Perfekter Sitz aus dem Rechner

Die Nüssli GmbH beauftragte sigma3D mit der Modellierung eines Stadion-Sitzes. Eine in Holz geformte Sitzschale und Lehne waren die Basis. Präzision, Anpassung und perfekten Sitzkomfort brachte sigma3D via Reverse Engineering mit der Rapidform-XOR-Software ein.

Ziel der Nüssli Deutschland GmbH war, einen komfortablen, Platz sparenden Klappsitz zu entwickeln, der auch schick aussieht. Ein Sitzmodell aus Holz hatten die Designer bereits entworfen und getestet. Für die Serienfertigung musste der Sitz allerdings zunächst in ein CAD-Modell transferiert werden. Nüssli beauftragte die sigma3D GmbH mit der Vermessung des aus einer Sitzschale mit Lehne bestehenden Holzmodells und mit dem Aufbau eines parametrischen CAD-Modells. Für diese Aufgabe setzte sigma3D auf die Scan-zu-CAD-Softwarelösung Rapidform-XOR. „Unsere Anforderungen in der Fertigung eines Stadion-Klappsitzes erforderten ein 3D-Modell auf Basis eines Sitzmodells aus Holz“, erinnert sich Christian Funk, Divisionsleitung Event bei Nüssli. Beide Sitzflächen bestehen aus einer Freiformfläche, d. h. sie sind ‚frei Hand’ modelliert worden, damit eine komfortable und ergonomische Sitzform entsteht. Sitzschale und Lehne wurden so designt, dass sie die Anatomie der Oberschenkel und des Rückens des Benutzers optimal nachbilden. Auf der Rückseite der Lehne befindet sich an beiden Seiten eine Aussparung für die Montage an der Tribüne. Der Prototyp ist aus Holz, an einigen Stellen mit Harz ausgebessert und die Farbe wechselt zwischen hellbraun und weiß. Dennoch wurde eine Messgenauigkeit im Ergebnis mit besser als 0,1 mm erwartet. Der Sitz wurde mit einem Faro-Laser-Scanarm vermessen, der berührungslos eine Punktwolke von der Oberfläche der Sitzschale und der Lehne scannte. Das Messziel konnte eingehalten werden.

Vom Laser-Scan zur parametrischen CAD-Datei

Aus den beiden erzeugten Punktwolken wurden zwei Polygonalmodelle generiert, die als Grundlage für den Reverse-Engineering-Prozess dienten. Dafür wurden Sitzschale und Lehne getrennt betrachtet. Für den parametrischen Aufbau des CAD-Modells wurde das Polygonalmodell in Rapidform-XOR importiert und mit dem ‚Mesh Buildup Wizard’ optimiert. Die Sitzschale wurde an einer über beide Außenflächen gebildeten Mittelebene ausgerichtet. Die so definierte Symmetrie-Ebene liegt mittig in der Sitzschale und vereinfachte den Konstruktionsprozess. Dementsprechend wurden sowohl die Sitzschale als auch die Lehne zur Hälfte konstruiert, um im Anschluss um die Symmetrieachse gespiegelt zu werden. Um den weiteren Konstruktionsablauf zu vereinfachen, wurde das Polygonalmodell mit der Funktion ‚Region Group’ in Teilbereiche mit zusammengehöriger Konstruktionsabsicht segmentiert. Die Segmentierung lässt sich in Detailbereichen noch per Hand anpassen. Dies ermöglicht dem Konstrukteur eine automatische Feature-Erkennung durchzuführen. Jede gewünschte Regelgeometrie kann bei diesem Prozess aus dem Polygonalmodell extrahiert werden. Nicht erkannte Bereiche werden als Freiformfläche gruppiert.

Konstruktion des Grundkörpers

Im ersten Schritt wurde der Grundkörper konstruiert. Hierzu wurde die glatte Rückseite als Konstruktionsebene gewählt. Mit der Funktion ‚Mesh Sketch Setup’ wurde mit Hilfe einer Konstruktionsebene eine Polylinie erzeugt. Damit lassen sich parallele Schnitte zur ausgewählten Ebene durch das Polygonalmodell legen. Die so entstandene Polylinie lässt sich über verschiedene Optionen, etwa unter Berücksichtigung einer Formschräge, auf die ausgewählte Ebene projizieren. Durch die gewählte Ausrichtung (Symmetrie-Ebene) lässt sich die Skizze vom Koordinatenursprung aus aufbauen. In dieser Konstruktionsebene wird die Polylinie in einzelne Konstruktionselemente (Gerade, Kreis, Spline) zerlegt. Den Konstruktionselementen werden im Anschluss die entsprechenden Abhängigkeiten (horizontal, vertikal, fix, konzentrisch, tangential, etc.) zugeordnet. Für die volle Definition wurde die Skizze als letztes bemaßt. Parallel zum Konstruktionsprozess zeigt der ‚Accuracy Analyzer’ die Einhaltung der Toleranzvorgaben zu den Messdaten an. Das Ergebnis dieser Skizze ist ein geschlossenes Profil für die Extrude-Funktion. Der CAD-Körper wurde in Richtungen der Sitzfläche ausgetragen.

Die Sitzfläche wurde durch eine erzeugte Freiformfläche aus der ‚Region Group’-Funktion gekennzeichnet. Mit der Flächen-Funktion ‚Mesh Fit’ wird eine CAD-Fläche bestmöglich an eine vorhandene Polygonalmodell-Oberfläche angepasst. Die Berechnung der CAD-Fläche lässt sich über zwei Berechnungs-Algorithmen steuern. „Rapidform-XOR ermöglicht es mir als Designer die CAD-Fläche der Sitzfläche optimal an die Scan-Daten anzupassen“, erklärt Nikolai Polkowski, sigma3D-Application-Engineer. Die erzeugte Oberfläche für den Sitz wurde schließlich über den CAD-Körper hinaus vergrößert und anschließend verschnitten. Bei der Lehne wurde noch ein weiterer Schritt durchgeführt. Für die Konstruktion der Aussparungen wurde eine Skizze auf der Solid-Rückseite eingefügt und die Polylinie der Aussparung projiziert. Für die ‚Extrude’-Funktion wurde die Konstruktionselemente erzeugt und zu einer bemaßten Profillinie verschmolzen. Danach wurde der Aussparungs-Solid vom Grundkörper abgezogen.

Im zweiten Schritt wurden die Verrundungen an dem Solid angebracht. Mit der Funktion Fillet lassen sich die Solid-Kanten entsprechend Ihres Radius kombiniert auswählen und verrunden. Eine Funktion bietet die Möglichkeit, den Verrundungsradius aus dem Polygonalmodell zu extrahieren. Die Tangentenfortsetzung der Verrundung ist auch enthalten.

Nachdem die eine Hälfte der Sitzschale konstruiert war, wurde im letzten Schritt der Solid an der Symmetrie-Ebene gespiegelt und anschließend die Verrundung auf der Rückseite angebracht. Mit der Boolean-Funktion wurden dann beide Körper verschmolzen. Christian Funk war mit dem Ergebnis vollauf zufrieden: „Unsere Anforderung wurde mit der angebotenen Lösung von sigma3D unter Einsatz der Software Rapidform XO Redesign optimal erfüllt.“ Die Anbinde-Punkte zur Sitzbank sind durch den parametrischen Aufbau der CAD-Daten noch modifizierbar. Dies war mit den bisher eingesetzten Techniken nicht möglich.W

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