A gyakorlatban sok olyan alkatrész van, melynek nincs modellje vagy a modellnek egy részét kell csak javítani esetleg a modell annyira összetett, hogy újra gyártásáshoz nem éri meg az analitikus modell létrehozása. A digitális modell megléte napjainkban a gyártás alapja függetlenül attól, hogy az anyaghozzáadással vagy anyagelvétellel történik. Így a szükséges szintű és megfelelő minőségű digitális modell létrehozása alapvető fontosságú. Alábbi cikkünkben bemutatjuk a Reverse Engineering lépéseit, megválaszoljuk legalapvetőbb kérdéseit, illetve bemutatjuk az NX -ben rejlő megoldásokat a fenti témára.
Kihívások, ha nincs digitális modell
A 3D szkenneléssel mindenki találkozott, mindenki hallott, de a modell visszaépítéséről és hogy hogyan jut el a gyártásig, arról nagyon keveset hallunk. Kulcsfontosságú, hogy a szkennerek által kiadott modellt fel lehessen dolgozni. Természetesen vannak speciális szoftverek a szkennerek mellet, amik segítenek a felületek visszaépítésében. Illetve a CAD rendszerekben is meg van a tudás, hogy a pontfelhőből un. poligon modellt készítsenek, de a további építkezés támogatása korlátozott.
Számos helyzetben azonban egy megfelelő modellezési tudású rendszerre mindenképpen szükség van. Ilyen gyakorlati helyzetek:
- Modellt jó minőségben lehet szkennelni, de a modell belső kialakítását nem lehet leképezni, mert „nem lát bele”. A részlegesen elérhető részletek (pl. furatok) javításához modellezést is végző rendszert célszerű használni. Ilyen további példa a menetes kialakítások, amelynek méretét pozícióját kell meghatározni, de nem érdemes visszaépíteni adott esetben az egész menetet.
- Modell olyan szabadformájú, és alakú, amelyet nem érdemes analitikus felületekkel modellezni, de javítani, módosítani mégis szükséges (pl. szobor restauráció).
- A szkennelt felületeknek csak egy részét kell visszaépíteni és javítani, módosítani.
A kihívás minden esetben modellezési kérdéseket vet fel, mint az alábbiak:
- A szkennelt modell részletes, de hogyan használom fel további modellezésre pl.: készítek bele egy lépcsős furatot?
- A szkennelt modell csak részleteiben teljes, vannak rajta olyan hibák, amiket ki kell pótolnom.
A továbbiakban a felmerülő kihívásokra és kérdésekre nézzük meg az NX milyen eszközöket biztosít.
A szkennelt adat szűrése előkészítése, javítása – poligon modellezés
Gyakori, hogy a szkennelés során az alábbiakat tapaszaljuk:
- Csak pontok vannak abból kell poligon hálót készíteni
- Túl sok szkennelt pontból áll a pontfelhőnk
- Vannak rajta olyan hibák, amelyek apró önmetszéseket tartalmaznak
- Vannak szakadások, lukak a szkennelt felületeken
- Modell olyan méretű, hogy csak több lépésből lehetett szkennelni, ezeket össze kell illeszteni.
Az ilyen jellegű hibák javításában és átalakításában nyújt segítséget az NX poligon modellezés, amelynek bemenetként akár elég egy pontfelhő is, de egy STL állomány is megteszi.
Amennyiben látjuk, hogy a pontfelhő túl sűrű (ami nagyban lassítja a pontfelhő feldolgozását) akkor lehet az alkotó pontok számát csökkenteni, kezelhetővé téve a modellt, de megtartva annak pontosságát. A modell amennyiben több szkennelésből tevődik össze úgy azok összeillesztése (best fit) sajátságosan a poligon modellezés feladata. A poligon felületek esetében persze a háló finomítása is szóba jöhet, hogy bizonyos területeken jobb minőségű esetleg később módosítandó felületet is elő tudjunk állítani.
