Mechatronika Modu 9: Szybkie Prototypowanie rozwi zania (pomys ) prof. dr hab. in. Edward Chlebus dr in. Bogdan Dyba a, dr in. Tomasz Boraty ski dr in. Jacek Czajka dr in. Tomasz B dza dr in. Mariusz Frankiewicz mgr in. Tomasz Kurzynowski Politechnicka Wroclawska/ Polska Europejski Projekt transferu innowacji dla dodatkowej kwalifikacji Mechatronika dla specjalistów w zglobalizowanej produkcji przemys owej. UE-Projekt Nr. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110 "MINOS + +", okres od 2008 do 2010 r. Ten projekt zosta zrealizowany przy wsparciu finansowym Komisji Europejskiej. Projekt lub publikacja odzwierciedlaj jedynie stanowisko ich autora i Komisja Europejska nie ponosi odpowiedzialno ci za umieszczon w nich zawarto www.minos-mechatronic.eu
Partners for the creation, evaluation and dissemination of the MINOS and the MINOS** project. - Chemnitz University of Technology, Institute for Machine Tools and Production Processes, Germany - np neugebauer und partner OhG, Germany - Henschke Consulting, Germany - Corvinus University of Budapest, Hungary - Wroclaw University of Technology, Poland - IMH, Machine Tool Institute, Spain - Brno University of Technology, Czech Republic - CICmargune, Spain - University of Naples Federico II, Italy - Unis a.s. company, Czech Republic - Blumenbecker Prag s.r.o., Czech Republic - Tower Automotive Sud S.r.l., Italy - Bildungs-Werkstatt Chemnitz ggmbh, Germany - Verbundinitiative Maschinenbau Sachsen VEMAS, Germany - Euroregionala IHK, Poland - Korff Isomatic sp.z.o.o. Wroclaw, Polen - Euroregionale Industrie- und Handelskammer Jelenia Gora, Poland - Dunaferr Metallwerke Dunajvaros, Hungary - Knorr-Bremse Kft. Kecskemet, Hungary - Nationales Institut für berufliche Bildung Budapest, Hungary - Christian Stöhr Unternehmensberatung, Germany - Universität Stockholm, Institut für Soziologie, Sweden Zawartość Szkolenia Minos: moduły 1 8 (podręczniki, ćwiczenia i rozwiązania do ćwiczeń dla): Podstawy/ Kompetencje międzykulturowe, zarządzenie projektem/ Fluidyka / Napędy Elektryczne i Sterowanie / Elementy Mechatroniki/ Systemy i Funkcje Mechatroniki/ Logistyka, Teleserwis, Bezpieczeństwo/ Zdalne Zarządzanie, Diagnostyka Minos **: moduły 9 12 (podręczniki, ćwiczenia i rozwiązania do ćwiczeń dla): Szybkie Prototypowanie / Robotyka/ Migracja/ Interfejsy Wszystkie moduły dostępne są w następujących językach: Polski, Angielski, Hiszpański, Włoski, Czeski, Węgierski i Niemiecki W celu uzyskania dodatkowych informacji proszę się skontaktować z Chemnitz University of Technology Dr.-Ing. Andreas Hirsch Reichenhainer Straße 70, 09107 Chemnitz phone: + 49(0)371 531-23500 fax: + 49(0)371 531-23509 e-mail: minos@mb.tu-chemnitz.de www.tu-chemnitz.de/mb/werkzmasch or www.minos-mechatronic.eu
1. Co to jest CAD? CAD (ang. Computer Aided Design) komputerowo wspomagane projektowanie. Oprogramowanie z tej dziedziny pozwala i jest wykorzystywane do projektowania wymyślonej przez inżyniera części czy mechanizmu. Systemy CAD wspierają budowę i projektowanie, są używane do szkicowania i modelowania geometrycznego. 2. Co to jest modelowanie geometryczne? Modelowanie geometryczne jest techniką, której używamy do opisania kształtów danego obiektu. Systemy CAD pozwalają usprawnić proces projektowania oraz skracają czas rozwoju produktu. 3. Jak można przyspieszyć projektowanie w systemie CAD? Systemy CAD zawierają biblioteki gotowych obiektów (śruby, łożyska, wpusty etc.), które mogą być wykorzystane w pracach projektowych. Konstruktor nie musi więc posługiwać się różnego rodzaju katalogami w poszukiwaniu jakiegoś elementu. Może wyszukać go w bazie oraz dodatkowo pobrać do swojego projektu jego model 3D. 4. Jakie są główne funkcje systemów CAD? Główne funkcje systemów CAD to: geometryczne modelowanie obiektów, tworzenie i edycja dokumentacji konstrukcyjnej, zapisywanie i przechowywanie dokumentacji w postaci elektronicznej, zarówno w postaci plików, jak i baz danych, wymiana danych z innymi systemami, tworzenie trójwymiarowych projektów konstruowanych elementów, tworzenie rysunków złożeniowych z kilku osobnych części, pracę nad jednym projektem przez wiele osób, automatyczną aktualizację wszystkich rysunków złożeniowych po dokonaniu zmiany na jednym z nich, automatyczne kosztorysowanie, współpracę z magazynem itp.
