Reverse Engineering chirurgischer Schrauben
Für einen Kunden entwickelte MartCad einen neuen Typ chirurgischer Schraube auf Grundlage von drei vorhandenen Schrauben. Jede Referenzschraube besaß ein bestimmtes geometrisches Merkmal, das in den neuen Entwurf übernommen werden sollte.
Von der ersten Schraube wurden der Schraubenkopf und die vorhandene Werkzeugaufnahme übernommen. Eine zweite Schraube diente als Referenz für die gewünschte Gewindegeometrie und Gewindesteigung. Von der dritten Schraube wurde die Geometrie der selbstbohrenden Spitze übernommen.
Die Aufgabe bestand somit nicht darin, ein vorhandenes Bauteil lediglich zu kopieren. Die Geometrien von drei unterschiedlichen Schrauben mussten präzise erfasst, technisch bewertet und zu einem neuen, reproduzierbaren Entwurf zusammengeführt werden.
MartCad übernahm dafür das 3D-Scanning, die geometrische Analyse, die CAD-Rekonstruktion und die Ausarbeitung der Fertigungszeichnungen.
Projektübersicht
Aufgabe: Entwicklung eines neuen Schraubentyps auf Grundlage von drei vorhandenen Referenzschrauben.
Herausforderung: Kombination der Werkzeugaufnahme, der gewünschten Gewindegeometrie und der selbstbohrenden Spitze zu einem technisch stimmigen Entwurf.
Vorgehensweise: 3D-Scanning, Vermessung, geometrische Analyse, CAD-Modellierung und Ausarbeitung von Fertigungszeichnungen.
Ergebnis: ein reproduzierbares 3D-CAD-Modell in mehreren Längen einschließlich technischer Zeichnungen für die weitere Prüfung und Fertigung durch den Kunden.
Die Aufgabenstellung
Der Kunde stellte drei unterschiedliche chirurgische Schrauben zur Verfügung. Keine dieser Schrauben erfüllte für sich allein die gewünschte Kombination von Eigenschaften.
Daher diente jede Schraube als Referenz für einen anderen Bereich des neuen Entwurfs:
- Erste Schraube: Referenz für den Schraubenkopf und die spezifische Werkzeugaufnahme, über die die Schraube mit dem vorhandenen Instrument angetrieben wird.
- Zweite Schraube: Referenz für die gewünschte Gewindegeometrie und Gewindesteigung.
- Dritte Schraube: Referenz für die selbstbohrende Spitze.
Die neue Schraube sollte diese drei geometrischen Merkmale in einem einzigen Entwurf vereinen. Dabei mussten der Übergang vom Schraubenkopf zum Schaft, der Anschluss des Gewindes und die Geometrie der selbstbohrenden Spitze technisch korrekt und reproduzierbar ausgearbeitet werden.
Die technische Herausforderung
Die drei Referenzschrauben unterschieden sich nicht nur in ihrer Funktion, sondern auch in ihren Abmessungen und ihrem geometrischen Aufbau. Die gewünschten Merkmale konnten daher nicht einfach kopiert und miteinander verbunden werden.
Folgende Bereiche mussten zu einem zusammenhängenden Entwurf ausgearbeitet werden:
- Form und Abmessungen des Schraubenkopfes;
- die spezifische Werkzeugaufnahme im Schraubenkopf;
- Außen- und Kerndurchmesser des Gewindes;
- Gewindesteigung und Gewindeprofil;
- der Übergang vom Gewinde zur Spitze;
- die Geometrie der selbstbohrenden Spitze;
- die Übertragbarkeit auf verschiedene Schraubenlängen.
Die Funktion der Werkzeugaufnahme, des Gewindes und der Spitze musste erhalten bleiben, während diese Bereiche geometrisch zu einem neuen Schraubentyp zusammengeführt wurden.
Reverse-Engineering-Prozess
1. 3D-Scanning und Vermessung der Referenzschrauben
Alle drei Schrauben wurden präzise 3D-gescannt und ergänzend vermessen. Dadurch konnten die relevanten geometrischen Merkmale jedes Bauteils digital erfasst werden.
Das 3D-Scanning ermöglichte unter anderem eine genaue Analyse der Kopfform, der Werkzeugaufnahme, des Gewindes, der Übergangsbereiche und der selbstbohrenden Spitze.
