Komputerowe wspomaganie projektowania

Transkrypt

1 Komputerowe wspomaganie projektowania Studia Podyplomowe Wydział InŜynierii Produkcji SGGW Warszawa, listopad 2010

2 Wykład I Technologie innowacyjne w procesie wytwarzania wyrobów Plan: 1. Podział i rozwój systemów CAD, CAM, CAE, 2. Szybkie prototypowanie Rapid prototyping 3. Elementy inŝynierii odwrotnej,

3 Komputerowe wspomaganie projektowania Zastosowanie w sektorach: 1. Przemysł maszynowy, 2. Architektura i budownictwo, 3. Architektura krajobrazu, 4. Energetyka i elektronika, 5. Usługi, 6. Inne

4 Systemy CAD/CAM/CAE CAD - Computer Aided Design CAM - Computer Aided Manufactoring CAE - Computer Aided Engineering PDM - Product data Management PLM - Product Lifecycle Management

5 Rozwój systemów CAD Pierwszy system to AutoCAD stworzony w USA w 1981 rok - początkowo CAD zastępowały ręczne kreślenie ułatwiały nanoszenie zmian - następnie modelowanie przestrzenne automatyczne tworzenie rzutów2d - parametryzacja to kolejny krok - ułatwienie zmian modeli 3D, - analizy wytrzymałościowe i inne przyspieszenie obliczeń MES systemy CAE - symulacja procesów produkcyjnych - systemy CAM - technologie synchroniczne - PDM i PLM - zarządzanie danymi o produkcie i cyklem Ŝycia produktu Dla tych systemów inŝynierskich przyjęto ogólną otwartą nazwę - CAx

6 Podział systemów CAD wg przeznaczenia Uniwersalne: AutoCAD, BricsCAD, MegaCAD WyposaŜane w specjalistyczne aplikacje np. AutoCAD w: M-color- do wizualizacji 2D i Accurender- do wizualizacji 3D, BranŜowe dla: -Mechaników Mechanical Desktop-2D, Inwentor-3D, Solid EDGE-3D, Solid Works-3D itd. -Architektów Revit, Architectural Desktop, -Architektów krajobrazu LandCAD, Garden Composer, -Elektryków- AutoCAD Electrical, Elgorado, Zakład Elgo w Gostyninie, -Projektowania mebli i AranŜacji wnętrz- Pro100, - Projektowania dróg AutoCAD Civil - i szereg innych.

7 Np. w systemie Pro/Engineer są następujące moduły CAE: -Pro/Mechanica do analiz wytrzymałościowych MES, - Pro/Mechanica Motion-do analizy kinematycznej, -Pro/Mechanica Vibration- analiza konstrukcji podlegającej obciąŝeniom zmiennym w czasie, -Pro/Mechanika Tire symulacja dynamiczna opony W Velocity Series firmy UGS (Unigraphics Solutions) jest: Femap aplikacja do analiz inŝynierskich MES W SolidWorks- COSMOSWorks, Motion, FloWorks, - W Inventorze jest moduł analiz MES i analizy kinematycznej. Systemy CAE Są to obecnie programy najczęściej zintegrowane z systemami CAD. UmoŜliwiają one zwykle wykonywanie obliczeń i analiz oraz optymalizację konstrukcji metodą elementów skończonych- MES (FEM- Finite Elements Method, lub FEA- F. E. Analysis).

8 Analizy wytrzymałościowe (optymalizacja konstrukcji) Analyse mit Animation.url Analizy dynamiki płynów Analizy ruchu (symulacje mechaniczne)

