Voronoi-Diagramme sind eine faszinierende Möglichkeit, geometrische Formen zu erstellen, die aus einer Sammlung von Punkten oder Objekten generiert werden. Diese Diagramme finden in vielen verschiedenen Anwendungen Verwendung, von der Architektur bis hin zur Biologie. Aber wussten Sie, dass Sie Voronoi-Diagramme auch nutzen können, um einzigartige Ostereier oder einen Voronoi-Osterhasen zu gestalten?
Der Voronator
Eine der besten Möglichkeiten, Voronoi-Diagramme zu erstellen, ist der Voronator. Der Voronator ist eine Open-Source-Software, die auf GitHub verfügbar ist und Ihnen ermöglicht, Voronoi-Diagramme auf Basis von 3D-Modellen zu erstellen. Mit dieser Software können Sie ein einzigartiges Osterei oder einen Voronoi-Osterhasen erstellen, der Ihre Freunde und Familie beeindrucken wird.
Um den Voronator zu nutzen, benötigen Sie zuerst ein 3D-Modell eines Osterhasen. Hierfür können Sie entweder ein Modell selbst erstellen oder ein fertiges Modell aus einer Bibliothek verwenden. Der vermutlich bekannteste Hase ist der Standford Bunny.
Sobald Sie ein 3D-Modell haben, können Sie es in den Voronator importieren und den Voronoi-Algorithmus anwenden. Der Voronoi-Algorithmus erstellt ein Netzwerk von Polyedern, die die Oberfläche des Modells in einzigartige geometrische Formen unterteilen. Das Ergebnis ist ein einzigartiges Osterei oder ein Voronoi-Osterhase, der perfekt zu Ostern passt.
Der Voronator ist eine Web-basierte Anwendung und kann auf der offiziellen Voronator-Website kostenlos verwendet werden. Die Website bietet auch eine Reihe von Beispielmodellen, mit denen Sie Ihre Voronoi-Diagramme testen und ausprobieren können.
Voronoi Bunny
Weitere Tools
Es gibt auch andere Tools, mit denen Sie Voronoi-Diagramme erstellen können, wie z.B. Rhino und Grasshopper oder Blender. Wenn Sie mit der 3D-Modellierung vertraut sind, können Sie diese Software auch verwenden.
Das Erstellen eines Voronoi-Osterhasen ist nicht nur eine kreative Möglichkeit, Ostereier auf eine neue Art und Weise zu gestalten, sondern auch eine großartige Möglichkeit, die Fähigkeiten in der 3D-Modellierung und -Gestaltung zu verbessern. Probieren Sie es aus und beeindrucken Sie Ihre Freunde und Familie mit einem einzigartigen Voronoi-Osterhasen in diesem Jahr!
3D-Druck Voronoi Bunny
Der Voronoi Hase ist nicht einfach zu drucken! Am besten wird das mit den HP Multi Jet Druckern funktionieren. Ein Dienstleister bei dem Sie das Molde Drucken lassen können ist Xometrie. Die Kosten für den Hasen in PA12 liegen bei ca. 70€.
Happy Easter – Happy Scanning – Happy Printing
Hier sind einige Links, die Ihnen bei der Erstellung Ihres Voronoi-Osterhasen helfen können:
Von Kabelleger – Eigenes Werk, also available at https://bahnbilder.ch/picture/24429, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=52453619
Die Montreux-Berner Oberland-Bahn, abgekürzt MOB, ist eine Schweizer Bahngesellschaft, die als Eisenbahnverkehrsunternehmen und als Eisenbahninfrastrukturunternehmen handelt. Für die Modernisierung und Erweiterung eines Reparaturzuges wurden wir beauftragt einen 3D-Scan zu erstellen.
Projekt Realisierung
Für die Modernisierung eines Reperaturzuges haben wir einen 3D-Scan des Zuges erstellt. Um diese Daten für den Kunden nutzbar zu machen, wurden eine Reihe von Zielen definiert, an denen sich die Umsetzung orientiert hat.
