenzija
Koordinatna merna mašina pojedinačne kritične mere sa najvećom tačnošću ne daje celu površinu, sporo otvori, ose, naleganja, provera ključnih mera
Industrijski CT unutrašnjost, kanale, poroznost veličina i gustina dela, cena delovi sa unutrašnjim kanalima, kontrola štampanih metalnih delova

U praksi se metodi kombinuju. Površina se skenira optički, a kritične mere proveravaju na koordinatnoj mernoj mašini. Tačnost optičkih skenera proverava se po preporuci VDI/VDE 2634 i standardu ISO 10360-13, i vredi pitati pružaoca usluge po kom postupku je skener proveren.

Šta je pravno dozvoljeno

Reverzni inženjering sam po sebi nije zabranjen. Evropska direktiva o poslovnim tajnama iz 2016. godine izričito navodi da je zakonito do informacije doći posmatranjem, proučavanjem, rastavljanjem ili ispitivanjem proizvoda koji je javno dostupan ili koji je zakonito u posedu onoga ko ga ispituje, ako ga ugovor ne obavezuje drugačije.

To ne znači da je sve dozvoljeno. Ugovor o kupovini ili održavanju opreme može da ograniči reverzni inženjering. Patent, zaštićen dizajn ili autorsko pravo i dalje važe za deo koji se kopira. Za vidljive rezervne delove, one koji moraju da izgledaju kao original, nova evropska direktiva o dizajnu iz 2024. godine uvodi takozvanu klauzulu popravke, koja dozvoljava nezavisne rezervne delove uz jasnu oznaku porekla, sa prelaznim periodom za zemlje koje to ranije nisu dozvoljavale.

Za rezervni deo stare mašine čiji proizvođač više ne postoji, ovo retko predstavlja problem. Za deo koji je i dalje u prodaji, i koji je zaštićen, vredi proveriti pre nego što se krene. Nisam pravnik i ovo nije pravni savet, nego okvir koji treba imati na umu.

3D skeniranje kao izlazna kontrola

Postoji i obrnuti smer, gde 3D skeniranje ne služi da se nešto rekonstruiše, nego da se proveri da li je štampani deo zaista onakav kakav je projektovan.

Ovo je posebno važno kod delova nastalih generativnim dizajnom. Takve površine često nemaju jednostavne ravni, prave ivice ili kružne otvore koje klasična merna oprema, poput mikrometra ili šublera, može da proveri. Geometrija je organska, sa promenljivom debljinom zida koja prati raspored opterećenja. Jedini praktičan način da se takav oblik proveri brzo i potpuno jeste da se štampani deo skenira i uporedi sa originalnim CAD modelom. Rezultat je mapa odstupanja u boji, na kojoj se odmah vidi gde je deo izvan tolerancije.

Kod metalnih delova ista provera pokazuje i deformaciju posle odvajanja od ploče i posle toplotne obrade. Ako deo ima unutrašnje kanale, optički skener ih ne vidi, pa se koristi industrijski CT.

Na taj način se zatvara ceo krug. Deo se projektuje generativno na osnovu opterećenja, štampa se, a zatim se skeniranjem proverava da li je proces ispoštovao projektovanu geometriju. Bez ove poslednje provere prednosti generativnog dizajna ostaju samo teoretske. Više o samom pristupu u tekstu Generativni dizajn u praksi.

Kada reverzni inženjering nije dobro rešenje

  1. Kada je originalni deo i dalje dostupan po razumnoj ceni i roku. Reverzni inženjering košta vreme i novac, i ima smisla kada je alternativa nedostupna, preskupa ili predugo čeka.
  2. Kada je deo zaštićen, a nema razloga za izuzetak. Tada je pravi put dogovor sa proizvođačem ili licenca.
  3. Kada deo radi u uslovima koje ne možete da proverite. Kod dela pod pritiskom, visokom temperaturom ili dinamičkim opterećenjem, bez podataka o opterećenju i materijalu, kopija može da izgleda dobro, a da otkaže brže od originala.
  4. Kada se očekuje da sken sam bude crtež. Bez rekonstrukcije namere konstruktora i tolerancija, rezultat je kopija istrošenog dela.

Gde je granica ove teme

Reverzni inženjering i 3D skeniranje su obimne discipline same po sebi, sa sopstvenom metrologijom, softverima i standardima tačnosti. Ovde nije cilj da se obrade u potpunosti, nego da se vidi tačka na kojoj se prepliću sa aditivnom proizvodnjom, i zašto klijenti tamo najčešće i dođu: zbog opreme bez podrške proizvođača, zbog dela koji se stalno kvari i traži unapređenje, ili zbog dela koji klasičnim putem ne može ni da se izmeri.

Ako imate deo bez dokumentacije i niste sigurni da li je kopija, unapređenje ili drugi proces pravi izbor, to je tačno pitanje za analizu proizvodnje. Metalni deo za koji već imate CAD model možete i sami besplatno da proverite u alatu SLM DFAM Checker.

Česta pitanja

Šta je reverzni inženjering u aditivnoj proizvodnji? Postupak kojim se od postojećeg fizičkog dela, za koji nema crteža, dolazi do CAD modela, skeniranjem i rekonstrukcijom geometrije. Taj model je osnova za izradu novog dela 3D štampom ili drugim procesom, u istom ili unapređenom obliku.

Da li se deo može odštampati direktno iz skena? Može, ali se tada dobija kopija trenutnog stanja dela, sa habanjem i deformacijama. Za deo koji mora da naleže, da se menja ili da se kontroliše, potreban je parametarski CAD model sa rekonstruisanim merama i tolerancijama.

Koliko je tačno 3D skeniranje? Zavisi od metoda, veličine dela i površine. Za kritične mere, kao što su otvori za ležajeve i ose, sken se dopunjuje merenjem na koordinatnoj mernoj mašini. Pitajte pružaoca usluge po kom postupku je skener proveren, na primer po VDI/VDE 2634 ili ISO 10360-13.

Da li je reverzni inženjering legalan? U Evropskoj uniji je ispitivanje i rastavljanje zakonito nabavljenog proizvoda dozvoljeno po direktivi o poslovnim tajnama, osim ako ugovor to ne zabranjuje. Patenti, zaštićeni dizajn i autorsko pravo i dalje važe, pa kod dela koji je u prodaji i zaštićen treba proveriti pre početka.

Kako se određuje materijal starog dela? Hemijski sastav se određuje spektrometrom, a uz to se meri tvrdoća i, gde je potrebno, ispituje mikrostruktura. Na osnovu toga se bira isti ili bolji materijal, u skladu sa tim koji proces će se koristiti. Kako se materijal bira prema onome što deo trpi, opisano je u tekstu Kako da izaberete pravi materijal bez nagađanja.

Izvori