9 W skład Velocity Series firmy UGS wchodzi aplikacja NX CAM Express, która charakteryzuje się wspomaganiem wytwarzania przez obsługę szerokiego spektrum maszyn sterowanych numerycznie CNC tj. obróbek 5 osiowych i centrów tokarsko-frezerskich. Dostępne konfiguracje to: Obróbka 2.5 osiowa frezowanie pionowych ścianek i płaskich den oraz toczenia 2 osiowego, Obróbka 3 osiowa frezowanie i 2-4 osiowe wycinanie drutowe, Zaawansowane obróbki frezowanie do 5 osi SprutCAM rosyjskiej firmy: SPRUT Technology Inc. EdgeCAM Pathtrace, UK Mastercam USA, 0d 1984, 2-5 frez, do 3 tocz., 2-4 wyc. Drut. Systemy CAM SłuŜą do wspomagania wytwarzania poprzez obsługę maszyn sterowanych numerycznie CNC - Tokarki - Frezarki - Wycinarki laserowe, drutowe itp., - Centra obróbkowe - inne obrabiarki. Dostępne konfiguracje to: Obróbka 2.5 osiowa frezowanie pionowych ścianek i płaskich den oraz toczenia 2 osiowego, Obróbka 3 osiowa frezowanie i 2-4 osiowe wycinanie drutowe, Zaawansowane obróbki frezowanie do 5 osi

10 Frezowanie

11 Systemy PDM Najogólniej PDM to baza danych, która rozwiązuje następujące problemy: - Gromadzi wszystkie dokumenty związane z projektem - Pozwala na jednoczesną pracę wielu osób - Kontroluje proces wprowadzania zmian (umoŝliwia ich cofnięcie) - MoŜe przeszukać dokumenty według róŝnych kryteriów (np. znajdz kątowniki ze stali St3S o masie. Od 2 kg) - Generuje raporty (np. listy materiałów)

12 SYSTEMY PLM (Product life cycle management) To kompleksowe systemy które zapewniać powinny integrację systemów CAD, CAE, PDM. Są to zatem rodziny programów do: -projektowania w zaawansowanych systemach CAD Computer Aided Design, - analiz inŝynierskich metodą (MES) elementów skończonych CAE- Computer Aided Engineering, -zarządzania danymi o produkcie PDM Product Data Management -Systemami naleŝącymi do grupy PLM są takŝe niezbędne w cyklu produkcyjnym systemy CAM Computer Aided Manufactoring. Do niedawna najobszerniejszymi były systemy klasy CAD CAM CAE.

13 Szybkie Prototypowanie - Rapid prototyping Polega na: bezpośrednim projektowaniu prototypów i wytwarzaniu ich modeli fizycznych np. z Ŝywicy epoksydowej, tworzyw termoplastycznych i innych materiałów wskazaniu słabych miejsc i poprawianiu prototypów modeli fizycznych, szybkie wytworzenie narzędzi np. form odlewniczych do serii informacyjnych,

14 Metody wytwarzania modeli fizycznych: SL- metoda stereolitografii to pierwsza metoda wdroŝona juŝ w 1987 roku w firmie 3D Systems, polega na utwardzaniu Ŝywicy epoksydowej, POLYJET pierwsza technologia która umoŝliwia jednoczesne dozowanie dwóch rodzajów Ŝywic podczas jednego procesu wydruku, uzyskuje się model fizyczny o róŝnych właściwościach mechaniczno fizycznych poszczególnych jego fragmentów, (natrysk Ŝywicy polimerowej i utwardzanie światłem UV) SLS - (Selective Laser Sintering), polega na spiekaniu sproszkowanego materiału tj topliwych tworzyw sztucznych, ( idealna dla małych serii produkcyjnych), 3DP Printing - spajanie proszku na bazie skrobi i celulozy kroplami spoiwa dozowanego przez głowice, moŝliwe kolorowe wydruki, LOM - (ang. Laminated Object Manufacturing) laminowanie warstw materiału,

15 Maszyna stereolitograficzna 1. Komora lasera, 2. układu optycznego, 3. przestrzeni roboczej, 4. komputer sterujący

16 Idea procesu stereolitografii

17 Zalety i wady wytwarzania prototypów metodą stereolitografii. Zalety: szybkie tworzenie prototypu moŝliwość budowy modelu fizycznego o wysokim stopniu złoŝoności geometrii oraz powierzchniach swobodnych, przy czym grubośćścianek jest nie mniejsza niŝ średnica wiązki lasera, relatywnie niskie koszty wytwarzania.

