Mechatronika Modul 9: Rychlé vytváření prototypů

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: [email protected]

Internet: www.tu-chemnitz.de/mb/WerkzMasch www.minos-mechatronic.eu

Rychlé vytváření prototypů - Příručka pro učitele

  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: 

5.

• 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.    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

Minos++

Minos++

Rychlé vytváření prototypů - Příručka pro učitele

6.

  Jaké jsou fáze konstrukčního procesu u CAD systému?  CAD proces se skládá z 6 fází:  • • • • • •

  7.

rozpoznání potřeb,  definování problému,  syntéza,  analýza a optimalizace,  evaluace,  prezentace. 

Vyjmenuj typy modelů u CAD.  U CAD se používají dva druhy geometrických modelů:  • plochý – využívá obrysů  • prostorový – využívá trojrozměrných prvků 

  8.

  9.

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.  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

Rychlé vytváření prototypů - Příručka pro učitele

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

Minos++

Rychlé vytváření prototypů - Příručka pro učitele

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

Minos++

Rychlé vytváření prototypů - Příručka pro učitele

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

Minos++