5. Jakie korzyści wynikają ze stosowania systemów CAD? Korzyści wynikające z wykorzystania systemów CAD: umożliwienie wyznaczania rozwiązania optymalnego, podwyższenie jakości uzyskanego rozwiązania (dokładne modele matematyczne (CAD 3D)), odciążenie projektanta od czasochłonności i często nudnych prac rutynowych (kreślenie, obliczenia), zwiększone możliwości korzystania z istniejących rozwiązań projektowych, dzięki wykorzystaniu komputerowych baz danych istniejących norm i katalogów, możliwość przeprowadzenia symulacji zachowania się projektowanego obiektu w różnych warunkach, jeszcze na etapie projektowania. 6. Z jakich faz składa się proces projektowania w systemach CAD? Proces projektowania CAD składa się z 6 faz: rozpoznanie potrzeby, zdefiniowanie problemu, synteza, analiza i optymalizacja, ocena, prezentacja. 7. Wymień rodzaje modeli w systemach CAD. W CAD stosowane są dwa rodzaje modeli geometrycznych: płaskie za pomocą konturu, przestrzenne za pomocą elementów przestrzennych. 8. Co to jest format STL? STL - Standard Tringulation Language - podstawowy format wymiany danych w procesach Rapid Prototyping. Głównym zadaniem formatu jest transfer modeli CAD 3D do urządzeń Rapid Prototyping. Obecnie większość programów CAD/CAM posiada możliwość zapisu modelu w formacie STL, a odczytać go mogą wszystkie systemy Rapid Prototyping.
9. Jak zbudowany jest model zapisany w formacie STL (pomocny w odpowiedzi będzie rysunek)? STL stanowi listę trójkątnych powierzchni, zwaną inaczej siatką trójkątów, którą definiuje się jako zbiór wierzchołków, krawędzi oraz trójkątów połączonych ze sobą w taki sposób, że każda krawędź oraz każdy wierzchołek są wspólne dla co najmniej dwóch trójkątów przylegających (zasada vertex-to-vertex). Innymi słowy, siatka trójkątów w przybliżeniu przedstawia powierzchnie modelu 3D zapisanego w formacie STL. Odwzorowanie to pomija jednak takie elementy, jak: punkty, linie, krzywe, warstwy oraz kolory. 10. O czym mówi zasada vertex-to-vertex? Wersja 1 Każda krawędź oraz każdy wierzchołek trójkąta są wspólne dla co najmniej dwóch trójkątów przylegających. Wersja 2 Według tej zasady każdy trójkąt musi dzielić dwa wierzchołki z trójkątami do niego przyległymi oraz wierzchołek żadnego z trójkątów nie może leżeć na boku innego. Aby zasada vertex-to-vertex na powyższym rysunku została spełniona, trójkąt 1 należy podzielić na dwa trójkąty tak, jak jest to pokazane na figurze b, lub połączyć trójkąty 2 i 3 tak ja kto jest pokazane na figurze c.
