Integração do SCANTECH NimbleTrack e do PolyWorks para digitalização, controlo dimensional, engenharia inversa e desenvolvimento de metodologias de ensaio
A indústria das bicicletas atravessa uma transformação tecnológica significativa.
O crescimento das e-bikes, cargo bikes, bicicletas de utilização urbana, soluções de logística de última milha e novos conceitos de micromobilidade está a aumentar a complexidade técnica dos produtos e dos respetivos componentes.
Os fabricantes têm hoje de conciliar requisitos muitas vezes contraditórios: reduzir massa, aumentar rigidez, garantir resistência à fadiga, melhorar o comportamento dinâmico, integrar sistemas elétricos, assegurar compatibilidade entre componentes e cumprir requisitos de segurança e desempenho.
Neste contexto, a validação geométrica deixou de ser apenas uma atividade final de controlo da qualidade. Passou a fazer parte do próprio processo de engenharia.
Foi com este enquadramento que a NM3D Ibérica forneceu à BIKiNNOV – Bike Value Innovation Center uma solução integrada constituída pelo sistema de digitalização 3D SCANTECH NimbleTrack e pela plataforma de metrologia PolyWorks.
A combinação destas tecnologias permite construir um fluxo de trabalho completo, desde a aquisição da geometria física até à análise dimensional, comparação com CAD, documentação técnica e engenharia inversa.
Mais do que fornecer equipamentos e software, a NM3D e a BIKiNNOV mantêm uma estreita colaboração técnica, orientada para a aplicação prática da metrologia 3D às necessidades específicas dos fabricantes de bicicletas, e-bikes, cargo bikes, componentes e sistemas de mobilidade.
Esta colaboração procura apoiar o setor na definição de procedimentos de medição e na criação de metodologias de ensaio adaptadas às geometrias, materiais, processos de fabrico e condições de utilização próprias destes produtos.
O Desafio Técnico da Indústria das Bicicletas
Uma bicicleta é um sistema mecânico constituído por múltiplos elementos estrutural e funcionalmente interdependentes.
O comportamento do produto final depende da relação entre o quadro, garfo, rodas, sistema de direção, travagem, transmissão, suspensão, pontos de fixação e interfaces de montagem.
Nas e-bikes e cargo bikes, a complexidade aumenta devido à integração de motores, baterias, sistemas eletrónicos, estruturas de carga, mecanismos de inclinação, suspensões específicas e geometrias de direção diferenciadas.
Os Componentes Apresentam Frequentemente:
• estruturas tubulares soldadas;
• superfícies orgânicas e secções de geometria variável;
• componentes maquinados com tolerâncias funcionais;
• peças forjadas, fundidas, injetadas ou impressas em 3D;
• laminados em fibra de carbono e outros compósitos;
• interfaces de montagem distribuídas por diferentes planos;
• zonas de difícil acesso;
• requisitos de alinhamento entre eixos;
• deformações introduzidas durante soldadura, cura, maquinagem ou montagem;
• alterações geométricas após ensaios de fadiga, carga estática ou impacto.
A medição convencional por pontos pode ser insuficiente para caracterizar integralmente este tipo de produto.
A digitalização 3D permite adquirir milhares ou milhões de pontos sobre a superfície do componente, produzindo uma representação digital completa da geometria real.
Uma solução integrada: NimbleTrack e PolyWorks
The solution implemented at BIKiNNOV combines two complementary elements.
SCANTECH NimbleTrack: Aquisição Tridimensional
O NimbleTrack permite digitalizar componentes de forma portátil e flexível, reduzindo as limitações associadas a cabos, movimentação de peças ou preparação complexa do espaço de medição.
O Sistema pode ser Utilizado para Adquirir Geometrias de:
• quadros completos;
• triângulos dianteiros e traseiros;
• garfos rígidos ou com suspensão;
• escoras e braços estruturais;
• guiadores, avanços e espigões;
• rodas, aros e cubos;
• cranques e componentes de transmissão;
• suportes de motor e interfaces de bateria;
• porta-bagagens e estruturas de carga;
• chassis e módulos de cargo bikes;
• componentes plásticos ou metálicos;
• moldes, ferramentas e dispositivos de controlo;
• protótipos funcionais;
• componentes em materiais compósitos.
A aquisição tridimensional pode ser efetuada em diferentes fases do desenvolvimento: protótipo inicial, primeira peça, pré-série, produção, montagem ou após ensaio.
PolyWorks: Tratamento, Controlo e Engenharia Inversa
Os dados adquiridos pelo NimbleTrack são utilizados no PolyWorks para transformar a digitalização numa ferramenta efetiva de engenharia e controlo da qualidade.