Ezen felül, hogy a hagyományos modellezéshez hasonlóan lehet a modell darabolni, „felületeit” vágni ez természetes, amelyben olyan speciális kijelölések segítenek, mint a tollszerű kijelölés, amellyel a poligon felületet pásztázva lehet kijelölni annak részeit. A szétvágással el tudunk olyan felületrészeket távolítani, amelyekre nincs szükség, vagy feleslegesen bonyolítják az alkatrészt, esetleg analitikus felületekkel kívánjuk pótolni.
A felületek félautomatikus javításában szintén egyszerűen belevághatunk, mert a jellegzetes hibák detektálásra külön parancs van, amin automatikus javítást is kérhetünk.
Poligon felületből analitikus modell – reverse engineering NX toolbar
A poligon hálóból a modell visszaépítés felé az elő lépés, hogy a modell jellegzetes felületeit detektáljuk. Az emberi gondolkodás számára egyértelműen visszafejthetők, hogy egy-egy részlet milyen alakelemrésze. Hasonló logika mentén szabályok alapján jellegzetességeket felismerve dolgozik az NX az alábbi esetekben.
A felületek illesztését segíti az a parancs, amivel az egész poligon felhőt átvizsgálva a jellegzetes és egyszerű felületeket (mint a sík henger, kúp, gömb) detektálja, és azokat színnel jelzi a poligon hálón. A színnel jelzett területekre saját belátásunk szerint illeszthetünk felületeket, de át is színezhetjük, hogy jelöljük jellegzetes tulajdonságát és később pl. szabadalakú felület illesztésekor elég a felültrészt szín alapján kiválasztani.
A modellépítés további lehetősége, hogy a modellt olyan részekre osztjuk fel, amely a modell görbületeit használja fel. Amelyekből a lekerekítések és a felületi élek rajzolódnak ki így darabolva akár szabad formájú, de kisebb egységekké a modellt. A nagyobb egységekre lehet felületet illeszteni az egyszerű síktól a hengeren át a szabadformájú felületig.
A szabadalakú felületek illesztésére is van külön lehetőségünk, amelyben négyoldalú felületeket húzunk rá a poligon modellre, szabályozva azok határát.
Ha igazán jó modellt akarunk építeni, akkor ahhoz hasonlóan tudunk a meglévő pontok alapján építkezni, ahogy nulláról modelleznénk. De a modell pontjait, keresztmetszeteit is fel tudjuk használni, mert a poligon hálót tudjuk testszerűen is kezelni metszeni, de erről a konvergens modellezés alatt nézzük meg a részleteket.
Szkennelt modell és analitikus alakelemek egyszerre, javítás – konvergens modellezés
A poligon modell teljes visszaépítésére gyakran nincs szükség, hanem kiegészítő modell elemeket szeretnénk hozzá adni, mint pl. furatok. Mi lesz az eredménye, ha poligon hálóból egy analitikus testet vágunk ki? A válasz lehetne, hogy poligon modell, de ebben az esetben elveszítjük azt a pontosságot, esetleg menet jelölést, ami a furaton van, és pl. összeállításban nehéz lenne kezelni. Az igazán jó az lenne, ha a poligon modell megmaradna eredeti formájában, de ami bele kerül furat az normál felületként szerepelne. Ezt teszi lehetővé a konvergens modellezés. A konvergens modellezés a poligon modellt, és a normál test és felület modellt egyben kezeli és mindegyiket így egyféle testként – konvergens testként – úgy kezeli, mint egy hagyományos modellt. Ez lehetővé teszi a legtöbb testszerű parancs használatát, amivel furatokat vágásokat egyesítéseket tudunk végezni a poligon hálót is tartalmazó modellen.
A konvergens test hatalmas előnye a bool műveletekben jön elő, mert ezek a műveletek is egy normál test bool műveleteinek sebességével történik. A konvergens test természetesen kapcsolódó folyamatokban pl. rajzkészítésben, megmunkálás tervezésben, vagy analízisben is fel lehet használni hatalmas lökést adva a modellel való munkának.
Az előző fejezetben leírt jellegzetes felületek detektálására és azok automatikus cseréjére analitikus felületekre, külön parancsot kapott úgy, hogy a modellnek csak a kiválasztott részét kell megadni, hogy hol cserélje az NX pedig elvégzi ezt a feladatot.
