Quando si scansiona in 3D un modello ci possono essere differenti obiettivi:

• Archiviazione digitale: serve per avere una copia di riferimento relativa ad un oggetto fisico che si vuole “congelare” in quel preciso istante. Molto utile nel campo museale e artistico per creare gallerie virtuali visibili online (o offline) oppure nel campo delle indagini forensi
• Analisi dimensionale: si confronta il modello scansionato con un modello CAD di riferimento per capire se ci sono stati problemi durante, esempio, il processo di stampaggio ad iniezione di un componente
• Copia e stampa: quello che in realtà molti pensano di fare una volta comprato uno scanner 3D. Prendo un modello fisico, lo scansiono in 3D e poi lo stampo in 3D così come esce dalla scansione. Sebbene sia una situazione abbastanza veritiera, non è la più frequente
• Come riferimento: l’oggetto acquisito serve esclusivamente come riferimento per poter poi modellarci sopra altri oggetti. Solitamente la scansione non viene toccata ma si utilizzano delle superfici, piani di lavoro, assi di lavorazione ecc ecc. Molto utile nel campo medico quando si ricavano protesi a partire da arti amputati o perchè no… i famosi “gessi” stampati in 3D !
• Reverse Engineering: l’oggetto scansionato è nuovamente la base ma serve proprio per rimodellare quest’ultimo. E’ la via più corretta quando si deve approcciare alla ricostruzione di parti mancanti di un oggetto o, molto più banalmente, a quando si devono modificare alcune parti rispetto al pezzo originale ma non si dispone del file CAD dal quale è stato originato il pezzo. Prova a pensare al classico caso “Mi si è rotto questo pezzo ma non si trova più in commercio”: nel 90% dei casi ricadi proprio nel Reverse Engineering piuttosto che nel “copia è stampa”

Inutile dire che la bontà dello scanner 3D che si utilizza e relativo software abbinato per la ricostruzione della nuvola di punti, faranno la differenza per chi decide di lavorare sopra tale scansione per poi ricostruirla. Per chi non avesse ben chiaro il flusso di lavoro di una scansione 3D lo riassumo in pochi punti:

• Utilizzo dello scanner 3D per acquisire una o più nuvole di punti che rappresentino l’oggetto nello spazio. La scelta della tipologia di scanner influenza molto il risultato
• Le nuvole di punti vanno poi allineate tra di loro e pulite da eventuali parti non volute
• Il passaggio fondamentale è la generazione della Mesh Triangolare, si parte dalla nuvola di punti e poi si arriva alla mesh. In questo passaggio è fondamentale che il software abbinato allo scanner sia in grado di ricostruirla fedelmente. Meglio non esagerare con la risoluzione o poi sarà estremamente difficoltosa da gestire
• Una volta creata la mesh va sicuramente analizzata per renderla il più uniforme possibile, chiudendo fori, eliminando asperità ed eventuali difetti di scansione
• L’allineamento della mesh con i piani di lavoro XYZ è una operazione molto importante. Alcuni software degli scanner permettono di allineare le scansioni attraverso piani noti oppure linee, punti e piani. Altri software non permettono alcun tipo di allineamento ed è necessario utilizzare software esterni per poter allineare precisamente la scansione agli assi principali
• Esportazione della mesh in formato STL o OBJ. In questa fase lo STEP non è possibile ottenerlo a meno di procedere con una operazione di Reverse Engineering

NOTA: salvo rari casi, il mondo CAD inteso come generazione di schizzi, superfici, rivoluzioni ed estrusioni non dialoga con il mondo “Mesh”. Questo vuol dire che (per esempio), in Inventor, Fusion o Solidworks non basta creare un cilindro dentro ad una mesh per ottenere un foro attraverso una booleana. I due mondi non possono comunicare quindi o tutto viene convertito in mesh o tutto in Brep (quella di Fusion, Inventor e Solidworks ). Programmi come QuickSurface permettono di fare da ponte tra questi due mondi e lavorare comodamente su mesh e solidi facendoli lavorare assieme. Una volta ottenuto un modello soddisfacente è poi comunque possibile trasferire il file in formato STEP o IGES per proseguire la modellazione finale. Per chi utilizza Inventor o Solidworks, Quicksurface ha una comodissima funzione che permette di esportare il lavoro fatto direttamente nel proprio CAD senza perdere l’albero di costruzione.

Quando si lavora con le scansioni 3D è bene essere preparati al fatto che un solo software potrebbe non bastare. Ci sono alcuni che sono più indicati per la gestione delle Mesh (Meshmixer è il mio preferito anche se vecchio) altri per la gestione puramente CAD con qualche funzione per il Reverse Engineering come Autodesk Fusion. Esistono poi una serie di software dedicati proprio al Reverse come QuickSurface, che non solo migliorano l’output del pezzo ricostruito ma solitamente offrono funzionalità che normalmente non si trovano nei CAD classici. Inoltre permettono di ridurre notevolmente i tempi di ricostruzione, cosa fondamentale in ambito lavorativo dove il “tempo è denaro” e il “time to market” fanno da padroni.