18 Modele kości Modele części maszyn

19 Wady: ograniczone, przestrzenią roboczą maszyny, wymiary prototypów, ograniczony zbiór moŝliwych do wykorzystania materiałów w procesie wytwarzania, wymagania mechaniczne części spełnione są tylko w ograniczonym zakresie, ograniczona dokładność (ok. ± 0,1 mm), niska jakość powierzchni pochylonych (efekt schodkowy), pozostałości na powierzchniach podpartych podporami po usunięciu podpór.

20 Technologie 3 DP Zasada działania polega na selektywnym spajaniu warstwa po warstwie proszków gipsowych na bazie skrobi i celulozy płynnym kolorowym lepiszczem dozowanym przez głowice drukujące. urządzenie Z510 firmy Z-Corporation. - Rozmiar komory roboczej 254x356x203mm. - Są to najszybsze znane systemy 3D. Maszyny te wytwarzają fizyczne obiekty szybko i tanio. - Jest to system wydruku 3D wykorzystujący techniki przyrostowe, umoŝliwiający tworzenie kolorowych modeli fizycznych bezpośrednio z zapisów cyfrowych.

21 3D printing

22 Zastosowanie: - badania konsumenckie (opakowania, wzornictwo przemysłowe itp.), - architektura, - kartografia, - badanie ergonomii (testy funkcjonalności, kształtu, dopasowania), - odlewnictwo (wydruk form i rdzeni) - wizualizacje FEM (wykrywanie obszarów niebezpiecznych) - analizy wytrzymałościowe, - medycyna,

23 Paper Rapid Prototyping Na początku 2009 roku, firma Mcor Technologies przedstawiła drukarkę 3D o nazwie Mcor Matrix do tworzenia trójwymiarowych modeli metodą LOM laminowania. Materiał to zwykłe karteki A4 łączone lepiszczem ( papier + klej).

24 - Maksymalny rozmiar modelu jaki będzie w stanie wyprodukować urządzenie to 297mm x 210mm x 150mm. Większe modele moŝna "drukować" w częściach, które następnie będzie moŝna skleić. - Urządzenie określane jest jako biurkowe, moŝna je swobodnie eksploatować w firmie, domu czy szkole, - Do tworzenia modeli ma uŝywa jedynie kartek A4 i kleju, przez co koszt jej eksploatacji ma być 40 razy mniejszy od innych, podobnych urządzeń tego typu.

25

26 Porównanie kosztów wykonania modelu metodami: 1- tradycyjną, 2- CNC, 3- na drukarce 3D Eden350V firmy Objet

27 InŜynieria odwrotna w strukturze CAD/CAM Systemy CAD/CAE Analizy FEM Skanowanie Systemy CAM Kopiowany obiekt rzeczywisty Gotowy produkt Obrabiarki CNC Szybkie prototypowanie

28 Skanery (digitizery) 3D - podział ze względu na sposób pomiaru

29 Bezstykowe laserowe skanery 3D Skanery 3D próbkują powierzchnie przedmiotów w trakcie kilkakrotnego skanowania z róŝnych kierunków. Najczęściej stosowane zasady działania skanerów: pomiar czasu przebiegu odbitej wiązki lasera, rzucanie wiązki lasera na obiekt i pomiar połoŝenia punktu z kamery. rzucanie wzoru za pomocą lasera na obiekt i pomiar zniekształceń wzoru.

30 Kamera cyfrowa Światło laserowe Niepewność pomiaru: 0,2 0,05 mm Czas pomiaru: s Liczba pkt. pomiarowych: 0,8 5 mln Cena na tys PLN

31 Przedmiot skanowany Stolik obrotowy Laser Obraz cyfrowy Kamera

32 HANDYSCAN 3D Canada Dane: Waga 980 gram Szybkość pomiarów pom. /s Rozdzielczość 0,1 mm ; 1mln pkt/cm2 Dokładność pomiaru up to 0,05 mm Klasa lasera II (bezpieczny dla oczu) Cena na 01,01, $

33

34 Ze skanowania otrzymuje się chmurę punktów i przeprowadza rekonstrukcję powierzchni. Na podstawie punktów obliczany jest kształt powierzchni, Ostatnim etapem są przekształcenia mające na celu uzyskanie siatki wielokątowej (teselacja) zwykle siatki trójkątów (triangulacja)

35

36

37

38

39