Abban az esetben, amikor a szkennelést azért végezzük, hogy egy szerszám kopott részét kipótoljuk, az NX erős felületmodellezési képességeivel és a konvergens testen való műveletekkel ki tudjuk egészíteni ezzel javítást tudunk eszközölni a modellen, nem veszítve el az integritását.
Szabad alakú felületek további alakítása – realize shape
A szabad alakú felületek esetében szükség szerint lehet, hogy azokat tovább kívánjuk alakítani, de ezekre nincs szabályos felület, vagy csak egyszerűen nem tudunk szabályt megadni, csak azt kívánjuk, hogy egy-egy része a felületnek kicsit másképpen fusson akkor tudunk olyan eszközt használni, mint a realize shape az NX-ben.
A poligon felületre – a megadott tűrésen belül – generált poligon váz elemeit mozgatva, úgy dolgozhatunk a testtel mintha csak gyurmáznánk, nem pontosan megadva a modell módosítási paramétereit, szabadon alakítva.
A relaize shape felületté alakítás kiváló eszköz arra is, hogy egy lépésben analitikus felületté alakítsuk a modellt pl. 5 tengelyes megmunkálások elvégését lehetővé téve.
Modernizálás – felületi minta felvitele
Gyakori, hogy egy-egy szkennelt modell-t szeretnénk egy ráncfelvarrás alá tenni, és pl. a látható, vagy fogható felületeit valamilyen felületi mintával ellássuk. Ennek esztétikai, de funkcionális okai is lehetnek. A felületre vitt textúrát a konvergens modellezés teszi lehetővé ás a modern anyaghozzáadásos technikákkal közvetlen akár gyártható is.
Teljes szkennelt modell alakítása – global shaping
A modell, amit szkennelünk, gyakran csak kiinduló modell, és egyedivé kell tenni pl. azzal, hogy egy ember alkatához kell igazítani, vagy egy-egy szobor motívum mintát egy másik felületre kell átvinnünk. Ebben segít az NX global shaping funkciója, amely természetesen a konvergens testekre is használható.
A global shaping a teljes modell alakítását teszi lehetővé vezérgörbével, felülettel, amely a teljes testet alakítja megtartva annak jellegzetességeit így igazítva a kívánt alakra. A global shaping vezérelhető többfajta módon is, pl. ponttal, felülettel, de akár egy sablon görbével is. A végeredmény analitikus felület esetén analitikus lesz, de konvergens test esetén marad a konvergens test.
Meglévő modell könnyítése – lattice modellezés, generatív modellezés
A visszanyert modell esetén, gyakran látjuk, hogy a modellt lehetne könnyebbé tenni. Időnként gyártástechnológiai, vagy csak optimalizálás hiánya miatt sokkal több anyag van egy alkatrészben, mint azt a mechanikai terhelés indokolna. Hogy az alkatrészt könnyebbé tegyük a mechanikai tulajdonságait nem változtatva és nem utolsó sorban pl. a 3D nyomtatást is megkönnyítsük, gyorsítsuk belső kikönnyítést egy rácsos szerkezetet – lattice szerkezetet – tudunk a modellbe definiálni.
A lattice szerkezet alapjául szolgáló cella lehet sokféle igényektől függően és ennek létrehozását azért az NX teljes mértékben támogatja. A létrehozott cella egységeket ezután egymás mellé generálva egy térfogatot ki lehet tölteni, amelyet természetesen meg kell adnunk, és a cellákat egymás mellé generálva összekötve. Valamint a test határon kialakítva a további testhez való kapcsolódásokat a lattice struktúra automatikusan definiálja is. Van lehetőség, hogy a cella orientáltságát felülettel vezéreljük így tovább strukturáljuk azt.
