Mechatronika Modul 9: Rychlé vytváření prototypů Řešení (koncept) Dr. Ing. Bogdan Dybała, Dr. Ing. Tomasz Boratyński Dr. Ing. Jacek Czajka Dr. Ing. Tomasz Będza Dr. Ing. Mariusz Frankiewicz Ing. Tomasz Kurzynowski University of Wroclaw, Poland Evropský koncept pro doplňkovou kvalifikaci mechatronik odborných procovníků v globalizované průmyslové výorbě. EU Projekt č. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110 MINOS ++, platnost od 2008 do 2010 Tento projekt byl realizován za finanční podpory Evropské unie. Za obsah publikací (sdělení ) odpovídá výlučně autor. Publikace (sdělení) nereprezentují názory Evropské komise a Evropská komise neodpovídá za použití informací, jež jsou jejich obsahem. www.minos-mechatronic.eu
Partneři pro provádění, hodnocení a šíření výsledků projektů MINOS a MINOS**. - 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 Obsah studijních podkladů Minos: moduly 1 8 (učebnice, cvičebnice a klíč ke cvičením) zahrnující: základy / interkulturní kompetence, projektový management / fluidní techniku / elektrické pohony a řízení/ mechatronické komponenty / mechatronické systémy a funkce / uvedení do provozu, bezpečnost, vzdálený servis / dálková údržbu a diagnostiku. Minos **: moduly 9 12 (učebnice, cvičebnice a klíč ke cvičením) zahrnující: rychlé vytváření prototypů / robotiku / migraci / rozhraní. Všechny moduly jsou dostupné v následujících jazycích: němčina, angličtina, španělština, italština, polština, čeština a maďarština. Pro více informací prosím kontaktujte: Technical University Chemnitz Dr. Ing. Andreas Hirsch Reichenhainer Straße 70, 09107 Chemnitz Tel.: + 49(0)0371 531-23500 Fax.: + 49(0)0371 531-23509 Email: wzm@mb.tu-chemnitz.de Internet: www.tu-chemnitz.de/mb/werkzmasch www.minos-mechatronic.eu
1. Co je to CAD? CAD je zkratka pro Computer Aided Design. Tento typ softwaru umožňuje konstrukci prvků s mnoha detaily, nebo inženýrem navrženého zařízení. CAD systémy podporují proces konstrukce a navrhování, používají se pro skicování a geometrické modelování. 2. Co je to geometrické modelování? Geometrické modelování je technika, která se používá pro rýsování tvarů určitého předmětu. CAD systémy umožňují jak vylepšit proces navrhování, tak zkrátit dobu potřebnou k vývoji výrobku. 3. Jak lze zrychlit konstruování? CAD systémy obsahují knihovny předem připravených objektů (šrouby, ložiska, klíny, atd.), které lze použít při projekční práci. Konstruktér tedy nemusí používat různé druhy katalogů, když hledá určitý prvek. Může ho najít v základní galerii, nebo pro svůj návrh dodatečně stáhnout jeho 3D model. 4. Jaké jsou hlavní rysy CAD systémů? Hlavními rysy CAD systému jsou: geometrické modelování objektu, vytváření a upravování konstrukční dokumentace ukládání a uchovávání dokumentace v elektronické podobě jako soubory i jako databáze, výměna dat s jinými systémy, vytváření trojdimenzionálních projektů vytvořených prvků, vytváření kreseb konstrukce z několika samostatných prvků, spolupráce mnoha lidí na jediném projektu, automatické aktualizace všech kreseb konstrukce při změně jedné z nich, automatický odhad nákladů, spolupráce se skladištěm, atd. 5. Jaké jsou výhody používání CAD systémů? Výhody používání CAD systémů: možnost určit optimální řešení, zlepšení kvality získaného řešení (precizní matematické modely (CAD 3D)), projektant je zbaven časově náročné a většinou nudné práce (skicování, výpočty), více možností zužitkování existujících návrhářských řešení díky počítačovým databázím stávajících norem a katalogů možnost simulovat chování navrženého předmětu za různých podmínek již ve fázi navrhování. 1