Projektziele
Der Zug soll von Innen und von Außen, möglichst komplett, und in hoher Auflösung mit dem Scanner erfasst werden
Die Scandaten sollen im CAD-System Autodesk Inventor der MOB nutzbar sein
Einzelne Bereiche sollen per Reverse-Engineering als CAD Daten bereitgestellt werden
Die Daten sollen für das CAD-System so strukturiert werden, dass es einfach ist Updates zu integrieren
Es muss sichergestellt sein, dass auch Bereiche, die nicht gescannt wurde später nacherfasst werden können
Diese Ziele sind nicht einfach unter einen Hut zu bringen.
Setup für das Scanning
Reparaturzug auf der Grube
Bei einem Objekt dieser Größe, ist der Einsatz von einem Handgeführten 3D-Scanner, wie dem MetraScan oder dem HandyScan nicht mehr wirtschaftlich durchführbar. Im Architekturbereich werden Terrestrische-Scanner eingesetzt. Mit diesen Scannern können Objekte dieser Größe problemlos gescannt werden. Diese Scanner haben aber nicht die Auflösung, die für ein Reverse-Engineering benötigt wird und systembedingt werden in Bereichen, wo es „eng“ wird, oft nicht alle Bauteile erfasst.
Vom Grundsatz wäre zwei unterschiedliche Ansätze denkbar gewesen.
Kombination von Photogrammetrie und Hand-Scanner
Creaform bietet mit dem MaxShot ein Photogrammetrie System an, mit dem bei sehr großen Bauteilen die Targets mit einer speziellen Kamera eingemessen werden. Damit erreicht man auch bei sehr großen Bauteilen einen sehr kleinen Fehler von 0,02mm / Meter. In unserem Fall hätten wir damit eine Längenfehler von ca. ±0,5mm bei einer Distanz von 24m erhalten. Nachteilig ist dabei, dass das scannen mit dem Handscanner sehr lange gedauert hätte.
Kombination von Hand-Scanner und Terrestrische-Scanner
Der Teristische-Scanner hat einen größeren Fehler, der bei ca. ±5mm bei einem Objekt dieser Größe liegt. Der Vorteil ist aber, dass wir „nebenbei“ alle Flächen erfassen. Das sind insbesondere die großen Flächen von Außen, der Boden und die Decke in der Kabine. Diese haben wenig Details und müssen daher nicht mit dem Handscanner erfasst werden. Die 3D-Scans, die mit dem Handscanner erstellt wurden können nun problemlos in den Gesamtscan eingepasst werden. Was bedeutet das nun für die Genauigkeit? Von Puffer zu Puffer haben wir einen Längenfehler von ±5mm. In den Bereichen, die mit dem Hand-Scanner aufgenommen wurde liegt die Genauigkeit deutlich im Submilimeter-Bereich.
Bei der gegebenen Aufgabenstellung haben wir uns für die Kombination aus Terrestrischem und Hand-Scanner entschieden.
Im ersten Schritt wurden alle Daten aus dem Terrestrischen-Scanner „registriert“. Das heißt die einzelnen Punkte-Wolken worden zueinander ausgerichtet. Die ausgerichteten Daten wurden dann als Punktwolke in das Design X importiert. Dort wurde aus den Punkten ein Dreiecksnetz erstellt. An diesem Netz wurden die Daten des Handscanners ausgerichtet. Nun sind alle Daten in einem gemeinsamen Koordinatensystem.
Diese Daten direkt in ein CAD-System zu importieren ergibt keinen Sinn, da es dazu führen wird dass das System komplett überlastet ist. Daher wurden die Daten adaptiv vernetzt und dann in technisch sinnvolle Bereiche zerlegt. Der Konstrukteur kann sich nur die benötigten Daten einblenden und diese im CAD-System nutzen.
Einige Bereiche wurden direkt nach dem Scan, durch ein Reverse-Engineering, in Design X als CAD-Geometrie erstellt. Diese Daten wurden so in einer Baugruppe angelegt, dass es jederzeit möglich ist neue Scandaten in höherer Auflösung oder weitere Komponenten als CAD-Daten zu liefern.
In dem Bild sind die Scandaten in grau und die CAD-Geometrie in grün dargestellt.