11. Jakimi parametrami jednoznacznie opisywana jest powierzchnia trójkątna? Powierzchnia trójkątna opisywana jest poprzez zbiór współrzędnych X, Y, Z każdego z wierzchołków oraz przez wektor normalny, skierowany od danej powierzchni na zewnątrz modelu. 12. W jaki sposób można określić orientację trójkąta w formacie STL? Na podstawie wektora normalnego, skierowanego do zewnątrz. W przypadku obserwacji modelu od jego zewnętrznej strony kolejność wierzchołków trójkąta jest przeciwna do ruchu wskazówek zegara
Na powyższym rysunku przedstawione zostały dwie trójkątne powierzchnie. Powierzchnia po lewej stronie widziana jest od wewnętrznej strony, na co wskazuje zgodne z ruchem wskazówek zegara ułożenie wierzchołków trójkąta oraz zwrot wektora normalnego. Odwrotna sytuacja jest w przypadku trójkąta po prawej stronie, widzianego od zewnętrznej strony modelu. 13. Wymień najczęstsze błędy oraz wady formatu STL. Niezgodność z zasadą vertex-to-vertex (wierzchołek do wierzchołka) Różnorodność (nieszczelność) Degeneracja powierzchni Błędy modeli rodzimych Redundancja 14. Co to są zabiegi przed procesowe? Mając już przygotowany model CAD w formacie STL należy go przygotować do procesu budowy na jednym z urządzeń rapid prototyping. Są to prace przed-procesowe które można wykonać w jednym z wielu dedykowanych do tego celu programów, które pozwalają na obróbkę plików STL. 15. Wymień min. 4 operacje które można wykonać w zabiegach przed procesowych. Wizualizacja, możliwość dokonywania pomiarów, manipulacja modelem *.stl. Naprawianie plików *.stl, przycinanie powierzchni, wykrywanie dublujących się trójkątów, Wykonywanie przekroi plików STL, otworów (dziurkowanie), wyciąganie powierzchni, wykonywanie odsunięć, Operacje Boolowskie, redukcja trójkątów, wygładzanie, dodawanie napisów, znaków, Wykrywanie kolizji, Kolorowanie plików STL Dzielenie modeli na warstwy Generowanie konstrukcji wspierającej
16. Co to jest struktura wspierająca (suport) i do czego służy? Struktura wspierająca jest potrzebna do zapewnienia stabilności modelu i aby każdy element budowanej części został na swoim miejscu. Suporty są w tych technologiach potrzebne dla zapewnienia stabilności przy wyjmowaniu wykonanych elementów w niektórych technikach, a także do usztywnienia wykonanych początkowych warstw, aby przy nanoszeniu kolejnej warstwy sproszkowanego materiału nie uszkodzić uprzednio zbudowanej warstwy oraz do usztywnienia wystających elementów modelu (tzw. nawisów geometrycznych). 17. Co to jest Rapid Prototyping? Rapid Prototyping jest to szybkie, warstwa po warstwie wykonywanie modeli fizycznych bezpośrednio z modeli CAD- 3D. 18. Co różni technologie RP od tradycyjnych? Wszystkie technologie RP są podobne do siebie i bazują na przyrostowym (bezubytkowym) wytwarzaniu modeli. Dlatego też są całkowitym przeciwieństwem klasycznych metod wytwarzania modeli fizycznych (poprzez toczenie, frezowanie itp.), gdzie nadawanie kształtu przedmiotowi odbywa się przez mechaniczne usuwanie materiału (obróbka ubytkowa). Budowanie modeli technikami RP polega na warstwowym dodawaniu materiału, gdzie każda kolejna warstwa jest dokładnym odzwierciedleniem przekroju modelu w zadanej płaszczyźnie. 19. Do czego głównie służą modele wykonywane w technologiach RP. Modele prototypowe służą do przeprowadzenia pierwszych testów wytrzymałościowych, bezpieczeństwa, montażowych, transportowych itp. Są mocnym argumentem w negocjacjach handlowych, technicznych, marketingowych. Ułatwiają komunikację. Są łatwiej odbierane i postrzegane przez ludzi, niż standardowe rysunki 2D. Lepsze rozumienie koncepcji prowadzi do oszczędności czasu, a co za tym idzie i pieniędzy.