6. Jaké jsou fáze konstrukčního procesu u CAD systému? CAD proces se skládá z 6 fází: rozpoznání potřeb, definování problému, syntéza, analýza a optimalizace, evaluace, prezentace. 7. Vyjmenuj typy modelů u CAD. U CAD se používají dva druhy geometrických modelů: plochý využívá obrysů prostorový využívá trojrozměrných prvků 8. Co je to STL? STL Standard Triangulation Language je základním formátem užívaným pro výměnu dat u procesů rychlého vytváření prototypů. Hlavním úkolem zmíněného formátu je přenos CAD 3D modelů do přístrojů pro rychlé vytváření prototypů. V současné době nabízí většina CAD/CAM programů možnost uložit model ve formátu STL, který mohou přečíst téměř všechny systémy Rychlého vytváření prototypů. 9. Jak je tvořen STL model (obrázek vám může napovědět)? STL je tvořen rejstříky trojúhelníkových ploch, kterým se také říká trojúhelníková mřížka. Můžeme ji definovat jako soubor vrcholů, hran a trojúhelníků, navzájem spojených tak, že každá hrana a každý vrchol jsou sdíleny minimálně dvěma přiléhajícími trojúhelníky (pravidlo vrchol k vrcholu ). Jinými slovy, trojúhelníková síť aproximací přibližně vyjadřuje plochy 3D modelu, uloženého ve formátu STL. Toto vyjádření ovšem vynechává prvky, jako jsou body, přímky, křivky, vrstvy a barvy. 2
10. Co nám říká pravidlo vrchol k vrcholu? Verze 1 Každá hrana a každý vrchol jsou sdíleny minimálně dvěma přiléhajícími trojúhelníky. Verze 2 Každý trojúhelník musí sdílet dva vrcholy se sousedními trojúhelníky a žádný vrchol trojúhelníku nesmí ležet na straně jiného trojúhelníku. Aby bylo pravidlo vrchol k vrcholu splněno, trojúhelník 1 by měl být rozdělen do dvou trojúhelníků, jak je znázorněno na obrázku b, nebo by se měly trojúhelníky 2 a 3 spojit jako na obrázku c. 11. Jaké parametry popisují trojúhelníkovou plochu? Trojúhelníková plocha je popsána souřadnicemi X, Y, Z pro každý vrchol a normálovým vektorem, směřujícím pryč od dané plochy a ven z modelu. 3
12. Jak lze v STL určit orientaci trojúhelníku? 1. Podle normálového vektoru, který směřuje ven. 2. Pozorujeme li model z vnější strany, vrcholy jsou označeny v protisměru hodinových ručiček (dnes běžná metoda). Na výše uvedeném obrázku jsou znázorněny dvě trojúhelníkové plochy. Plocha na levé straně je otočena vnitřní stranou nahoru, což je vyznačeno uspořádáním označení vrcholů ve směru hodinových ručiček a směrem normálového vektoru. V případě trojúhelníku napravo je tomu naopak, zde vidíme vnější stranu modelu. 13. Jaké jsou nejčastější chyby a defekty STL formátu? Nekompatibilita s pravidlem vrchol k vrcholu Variabilita (netěsnost) Degenerované plochy Chyby v modelech Nadbytečnost 14. Jaké jsou přípravné činnosti v rámci Rapid Prototyping? CAD modelu exprotovaný do STL formátu by se měl připravit na výrobní proces v jednom ze zařízení na rychlé vytváření prototypů. Přípravné činnosti se mohou provádět v jednom z programů určených pro toto použití, což umožňuje zpracování STL souborů. 4
15. Uveďte alespoň 4 operace, které jsou možné během přípravné činnosti v rámci Rapid Prototyping. Vizualizace, možnost provádění měření, zpracování *.stl modelu, Opravování *.stl souborů, ořezávání ploch, zjišťování dvojitých trojúhelníků, Příprava průřezů STL souborů, děr (děrování), natahování ploch, vytváření retroverzí, Booleovské operace, redukce trojúhelníků, vyhlazování, přidávání textu nebo označení (znaků), Detekce kolize, Barvení STL souborů, Rozdělování modelů do vrstev, Generování podpůrných konstrukcí. 16. Co jsou to vyztužovací podpěry a k čemu jsou určené? Vyztužovací podpěry jsou určeny pro zařízení založená na práškových materiálech (kovy, keramika, sádra, apod.). Podpěry jsou, v těchto technologiích, potřebné k zajištění stability při vyjímání vyrobených součástek u některých technik, stejně jako k vyztužení vytvořených počátečních vrstev, aby se při nanášení další vrstvy práškového materiálu předtím vytvořená vrstva a výztuhy vyčnívajících součástí modelu nepoškodily. 17. Co je to Rapid Prototyping (rychlé vytváření prototypů)? Technologie rychlého vytváření prototypů se uplatňují ve výrobě fyzických modelů s použitím RP zařízení přímo z matematického modelu definovaného v CAD 3D systému. 18. Jak se odlišuje technologie Rapid Prototyping od konvenční? Všechny metody jsou si navzájem podobné a jsou založeny na rostoucí (bezodpadové) výrobě modelů. Naprosto se tedy liší od klasických metod výroby fyzických modelů (soustružením, frézováním, apod.), kde se tvarování objektů provádí prostřednictvím mechanického odstraňování materiálu (odpadové zpracovávání). Vytváření modelů pomocí RP technik, kde je každá následující vrstva přesným odrazem sekce modelu v určité rovině, se zakládá na přidávání vrstveného materiálu. 5