fbpx

Reverse Engineering w praktyce

Zaczęło się od chemii

W listopadzie ubiegłego roku grupa chemików obsługujących cyklotron przy produkcji radiofarmaceutyków w cleanroomie[1] zgłosiła Grupie Sygnis potrzebę odtworzenia uszkodzonego elementu uchwytu drzwi śluzy podawczej.

Dlaczego ten element jest tak ważny? Pozwala na domknięcie i uszczelnienie śluzy – jest mocowaniem dźwigni domykającej, dzięki której w cleanroomie może zostać zachowany odpowiedni poziom sterylności. Innymi słowy, bez tej prostej części cały skomplikowany mechanizm stałby się bezużyteczny.

[1] Pomieszczenie o kontrolowanych parametrach środowiskowych.

 

zdjęcie cleanroom na Uniwersytecie Warszawskim, dla którego za pomocą reverse engineering, inżynieria odwrotna, Sygnis New Technologies odtworzył ważny element do prowadzenia badań
Zdjęcie 1. Cleanroom na wydziale Chemii UW
Źródło: Sygnis New Technologies

Nic nie trwa wiecznie

Co dokładnie spotkało omawiany element? Zużycie eksploatacyjne – pękł w wyniku pracy zgodnej z przeznaczeniem. W środku elementu mocowany jest pręt, którym domykamy śluzę podawczą, obracając nim. Z powodzeniem pełnił swoją funkcję przez wiele lat.

W ten sposób trafił on w ręce technologa Grupy Sygnis, który po krótkim omówieniu problemu przystąpił do pracy w celu odtworzenia elementu. Głównym zagadnieniem było pytanie w jakim stopniu można ten element optymalizować pod druk 3D, a gdzie musi pozostać on niezmienny. Model został odtworzony w programie do projektowania, dzięki wcześniejszemu wykonaniu podstawowych pomiarów. Na jego podstawie powstał wydruk próbny wykonany z PLA na drukarce Flashforge. Wydruk powstał, aby sprawdzić czy model odpowiada wymaganym rozmiarom.

zdjęcie uszkodzonego elementu, odtworzonego dzięki reverse engineering przez SYGNIS NEW TECHNOLOGIES
Zdjęcie 2. Uszkodzony element
Źródło: Sygnis New Technologies

Zastosowanie inżynierii odwrotnej

Wszystko wymaga jednak sprawdzenia. Kolejnym etapem projektu było dokładne zbadanie jak prezentują się chropowatości powierzchni. Było to bardzo istotne, ponieważ dzięki temu można było zweryfikować dokładnie wymiary względem modelu .stl oraz dokładne wymiary względem samego oryginału. W tym celu włączony do gry został specjalistyczny sprzęt pomiarowy.

W tym przypadku idealnym rozwiązaniem okazało się użycie maszyny dostarczonej przez Optotom – firmę prowadzącą sprzedaż oraz wsparcie merytoryczne przy wyborze systemów do badań metalograficznych oraz kontrolno-pomiarowych. Sensofar S-Wide, bo o nim mowa, to dedykowany system przeznaczony do szybkiego pomiaru dużych powierzchni próbek nawet do 300 x 300 mm. Zapewnia wszystkie korzyści mikroskopu cyfrowego zintegrowanego z przyrządem pomiarowym o wysokiej rozdzielczości. Dzięki niezwykłej łatwości w użyciu, okazał się być strzałem w dziesiątkę, zwłaszcza w sytuacji gdzie czas liczył się najbardziej.

zdjęcie meikroskopu S-Wide Sensofar, dzięki któremu zostały przeprowadzone pomiary uszkodzonego elementu, odtworzonego dzięki Reverse Engineering
Zdjęcie 3. Mikroskop S-Wide
Źródło: Sygnis New Technologies

Czym jest profilometr S-Wide i jak działa?

Zapytaliśmy Mariusza Władowskiego, specjalistę ds. mikroskopii konfokalnej: 

Sygnis: – Czym jest profilometr S-Wide i jak działa?

Mariusz Władowski: – System ten mierzy i charakteryzuje powierzchnie trójwymiarowe za pomocą technologii projekcji prążków. Zapewnia on wszystkie zalety mikroskopu cyfrowego zintegrowanego z przyrządem pomiarowym o wysokiej rozdzielczości. Oferuje powtarzalność pomiarów wysokości z dokładnością do mikrometra, a także jednorazowy pomiar wysokości do 40mm bez konieczności skanowania w osi Z. Bardzo małe zniekształcenia są osiągane dzięki zastosowaniu soczewek bitelecentrycznych, zapewniających dokładną metrologię. Każdy system S-Wide jest sprawdzany przy użyciu najnowszych standardów światowych zgodnych z ISO 25178 i VDI 2634-2.

Sygnis: – Jak w takim razie wygląda integracja urządzenia z etapem prototypowania na drukarkach 3D?