Reverse Engineering

A sua volta il Reverse Engineering può essere approcciato con diverse finalità ma soprattutto in base al modello da ricostruire. Non è sempre possibile ricostruire tutto con estrema precisione e molte volte si deve scendere a compromessi. In ogni caso i passi fondamentali da seguire sono i seguenti:

• Analizza la mesh: dopo aver scansionato il modello è normale che la mesh abbia poi qualche difetto da riparare. Buchi, escrescenze, rumore, rimozione tag di allineamento ecc ecc. Una volta che il modello 3D è bello uniforme, è stato isolato dalle piccole parti e ripulito per bene, si passa ad un’ operazione di decimazione dei triangoli della mesh. L’obiettivo è arrivare ad un numero di triangoli tale da preservare la forma originaria scansionata senza perdere dettagli rilevanti. QuickSurface permette di effettuare una decimazione della mesh e controllare immediatamente quali differenze ci sono da quella originale
• Trova piani e assi di lavoro basati sulla scansione: con QuickSurface è possibile selezionare una parte di un cilindro per ricostruirlo e usarne magari l’asse oppure un piano di lavoro basandosi su una selezione di una superficie
• Allineare la scansione con gli assi XYZ: è fondamentale utilizzare i piani e gli assi rilevati al punto precedente per allineare in modo corretto la scansione. Servirà poi per definire piani di simmetria o banalmente piani di riferimento per le successive estrusioni

Giunti a questo punto si deve scegliere quale tipo di approccio usare per ricostruire il pezzo, tutto sta nel capire quale è il nostro obiettivo o quello del cliente. In QuickSurface si trovano vari ambienti di lavoro, un misto tra un modellatore CAD e un manipolatore Mesh. Si passa dalla realizzazione di schizzi 2D basati sulla mesh, alle estrusioni così come alla generazioni di superfici automatiche e manuali. Si possono quindi affrontare questi tipi di ricostruzione:

• Modifica diretta della mesh triangolare utilizzando delle forme ricavate dalla mesh stessa. L’esempio più semplice è quel tipo di scansione in cui tutto è perfetto ma si dovrebbero rivedere solo i fori perchè, ovviamente, non risultano mai bene dopo le scansioni. Si utilizzano dei cilindri ricavati dall’interno dei fori e poi si andranno a sottrarre alla mesh stessa, senza la necessità di convertire il tutto. Questo tipo di modifiche è abbastanza limitato ma va assolutamente considerato
• Ricostruzione completa del modello utilizzando esclusivamente forme base, piani, intersezioni di superfici, schizzi 2D estrusi e booleane. E’ il caso più comune, si utilizzano più informazioni possibili fornite dalla mesh per poter ricostruire il medesimo oggetto e poi esportalo in formato STEP o IGES per una modellazione successiva in altri CAD. O più semplicemente per lavorarlo a CNC dato che i files STL non sono mai ben accetti dai sistemi CAM più evoluti.
  Questo tipo di approccio è più indicato per quei tipi di modelli (un ingranaggio ad esempio) ben definibili attraverso forme base tipo parallelepipedi, sfere, coni, cilindri. Decisamente meno per quelle “organiche”, tipo una statua
• Superfici automatiche: quando il modello è troppo complesso, ma non estremamente dettagliato, si ricorre alle superfici automatiche. A patto di avere una mesh curata a dovere, specialmente nei bordi, QuickSurface esegue una conversione ottima in Tspline(modificabile) e poi in Brep automaticamente. Il risultato è una superficie che copia perfettamente la mesh sottostante senza la necessità di impazzire per trovare la giusta combinazione tra schizzi, rivoluzioni, estrusioni e booleane
• Ricostruzione “ibrida”: prende spunto dalla precedente per tutte le parti più “semplici” mentre per i raccordi e forme complesse e più organiche si utilizza la ricostruzione attraverso l’auto surfacing oppure la generazione manuale di superfici sulla mesh. Le due parti si uniscono poi alla fine della modellazione e generano un solido unico
• Superfici manuali: la velocità con cui si possono ricavare delle superfici manualmente con QuickSurface è allucinante. Con due click si riescono a ricreare anche le superfici più complesse perfettamente in tolleranza con la mesh sotto (tutto configurabile). Queste poi potranno essere usate per altri scopi come tagliare altri corpi o unirle ad altre superfici
• 3D sketching legato alla mesh: questo tool è meraviglioso, per chi come me utilizza in Autodesk Fusion il 3D Sketching sa quanto è complesso da padroneggiare. In QuickSurface lo schizzo 3D viene creato direttamente sui punti della mesh ! Poi si potrà chiuderlo con una superficie oppure proiettarlo su un piano per poi realizzarne la maschera 2D da tagliare con il plotter. Esempio ? Un parafango non piano sul quale va applicato un adesivo, con questo sistema è possibile ricreare una dima perfetta di un adesivo che poi si applicherà sul parafango
• Trovare i piani fondamentali, allineare bene, delineare le forme di base per poi passare alla modellazione definitiva con altro CAD

In realtà, per quanto io possa andare avanti a scrivere, è impossibile riassumere il Reverse Engineering in un singolo articolo. Esistono tante tecniche e molte volte l’approccio varia da persona a persona e in base al software che si utilizza. QuickSurface è sicuramente un ottimo alleato per il Reverse Engineering, specialmente per le forme molto complesse. Non nego che per anni ho fatto Reverse esclusivamente con Fusion e Meshmixer ottenendo buoni risultati ma… impiegando forse 7 o 8 volte il tempo che ci avrei messo con QuickSurface.

Il segreto ? Fare Reverse tutti i giorni, disegnare sempre modelli differenti e tentare approcci diversi anche per il medesimo pezzo. Solo così potrai padroneggiare questa “arte” !