Mechatronika - TU Chemnitz

Mechatronika
Modu 9: Szybkie Prototypowanie
rozwizania
(pomys)
prof. dr hab. in. Edward Chlebus
dr in. Bogdan Dybaa,
dr in. Tomasz Boratyski
dr in. Jacek Czajka
dr in. Tomasz Bdza
dr in. Mariusz Frankiewicz
mgr in. Tomasz Kurzynowski
Politechnicka Wroclawska/ Polska
Europejski Projekt transferu innowacji dla dodatkowej kwalifikacji
Mechatronika dla specjalistów w zglobalizowanej produkcji
przemysowej.
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 odpowiedzialnoci 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: [email protected]
www.tu-chemnitz.de/mb/WerkzMasch or www.minos-mechatronic.eu
Rapid Prototyping – Ćwiczenia i odpowiedzi
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.
Minos++
Rapid Prototyping – Ćwiczenia i odpowiedzi
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.
Minos++
Rapid Prototyping – Ćwiczenia i odpowiedzi
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”.
Minos++
Rapid Prototyping – Ćwiczenia i odpowiedzi
11. Jakimi parametrami jednoznacznie
powierzchnia trójkątna?
Minos++
opisywana
jest
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
Rapid Prototyping – Ćwiczenia i odpowiedzi
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
Minos++
Rapid Prototyping – Ćwiczenia i odpowiedzi
Minos++
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 CAD3D.
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
technologiach RP.
służą
modele
wykonywane
w
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.