O Fluxo de Trabalho pode Incluir:
• importação e organização da nuvem de pontos ou malha poligonal;
• definição do sistema de coordenadas da peça;
• alinhamento por referências funcionais, elementos geométricos ou superfícies;
• alinhamentos RPS, por datums ou best-fit controlado;
• comparação entre a geometria medida e o modelo CAD nominal;
• mapas cromáticos de desvios;
• análise de perfis e secções;
• extração de círculos, cilindros, planos, eixos e outras geometrias;
• medição de distâncias, diâmetros, ângulos e posições;
• avaliação de planicidade, perpendicularidade, paralelismo e coaxialidade;
• análise de interfaces funcionais;
• comparação entre peças ou diferentes estados do mesmo componente;
• criação de relatórios dimensionais;
• construção de modelos repetíveis de inspeção;
• reparação e otimização de malhas;
• reconstrução de superfícies para engenharia inversa;
• geração de geometria utilizável em processos CAD, CAE ou fabrico.
Esta integração cria continuidade entre a peça física, a informação metrológica e os processos digitais de desenvolvimento de produto.
Metodologia 1 — Validação Geométrica de Quadros
A geometria do quadro influencia diretamente a montagem, o comportamento dinâmico, a ergonomia, a estabilidade e a compatibilidade com os restantes componentes.
A Digitalização 3D permite Controlar Parâmetros como:
• posição relativa do tubo de direção;
• alinhamento do eixo pedaleiro;
• posição e orientação dos dropouts;
• distância entre eixos;
• simetria do triângulo traseiro;
• alinhamento dos pontos de fixação;
• posição das interfaces de amortecedores;
• geometria das escoras;
• alinhamento de suportes de travão;
• posição de fixações de motores e baterias;
• desvios introduzidos pela soldadura;
• deformações resultantes de tratamentos térmicos;
• conformidade global com o CAD.
Em vez de analisar apenas algumas cotas isoladas, o fabricante pode visualizar a distribuição global dos desvios através de mapas cromáticos e secções tridimensionais.
Isto facilita a identificação de tendências de processo, deformações sistemáticas e zonas críticas.
Metodologia 2 — Comparação Antes e Depois de Ensaios
Uma das aplicações mais relevantes da solução NimbleTrack–PolyWorks é a comparação geométrica do componente em diferentes estados.
Um quadro, garfo, guiador, roda ou estrutura de carga pode ser digitalizado antes de um ensaio, criando um estado geométrico inicial de referência.
Após o ensaio, o componente é novamente digitalizado com o mesmo procedimento.
O PolyWorks permite então Comparar os dois Estados e Quantificar:
• deformação residual;
• deslocação de interfaces;
• variação de alinhamento;
• rotação de elementos;
• empeno de superfícies;
• ovalização de secções;
• alteração da distância entre pontos funcionais;
• deformação de zonas soldadas;
• perda de simetria;
• encurvadura local;
• alterações junto a ligações, reforços ou pontos de carga.
Esta metodologia pode complementar a instrumentação convencional utilizada em ensaios estáticos, dinâmicos, de fadiga ou impacto.
Traditional sensors provide localised information during the test. After testing, 3D digitisation makes it possible to analyse the component's overall geometric change.
A combinação das duas abordagens produz uma leitura mais completa do comportamento do produto.
Metodologia 3 — Apoio ao Desenvolvimento de e-bikes
As bicicletas com assistência elétrica apresentam desafios adicionais de integração mecânica.
O motor, a bateria, a cablagem e os sistemas de controlo têm de ser incorporados sem comprometer a rigidez, resistência, ergonomia, dissipação térmica, manutenção ou montagem.
A Digitalização 3D Pode Apoiar:
• validação da interface do motor com o quadro;
• controlo da posição dos pontos de fixação;
• análise do alojamento da bateria;
• verificação das folgas disponíveis;
• estudo de interferências entre componentes;
• controlo de suportes e tampas;
• validação de peças maquinadas ou fundidas;
• digitalização de motores e baterias para estudos de packaging;
• análise da montagem entre quadro, transmissão e unidade motriz;
• desenvolvimento de proteções e componentes personalizados;
• validação de protótipos fabricados por impressão 3D.
A informação digitalizada pode ser utilizada para comparar o produto real com a definição nominal ou para criar uma base geométrica quando o CAD original não está disponível.
Metodologia 4 — Cargo bikes e Estruturas de Carga
As cargo bikes estão sujeitas a condições particulares de carga, distribuição de massa, estabilidade e utilização.
A presença de plataformas, caixas, sistemas de suspensão, articulações, mecanismos de inclinação ou múltiplas rodas cria novos desafios de medição.
Nestes Produtos, a Solução pode ser Utilizada para:
• controlar a geometria do chassis;
• verificar o alinhamento das rodas;
• analisar a posição dos eixos;
• validar geometrias de direção;
• controlar estruturas de carga;
• medir interfaces de módulos e acessórios;
• analisar sistemas de inclinação;
• avaliar alterações geométricas após ensaios;
• controlar estruturas soldadas de maior dimensão;
• verificar a montagem de suspensões;
• analisar folgas e interferências;
• comparar diferentes configurações de carga.