Da es sich um kleine und komplexe Freiformgeometrien handelte, lieferte ein vollständiger 3D-Scan deutlich mehr Informationen als einzelne manuelle Messungen.
2. Entwicklung der neuen Schraube
Auf Grundlage der Scandaten und ergänzender Maßaufnahmen wurde ein neues 3D-CAD-Modell erstellt.
In diesem Modell wurden die gewünschten Merkmale der drei Referenzschrauben zusammengeführt:
- der Schraubenkopf mit der vorhandenen Werkzeugaufnahme;
- die ausgewählte Gewindegeometrie und Gewindesteigung;
- die selbstbohrende Spitze der dritten Schraube.
Die unterschiedlichen Geometrien wurden nicht als einzelne Teile aneinandergefügt, sondern als zusammenhängender Schraubenentwurf neu aufgebaut. Dabei wurden die Übergänge zwischen Kopf, Schaft, Gewinde und Spitze sorgfältig modelliert.
Anschließend wurde der Entwurf in mehreren Längen ausgearbeitet, wobei die funktionale Geometrie von Kopf, Gewinde und Spitze unverändert blieb.
3. Ausarbeitung der Fertigungszeichnungen
Nach Fertigstellung des 3D-Modells wurden detaillierte technische Zeichnungen erstellt. Darin sind die relevanten Abmessungen und geometrischen Merkmale für die weitere Prüfung und Fertigung festgelegt.
Die Zeichnungen enthalten unter anderem die Bemaßung des Schraubenkopfes, der Werkzeugaufnahme, des Gewindes, der Spitzengeometrie und der verschiedenen Längenvarianten.
Werkstoffauswahl, Fertigungsverfahren, Validierung und medizinische Zulassung liegen in der Verantwortung des Auftraggebers und des jeweiligen Herstellers.
Ergebnis
Auf Grundlage von drei vorhandenen Referenzschrauben wurde ein neuer Schraubentyp entwickelt.
Het nieuwe ontwerp combineert de specifieke instrumentopname van de eerste schroef, de gewenste schroefdraadgeometrie van de tweede schroef en die selbstbohrende Spitze der dritten Schraube.
Anschließend wurde die Schraube in mehreren Längen modelliert und in technischen Zeichnungen dokumentiert. MartCad lieferte damit ein reproduzierbares 3D-CAD-Modell und einen Zeichnungssatz für die weitere Prüfung und Fertigung durch den Kunden.
Diese Fallstudie zeigt, dass reverse engineering nicht nur dazu dient, ein vorhandenes Bauteil zu kopieren. Durch die Analyse und Kombination geometrischer Merkmale mehrerer Bauteile kann auch ein neues Produkt entwickelt werden.
Weitere Informationen zur digitalen Erfassung komplexer Bauteile finden Sie auf unserer Seite 3D-scannen .
Häufig gestellte Fragen
Warum wurden drei unterschiedliche Schrauben benötigt?
Jede Referenzschraube lieferte ein anderes Merkmal für den neuen Entwurf: die Werkzeugaufnahme, die gewünschte Gewindegeometrie und die selbstbohrende Spitze.
Was ist in dieser Fallstudie der Unterschied zwischen Kopieren und Reverse Engineering?
Es wurde nicht eine einzige vorhandene Schraube kopiert. Die relevanten Geometrien von drei Bauteilen wurden getrennt erfasst und anschließend in einem neuen CAD-Modell zusammengeführt.
Warum eignet sich 3D-Scanning für kleine Schraubengeometrien?
Mit 3D-Scanning lassen sich komplexe Formen, Übergangsbereiche und Freiformgeometrien vollständig digital erfassen. Dies liefert mehr Informationen als einzelne Durchmesser-, Längen- und Steigungsmaße.
Welche Dateien liefert MartCad?
Je nach Auftrag kann MartCad ein 3D-CAD-Modell, verschiedene Produktvarianten und detaillierte technische Zeichnungen liefern.
Ein vorhandenes Bauteil rekonstruieren oder weiterentwickeln?
MartCad unterstützt beim 3D-Scannen, Rekonstruieren und technischen Ausarbeiten vorhandener Bauteile und neuer Produktvarianten.