W połączeniu z odpowiednim oprogramowaniem, S-Wide może być wykorzystany nie tylko do zbierania i obróbki danych powierzchniowych, ale również do odtwarzania produktów poprzez dostarczenie odpowiednich danych do np. drukarek 3D. Znajduje on więc doskonałe zastosowanie w rozwijającej się w ostatnich latach dziedzinie inżynierii odwrotnej – wyjaśnił Mariusz Władowski z Optotom.

proces pomiaru uszkodzonego elementu odtworzonego przez reverse engineering, inżynieria odwrotna, przez Sygnis New Technologies
Zdjęcie 4. Proces pomiaru
Źródło: Sygnis New Technologies

Kopia lepsza od oryginału?

Posiadając dokładne dane, potwierdzające zasadność wykorzystania wydruku 3D jako zamiennika, można było niezwłocznie rozpocząć pracę nad wykonaniem kopii. Do tego celu użyliśmy drukarki 3D Apium P220. Jej specjalne cechy konstrukcji umożliwiają druk wysokiej jakości z jeszcze do niedawna nieosiągalnych dla tej technologii materiałów konstrukcyjnych. Ze względu na fakt, że element musi wytrzymać obciążenie promieniowe – działanie na niego siłą przy zamykaniu śluzy podawczej, oraz musi wytrzymać różne formy dezynfekcji i sterylizacji, został on wykonany z materiału PEEK.

inżynieria odwrotna za pomocą drukarki 3D Apium
Zdjęcie 5. Drukarka Apium P220
Źródło: Apium

Dlaczego wybrano akurat ten materiał? Na to pytanie odpowiada Ewelina Zaremba, Chief Technology Officer w Grupie Sygnis – Element z PLA czy ABS nie wytrzymałby warunków pracy. Zdecydowaliśmy się na pracę z materiałem PEEK na drukarce Apium P220 głównie ze względu na możliwość uzyskania wydruku z tolerancjami dokładnie takimi, jak wydruk na drukarce FDM z najprostszego w druku materiału PLA. Wydruk próbny, jak i wydruk testowy, można było stworzyć na dokładnie tym samym modelu, bez poprawek uwzględniających zmianę materiału czy maszyny. Znacznie ułatwiło to pracę prototypową, zważając na koszty związane z materiałem PEEK.

przykładowe wydruki elementów drukarki 3D Apium, inżynieria odwrotna
Zdjęcie 6. Przykładowe wydruki z Apium P220
Źródło: Apium

Czas na kontrolę jakości

Ostatnim etapem było ponowne zrobienie pomiarów, tym razem na finalnym elemencie wydrukowanym z PEEK. Pomiar pozwolił upewnić się czy wydruk spełnia wszelkie wymagane kryteria. W teorii głównym problemem, jaki mógłby pojawić się na tym etapie, byłyby same właściwości materiałów. Wydruki z PEEK potencjalnie mogą ulegać skurczeniu, co wpłynęłoby na pracę elementu. Pomiary potwierdziły jednak, że wydruk z PEEK cechuje się zgodnością z dokładnościami odpowiadającymi wydrukowi z PLA, dzięki czemu można bez problemu prototypować z użyciem PLA, by dopiero docelowy element wydrukować z PEEK. Proces pomiaru widoczny jest na zdjęciu nr. 7 znajdującym się poniżej, a raporty z całego procesu są dostępne do pobrania.

inżynieria odwrotna i kontrola jakości za pomocą mikroskopu Sensofar S-Wide
Zdjęcie 7. Kontrola jakości
Źródło: Sygnis New Technologies

Konkluzja

Koordynacja pracy maszyn pozwoliła na szybkie rozwiązanie problemu, czego efektem jest działający mechanizm, który będzie służył przez lata. Samo wykonanie elementu z użyciem drukarki Apium P220 odbyło się w ekspresowym tempie. Poświęcono 1,5h na stworzenie modelu z optymalizacją pod druk 3D, 2h na dwa wydruki próbne z PLA, 4h na wydruk z PEEK oraz 20 min na jego obróbkę. Całość zajęła więc zaledwie kilka godzin, co idealnie wpisuje się w etykę procesu Rapid Prototypingu, jednej z mocnych stron Grupy Sygnis.

Sensofar S-Wide świetnie sprawdza się do pomiarów geometrii elementów bardziej skomplikowanych, gdzie wymiary trudno jest określić za pomocą podstawowych narzędzi i gdzie element jest tak mały, że niełatwo go zeskanować skanerem 3D.

inżynieria odwrotna, finalny krok, wydrukowany element za pomocą reverse engineering
Zdjęcie 8. Finalny wydruk z PEEK
Źródło: Sygnis New Technologies

Po więcej szczegółów na temat maszyn użytych przy projekcie zapraszamy do kontaktu z naszymi ekspertami w dziedzinie druku 3D oraz specjalistami z firmy Optotom, która zapewniła nam dostęp do cyfrowego mikroskopu pomiarowego 3D oraz wsparła ekspertyzą i analizą wyników.

Ewelina Zaremba,

Ewelina Zaremba
Chief Technology Officer
ewelina.zaremba@sygnis.pl

Mariusz Władowski Specjalista ds. Mikroskopii Konfokalnej firmy Optotom

Mariusz Władowski
Specjalista ds. Mikroskopii Konfokalnej
mariusz.wladowski@optotom.pl