Nos sistemas de direção mais complexos, pequenas variações na posição dos pivôs, tirantes ou eixos podem alterar o comportamento do veículo.
A digitalização 3D permite caracterizar a geometria montada e compará-la com a intenção de projeto.
Metodologia 5 — Componentes em Fibra de Carbono e Compósitos
Os materiais compósitos permitem criar componentes leves, rígidos e com geometrias otimizadas, mas apresentam desafios específicos de fabrico e controlo.
A Digitalização Pode Apoiar a Análise de:
• quadros em carbono;
• garfos;
• guiadores;
• espigões;
• rodas;
• componentes aerodinâmicos;
• peças fabricadas por moldação;
• moldes e ferramentas;
• protótipos de novos laminados.
Entre as Aplicações Possíveis Encontram-se:
• comparação da superfície exterior com o CAD;
• controlo de deformações após desmoldagem;
• validação da geometria de moldes;
• análise da linha de separação;
• verificação de interfaces maquinadas;
• comparação entre cavidades ou ferramentas;
• controlo de peças antes e depois de ensaios;
• geração de modelos digitais para redesign.
A análise dimensional não substitui os métodos de inspeção interna ou de caracterização do material. Complementa-os, fornecendo informação geométrica sobre a forma exterior, interfaces e deformações do componente.
Metodologia 6 — Engenharia Inversa e Componentes Sem CAD
Na indústria das bicicletas, é frequente ser necessário trabalhar com componentes antigos, amostras físicas, produtos de fornecedores ou peças cujo modelo CAD não está disponível ou não corresponde à versão fabricada.
Nestes casos, o NimbleTrack permite adquirir a geometria física e o PolyWorks apoiar a preparação do modelo digital.
O Processo pode Incluir:
1. digitalização integral do componente;
2. limpeza e otimização da malha;
3. correção de pequenas falhas de digitalização;
4. definição dos elementos geométricos funcionais;
5. reconstrução de superfícies;
6. criação de secções;
7. extração de curvas e contornos;
8. reconstrução NURBS;
9. transferência do modelo para CAD;
10. validação do novo modelo contra a digitalização original.
Este processo pode ser utilizado para desenvolver:
• componentes de substituição;
• adaptações;
• acessórios;
• dispositivos de montagem;
• ferramentas;
• proteções;
• interfaces para sensores;
• evoluções de produto;
• versões personalizadas.
Metodologia 7 — Industrialização e Controlo de Processo
A digitalização 3D também pode apoiar a transição do protótipo para a produção.
Durante a industrialização, é possível comparar diferentes peças e identificar variações relacionadas com:
• fornecedores;
• lotes de matéria-prima;
• dispositivos de soldadura;
• parâmetros de processo;
• tratamentos térmicos;
• ferramentas de conformação;
• moldes;
• operações de acabamento;
• sequências de montagem.
O PolyWorks permite preparar projetos de inspeção reutilizáveis, mantendo alinhamentos, características, tolerâncias e relatórios.
Desta forma, uma metodologia desenvolvida durante a fase de protótipo pode ser adaptada ao controlo da primeira peça, pré-série ou produção.
A Repetibilidade do Processo de Análise é Particularmente Importante quando se Pretende Comparar:
• várias unidades do mesmo modelo;
• diferentes versões do produto;
• peças de fornecedores distintos;
• componentes antes e depois de alterações no processo;
• protótipos sucessivos;
• peças conformes e não conformes.
Desenvolvimento Conjunto de Metodologias de Ensaio
A estreita colaboração entre a NM3D e a BIKiNNOV vai além da instalação e utilização do sistema.
As duas entidades trabalham em conjunto para aplicar as tecnologias de digitalização e metrologia às necessidades concretas da indústria das bicicletas e da mobilidade.
O Objetivo é Desenvolver Metodologias Tecnicamente Adequadas à Especificidade de cada Produto, Considerando:
• função do componente;
• condições de utilização;
• referências geométricas relevantes;
• processo de fabrico;
• material;
• tipo de solicitação mecânica;
• montagem no produto final;
• norma ou especificação aplicável;
• objetivo do ensaio;
• nível de incerteza necessário;
• critérios de aceitação;
• forma de apresentação dos resultados.
Uma metodologia robusta deve definir claramente o que é medido, quando é medido, como é estabelecido o referencial e de que forma os resultados são comparados.
Um Procedimento Típico poderá Incluir:
1. Análise do Produto
Identificação das características críticas, interfaces funcionais, zonas de carga e possíveis modos de deformação.