Scandaten und Reverse-Engineering eines Racks
Für uns ist das ein Szenario, wie es häufig vorkommt. Wir erstellen vorhanden Geometrie aus den Scandaten und der Kunden nutzt diese Daten um die neuen System selber zu integrieren.
Wie detailliert kann die Auflösung werden?
Der Handscanner schafft eine Auflösung von bis zu 0.1mm. Das sind dann 200 Dreiecke pro Quadratmillimeter! In dem Bild unten sieht man einen Handhebel, der mit 0,75mm aufgelöst wurde. Das ist für die meisten Aufgaben aus dem Reverse-Engineering mehr als genug. Damit lassen sich selbst Kabel in Schaltschränken abbilden.
Detail Scan
Ist das das Ende der Fahnenstange
The Sky is the Limit – sagt man im englischen. In der Praxis sind die Mittel – Geld und Zeit – knappe ressourcen. Was man noch besser machen kann?
Farbige Scans erstellen. Das sieht hübsch aus und ergibt bei einem Schaltschrank mit farbcodierten Kabeln auch Sinn.
Man könnte länger und von allen Seiten scannen, dann wären weniger Löcher im Scan.
Man kann nach dem Scan von Fußboden und Decke diese Demontieren, um den Zwischenraum zu scannen.
Am Ende treibt das die Zeit und die Kosten massiv nach oben. Nach dem Pareto Prinzip steck man bei der 80%/20% Regel in die letzten 20% dieselbe Menge an Ressourcen wie für die ersten 80%.
Kosten Zeit und Nutzen
Fahrgestell
Für den Scan so wir er hier vorgestellt wird muss man für das Scannen mit ca. 4 Tagen Rechnen. Für die Bereitstellung der Daten im CAD System fallen ca. 5 Tage an. Der Aufwand für das Reverse-Engineering hängt direkt mit dem Anzahl der Komponenten zusammen, für die ein Reverse-Engineering benötigt wird.
Bei den Kosten muß man bei so einem Umfang mit ca. ±10’000€ rechnen.
Der Nutzen für den Kunden muß die Kosten wesentlich übertreffen.
Welchen Nutzen hat der Kunde?
Was offensichtlich ist, eine Maßaufnahme wie Sie sonst erforderlich ist, kann wegfallen
Kollisionen, mit vorhandenen Komponenten fallen bereits bei der Konstruktion auf
Die ganz Konstruktion kann deutlich dichter erfolgen, da der Bauraum präzise erfasst wurden
Bei Abstimmungen mit der Produktion, dem Kunden muß nicht lange erklärt werden wo sich Konstruktion im Raum befindet
Bei weiteren Projekten können diese Daten wieder verwendet werden
Ausblick für andere Systeme
Es gibt eine Reihe von weiteren Systemen, bei denen wir die Kombination aus verschiedenen Messsystemen bereits eingesetzt haben.
Für den Umbau von Passagierflugzeugen werden die Daten der bestehenden Kabine benötigt
In dem Video seht ihr den Ablauf, wie er für die Systemintegration durchgeführt wird. Ziel ist es dabei die Umgebung mit einem 3D-Scanner zu erfassen und diese für die Einpassung einer neuen Komponente zu verwenden. Das Video zeigt einen sehr einfachen Fall. Den Handyhalter habe ich für mich erstellt.
In der industriellen Anwendung findet man dieses Vorgehen sehr häufig.
Integration einer Elektronikbox in ein Flugzeug
Integration einen Antennen in einem Zug
Integration einer Vorrichtung in eine Werkzeugmaschine
Modifikation an einem Kommunalfahrzeug
Integration von Funktionskomponenten an einem Panzer
Panzern von PKW’S
Entwicklung von neuen Auspuffanlagen
Umbau eines Baustellenfahrzeuges zu einem Zwei-Wege-Fahrzeug Straße, Schiene
Diese Liste kann beliebig lang fortgesetzt werden!
In vielen Fällen liefern wir dabei nur wenig CAD-Geometrie und der Kunde führt die Entwicklung selber durch. Dabei wird der Konstrukteur durch die 3D-Scandaten im CAD-System unterstützt.
