3D-Scans und Reverse Engineering sorgen für effizientere Prozesse bei Möbeldesign und -fertigung

Möbelhersteller beauftragt Artec mit dem 3D-Scannen von Prototypen und erzielt Verbesserungen in puncto Produktivität, Zeitaufwand und Kostenersparnis.

MU Form Furniture Design ist ein Unternehmen aus Oakland (USA), das moderne Möbel für den Wohn- und Geschäftsbereich entwirft, fertigt und vertreibt. Die Aufträge gehen MU Form nie aus, denn gute Originaldesigns sind bei Architekten und Innenarchitekten gleichermaßen gefragt.

Der Werkstoff, mit dem MU Form hauptsächlich arbeitet, ist hochwertiges, gebogenes Sperrholz. Dieses Holz ist eines der meistverwendeten Materialien in dieser Branche, da es eine große Formenvielfalt für Stühle, Hocker und Tische gestattet.

Die Möbelexperten von MU Form haben es sich zur Aufgabe gemacht, außergewöhnliche Designs zu kreieren, die von anderen Herstellern schwierig zu kopieren bzw. nachzubauen sind.

V Dining Chair in Rot und Grau (Design von Po Shun Leong, MU Form).

„Unsere Designer entwerfen Möbeldesigns, die viele Versuche erfordern, da Stuhl- und Hockerprototypen entwickelt werden müssen“, erklärt Mark Leong, CEO von MU Form.

Zur Fertigung eines neuen Originalmöbelstücks würde MU Form normalerweise einen Prototyp an eine Fabrik in Übersee liefern, um dort mithilfe einer Kopierfräsmaschine eine Holzform anfertigen zu lassen.

Das alte Verfahren zur Erfassung der Abmessungen des V Chair für die Fertigung.

„Mit dieser Methode konnten wir den Stuhl- oder Hockerprototyp zunächst zwar einigermaßen genau abbilden. Aber sie war nicht dazu geeignet, manche Wölbungen und Oberflächen exakt zu reproduzieren, was für die endgültige Fertigung nachgeholt werden musste“, erzählt Mark Leong.

Oberflächen die absolut eben sein sollten, konnten beispielsweise nicht gleich in der ersten Phase für die Holzform angepasst werden. Stattdessen musste die Form manuell bearbeitet werden, was manchmal zu Ungenauigkeiten bei den Endprodukten führte. Darüber hinaus ließen sich die Möbel nicht spiegeln, um eine exakte Symmetrie zu gewährleisten.

„Wir konnten mit diesen Ergebnissen zwar in Produktion gehen, doch unseren Ansprüchen in puncto Qualität und Einheitlichkeit wurden sie nicht gerecht“, berichtet Mark Leong.

Vor Kurzem beauftragte MU Form das Artec-Büro in Palo Alto, Kalifornien, mit der Anfertigung von 3D-Modellen.

V Lounge Chair in Schwarz (Design von Po Shun Leong, MU Form).

Und so sieht der Arbeitsprozess jetzt aus: Der Designer entwickelt einen Prototyp des Möbelstücks. Um das Objekt abzubilden, wird der Prototyp mit Artec Eva in 3D eingescannt. Anhand der Rohpunktdaten werden anschließend die Konturen in Rhino 3D erstellt, um insbesondere jede Nuance der Krümmungen und Krümmungsradien zu modellieren.

Auch plane Oberflächen können mit dem Programm reproduziert werden. Um die Symmetrie des Möbels zu gewährleisten, wird das Modell gespiegelt. Das Ergebnis ist ein Modell, das nur minimal abgeändert wurde, um Fehler im Prototyp auszubügeln.

Das 3D-Modell geht nun per E-Mail an die Fabrik, die anhand der Datei eine präzise CNC-Metallform fertigt. Die Modelle werden außerdem für Patentverfahren und zur Demonstration geplanter Produkte vor potenziellen Kunden verwendet.

V Lounge Chair in Walnuss.

Der Prototyp des V Chair wurde von der Artec-Mitarbeiterin Rachel Yalisove digitalisiert. Hier ihr Bericht:

„Der Scanprozess war sehr kurz, er dauerte nicht länger als 10 oder 15 Minuten. Insgesamt war es ein sehr einfacher Scan. Der Stuhl bestand aus einem Holz mit matter Oberfläche, und die Linien der Maserung halfen Artec Eva bei der Orientierung. Ich habe die Vorder- und Rückseite, die Kanten und die Armlehnen separat aufgenommen und sie mithilfe des Ausrichtungstools zusammengefügt.

Prototyp des V Chair, 3D-gescannt mit Artec Eva.

Ich musste gut darauf achten, genügend Daten für die Stuhlkanten zu sammeln, um scharfe Konturen zu erhalten. Das hat mit dem Scanner super funktioniert. Mit ihm konnte ich den Stuhl auf einen texturierten Boden oder an eine Wand stellen, um das Tracking zu unterstützen.

Nach weniger als einer Stunde war die Verarbeitung abgeschlossen. Als wir die Daten ausgerichtet hatten, verwendeten wir die Algorithmen zur Registrierung und zur Entfernung von Ausreißern und den „Smooth Fusion“-Algorithmus – was wirklich gut geklappt hat. Sehr schnell hatten wir Daten mit einer Genauigkeit von einer Nachkommastelle. Der Stuhl bestand aus 1,7 Millionen Polygonen pro 89,2 MB Daten, die Stuhlbeine aus je 550.000 Polygonen pro 30 MB Daten. Wir exportierten die Dateien in STL-Format und schickten sie dem Kunden via Download-Link.“

3D-Modell des V Chair in Artec Studio.

Durch den Einsatz von Artec-Scannern war es MU Form möglich, die Qualität und Einheitlichkeit seiner Möbel erheblich zu verbessern. Gleichzeitig konnte das Unternehmen seine Produktivität steigern, den Entwicklungsaufwand verringern und die Produktionskosten senken.

„Mit Artec haben wir die Möglichkeit, unsere Möbel digital zu optimieren. So kann der Formenbauer anhand des digitalen Stuhl- oder Hockermodells eine Metallform (statt einer Holzform) per CNC anfertigen. Das nimmt sehr viel weniger Zeit in Anspruch als der alte Prozess, bei dem der Prototyp versendet und die Form per Hand hergestellt wurde“, betont Mark. „Außerdem ermöglichen CNC-Metallformen eine qualitativ höherwertige Möbelfertigung.“

Metallform für den V Chair, hergestellt mit dem neuen Verfahren.

Der Zeitaufwand für den Bau einer Form hat sich nun von 60 bis 90 auf 20 Tage reduziert. Die erzielten Einsparungen belaufen sich schätzungsweise auf 10 bis 15 Prozent.

Mark Leong freut sich über die akkuraten Ergebnisse: „Dank der Präzision, mit der die Prototypen abgebildet werden können, und der optimierten Modelle erreichen wir ein völlig neues Qualitätsniveau.“

Die Zusammenarbeit mit Artec möchte MU Form fortsetzen und weitere Möbel wie Tische, Chaiselongues und andere größere Objekte zu bauen.