2. Definição do Referencial Metrológico
Seleção dos datums, eixos, planos, pontos funcionais ou referências de montagem utilizados no alinhamento.
3. Digitalização Inicial
Aquisição do estado geométrico do componente antes do ensaio.
4. Inspeção Dimensional Inicial
Comparação com CAD, análise das características críticas e registo das condições iniciais.
5. Realização do Ensaio
Aplicação da carga, ciclo de fadiga, impacto ou condição funcional definida pela metodologia aplicável.
6. Digitalização Final
Nova aquisição tridimensional, mantendo critérios compatíveis com a digitalização inicial.
7. Comparação Entre Estados
Quantificação das alterações geométricas e identificação das zonas onde ocorreu maior variação.
8. Correlação com os Restantes Dados
Comparação dos resultados geométricos com forças, deslocamentos, extensometria, imagens, observações visuais ou outros dados do ensaio.
9. Relatório Técnico
Apresentação dos resultados através de mapas de desvio, secções, cotas, gráficos, imagens e conclusões técnicas.
O desenvolvimento de metodologias próprias ou complementares não significa automaticamente que essas metodologias façam parte de um âmbito de acreditação. Sempre que exista necessidade de ensaio acreditado, deverá confirmar-se o âmbito técnico aplicável.
Apoio aos Fabricantes e Fornecedores do Setor
A Solução Disponibilizada na BIKiNNOV pode apoiar Diferentes Intervenientes da Cadeia de Valor:
• fabricantes de bicicletas completas;
• fabricantes de e-bikes;
• fabricantes de cargo bikes;
• produtores de quadros e garfos;
• fabricantes de componentes metálicos;
• empresas de maquinagem;
• empresas de soldadura;
• produtores de peças plásticas;
• fabricantes de componentes em carbono;
• produtores de rodas e aros;
• fabricantes de sistemas de suspensão;
• fabricantes de travões;
• produtores de porta-bagagens e estruturas de carga;
• integradores de motores e baterias;
• startups de mobilidade;
• gabinetes de engenharia e design;
• centros de investigação e desenvolvimento.
O apoio pode começar numa fase inicial de conceito e continuar durante prototipagem, validação, ensaio, industrialização e controlo da qualidade.
Benefícios para o Desenvolvimento de Produto
A Integração entre NimbleTrack, PolyWorks e a Capacidade Técnica Conjunta da NM3D e da BIKiNNOV Permite:
• transformar componentes físicos em informação digital;
• acelerar a análise de protótipos;
• identificar desvios antes da industrialização;
• avaliar deformações após ensaios;
• melhorar a comunicação entre projeto, produção e qualidade;
• apoiar decisões com dados dimensionais;
• reduzir iterações baseadas apenas em tentativa e erro;
• documentar alterações de produto;
• comparar fornecedores e processos;
• criar procedimentos repetíveis;
• desenvolver componentes sem CAD disponível;
• apoiar a preparação para ensaios de conformidade;
• aumentar a confiança técnica antes do lançamento no mercado.
Uma Parceria Técnica ao Serviço da Indústria
A colaboração entre a NM3D e a BIKiNNOV cria uma ligação direta entre tecnologia de medição, conhecimento do setor, capacidade laboratorial e aplicação industrial.
A NM3D contribui com experiência em metrologia 3D, digitalização, software de inspeção, engenharia inversa, implementação de processos e formação técnica.
A BIKiNNOV acrescenta conhecimento especializado sobre bicicletas, componentes, materiais, ensaios, mobilidade e necessidades específicas das empresas do setor.
Em conjunto, as duas entidades estão preparadas para apoiar os fabricantes na resolução de problemas concretos de engenharia, desde a primeira digitalização de um protótipo até à análise dimensional de um componente após ensaio.
Não se trata apenas de adquirir uma geometria.
Trata-se de compreender o produto, definir o que deve ser medido, construir um processo tecnicamente consistente e transformar os resultados em decisões de engenharia.
Conclusão
A integração do SCANTECH NimbleTrack e do PolyWorks na BIKiNNOV reforça a capacidade tecnológica disponível para a indústria nacional das bicicletas e da mobilidade.
A solução permite unir digitalização 3D, controlo dimensional, comparação CAD, análise de deformações, engenharia inversa e documentação técnica num fluxo de trabalho integrado.
A estreita colaboração entre a NM3D e a BIKiNNOV acrescenta uma componente essencial: a capacidade de adaptar estas tecnologias às necessidades específicas de bicicletas, e-bikes, cargo bikes e respetivos componentes.
Num setor onde a segurança, o desempenho, a redução de peso, a integração de sistemas e a velocidade de desenvolvimento são fatores críticos, medir melhor significa desenvolver com maior confiança.
NM3D e BIKiNNOV: tecnologia, conhecimento e colaboração técnica ao serviço da nova geração da mobilidade.