Forma 3Dにおけるスキャン・ツー・CAD：Artec Leoで廃番ポンプインペラーをリバースエンジニアリング

課題：反射しやすい表面と複雑なベーン形状を持つ、廃番ポンプインペラーの正確なCADモデルを生成すること。

ソリューション：Artec Leo、Artec Studio、SOLIDWORKS

成果：各インペラーの水密性を備えた3Dメッシュを作成し、CADで再モデリングしたうえで鋳造所にてブロンズ鋳造を実施。交換部品はその後、実際の運用に復帰し、クライアントは故障のたびに活用できるデジタル資産を手に入れました。

Artec 3Dを選んだ理由：Artec Leoのワイヤレスハンドヘルド設計とリアルタイムフィードバックにより、作業場環境であらゆる角度からスキャンでき、データ処理に入る前に全体をカバーできているか確認できます。また、Leoの解像度・精度・速度は、迅速なリバースエンジニアリングにも最適です。位置調整を必要とせず、精度を損なわずに展開できます。

Artec Leoでインペラー部品をデジタル化するForma 3Dのテクニシャン

オーストラリア・クイーンズランド州を拠点とするCondamine Drillingは、同地域で掘削・灌漑設備・ポンプサービスを提供しています。これらの業界で操業する多くの企業と同様に、同社は長年——場合によっては数十年——稼働し続けてきた大型ポンプ設備に依存しています。時間の経過とともに、一部のポンプ部品に関する元の設計図が失われ、メーカーはもはや交換部品を供給できない状況となっていました。

代替手段を求めたCondamineは、Forma 3Dに連絡を取りました。同社は自動車、製造、建設などの分野で3Dスキャンサービスを提供しており、オーストラリアのArtecアンバサダーであるQubicが供給する高性能ハンドヘルド3DスキャナーArtec Leoを使用しています。

当初、彼らはスペアパーツの3Dプリントの可能性を探っていました。しかし、圧力・流体力学・耐摩耗性の要件から3Dプリントでは対応できないと判断されたため、Forma 3Dは別のソリューションを提案しました。それは、実績ある機械加工で製造できるCADモデルを生成するというものでした。

Artec Leoによるリバースエンジニアリング

ポンプインペラーは内部流路や湾曲したベーンなど複雑な形状を持つことが多く、デジタル化が困難です。光沢のある表面はスキャン時にレーザーを反射するため、3Dスキャナーの妨げになりやすく、手動モデリングは依然として時間がかかりエラーが生じやすいという問題もあります。内部ベーンのプロファイルが性能に直結するため、Condamineには汎用性が高く信頼性の高いソリューションが必要でした。

そこで彼らが選んだのが、ワイヤレスのオールインワン3DスキャナーであるArtec Leoです。ノートパソコンへの接続が不要なため、狭い作業場でのスキャンに最適です。リアルタイムフィードバック機能により、スキャン品質とカバレッジをその場で確認できます。これはリバースエンジニアリングにおいて非常に重要で、複雑な形状のスキャン漏れは処理段階になって初めて判明することが多いからです。

Forma 3DがCondamine Drilling向けにデジタル化したインペラー部品群

依頼を受けたForma 3Dは、Leoを使ってさまざまなインペラーのスキャンを実施しました。デスクトップ型3Dスキャナーでは対応できないサイズでしたが、ケーブルレスのLeoはさまざまなサイズの部品の周囲を自在に動かすことができました。時間も重要な要素でした——毎秒3,500万ポイントをキャプチャできるこのデバイスは、長時間のセットアップやキャリブレーションなしに、すべてのインペラーを高速でスキャンしました。

「Artec Leoの精度と解像度は、これらのインペラーのサイズ範囲に非常に適していました。デスクトップスキャナーでは大規模な位置調整が必要なほど大きく、しかしLeoが少ないスキャン回数で効率よくキャプチャできるほど小さいサイズでした」と、Forma 3DのテクニシャンであるHarry Tigheは説明します。「Leoのスピードも実用面で重要でした。さまざまなサイズの複数のインペラーをスキャンする必要があったため、効率的で再現性のあるワークフローが求められていました。」

3Dスキャンから鋳造へ

スキャン後、スキャンデータはArtec Studioで処理されました。グローバルレジストレーション機能を使用してすべてのフレームを統合されたポイントクラウドに正確に位置合わせし、ソフトウェアのSharp Fusionアルゴリズムによってこのデータを高精細な水密性を備えたメッシュに統合しました。インペラーのすべての表面を含むこのデジタル表現は非常に高精細であったため、すぐにSOLIDWORKSでの再設計に送ることができました。

Artec Studioソフトウェア内の3Dスキャンされたインペラー部品

Condamine Drillingは完成した設計データを直接鋳造所に持ち込み、インペラーをブロンズで鋳造しました。粗鋳造品はその後、機械加工・仕上げが施され、実際の運用に復帰しました。Forma 3Dに連絡する前、Condamineには機能しなくなった破損部品を交換する有効な手段がありませんでした。あらゆる従来の選択肢が行き詰まっており、スキャン・ツー・CADが唯一の解決策でした。

結果として、Artec 3Dスキャンは速度・精度・再現性・アクセス性の面で革新的な変化をもたらしました。ワークフロー全体にかかる時間は、手動計測と再製図に要していた時間のほんの一部となり、寸法精度への信頼性も大幅に向上しました。Leoは正確なデジタルツインをキャプチャするため、スペアが必要になるたびにサプライヤーに提供できます。

老朽化した設備へのスケーラブルな解決策

Forma 3Dにとって、このプロジェクトは産業環境におけるスキャン・ツー・CADワークフローの有効性を実証し、迅速な投資対効果(ROI)をもたらす成果を出せることを示すものとなりました。最終的な3Dモデルは、エンジニアリングの介入なしに直接サプライヤーに持ち込むことができ、スペアパーツが入手できなくなった他の多くの業界にも同様のプロセスを適用できます。

Condamineのインペラー部品に見られる複雑な表面の例

「Condamine Drillingが直面した課題は、同社に限った話ではありません」とTigheは締めくくります。「元の設計図が失われ、メーカーがすでに存在せず、スペアパーツのサプライチェーンが完全に途絶えてしまった老朽化した機械やシステムは無数に存在します。3Dスキャンとリバースエンジニアリングは、実用的でスケーラブルなソリューションを提供します。」

デジタル設計はかつて、社内にエンジニアリングおよび製造能力を持つ企業だけに限られていました。今では、ほぼ誰でも3Dスキャンにアクセスし、実用的な用途に活用できる信頼性の高いデータを取得できます。Forma 3Dは、複雑なリバースエンジニアリングニーズを持つプロジェクト——鉱業、農業、水インフラ、重工業——において、自社サービスの大きな可能性を見出しています。

OEMサプライチェーンが崩壊し、設備がその関連文書よりも長く使われ、部品が入手不可能となった場所では、3Dスキャンが既存の設計をデジタル化し発展させるための最適な手段となります。レガシー設備を使用するすべてのユーザーがこの技術の恩恵を受けられます。Condamineは、スペア在庫のデジタル倉庫を構築した多くの企業の中で最新の事例に過ぎず、今後も続々と現れるでしょう。