A szkennelt modellek esetében gyakran a csatlakozó felületei határozzák meg az alkatrész fő beépítését, és emellett egy adott terhelést kell elviselnie a funkciójának megfelelően. Az alkatrész számára jellemzően egy adott tér áll rendelkezésre, amelyben nem minden tértfogategység vállal azonos szerepet, így vannak olyan részek, amelyeket el is lehetne hagyni, nem teherviselőek. A generatív tervezés ezt végzi el, ahol azokat a térfogat részeket tölti fel, amelyek valóban teherviselők lesznek. Maga a folyamat, amellyel létrejön a megfelelő térfogatrész topológiai optimalizálásnak hívjuk. Az NX-ben egyszerű a mérnökök által is használható, de a végelemes számítási módszereket használó változata is van. A modell tömege jelentősen csökkenthető, de a kialakuló már-már organikus modellek jellemzően csak additív technológiával állíthatóak elő jellegüknél fogva.
A generatív tervezésben létrejövő modellek jellemzően konvergens testként jönnek létre így minden előbbiekben részletezett modellezési eszköz használható a további alakításukra.
Gyártástervezés anyagelvétellel – hagyományos forgácsolással
Ha a szkennelt és reverse engineering NX eszközeivel megfelelő mértékben visszaépített modell eredetileg hagyományos gyártással létrehozott alkatrész volt, akkor azt az alkatrészre a megfelelő műveleteket ismét létre tudjuk hozni az NX megmunkálás tervezése alatt. Amennyiben teljes 3D modellt készítünk, akkor a CAM-es tervezés teljes palettája használható, ami magába foglalja megmunkálási alakelemek felismerését és azokra történő automatikus művelet generálását.
Amennyiben konvergens modellünk van és vegyesen vannak benne poligon modell felületek, és analitikus felületek, akkor is tudjuk használni a modellt, mert a gyártandó modellnek a konvergens testet is meg tudjuk adni és arra nagyoló és simító műveleteket is létre lehet hozni az NX teljes CAM palettájával.
Gyártás anyaghozzáadással – 3D nyomtatással
A gyártás különösen bonyolult, több készüléke igénylő, vagy több alkatrészes után gyártáskor sok olyan kiegészítőt igényel, amely jelentősen megdrágítja (készükékek, speciális 5 tengelyes megmunkálások). Ezért érdemes megfontolni az alkatrész additív technológiás (népszerűbb nevén 3D nyomtatásos) eljárással történő gyártását. A hagyományos anyagelvétellel járó gyártás esetében bonyolult alkatrész esetén meg kell tervezni magát a gyártási folyamatot, ahhoz be kell szerezni a megfelelő szerszámokat, és jellemzően több felfogásból esetleg speciális készülékkel kell a szerszámgépen megmunkálni. A több felfogásos esetleg drága szerszámokat igénylő megmunkálást tudja megszüntetni az alkatrész anyaghozzáadásos (additív) gyártása (népszerűbb nevén 3D nyomtatás). Ha már additív gyártás, akkor lehet kikönnyítéseket használni, azaz lattice struktúrát tudunk mind fém mind műanyag modellekbe nyomtatni
Az additív gyártást azonban hasonlóan meg kell tervezni, hogyan állunk neki, ezért az NX beépített ellenőrzési eszközeivel oldalferdeségeket és a felületek egy irányból való túllógásait is le tudjuk ellenőrizni. Ami fontos ellenőrzés még, mint ahogy a műanyag fröccsöntött modelleknél is a falvastagság ellenőrzése. A falvastagság ellenőrzés a nyomtatott modell vetemedése, és az egyenletes minőség miatt fontos.
Az additív gyártás előkészítésekor fontos meghatározni, hogy mi az optimális nyomtatási irány, ami sok tényezőtől függ, minta a gép munkatere, nyomtatási egyenletessége, a darab mechanikai terhelése és nem utolsósorban az optimális alátámasztás, amelyet érdemes minimalizálni, hogy minél kevesebb utómunkával lehessen az additív gyártást véghez vinni, minél kevesebb legyen a nyomtatási idő és minél kevesebb anyagot nyomtassunk fölöslegesen, de elégséges alátámasztást tegyünk ahhoz hogy a hőt megfelelően eltudjuk vezetni a darabtól és csökkentsük a kész darab deformációját.. Mindebben az NX additív gyártást támogató modulja segít. Ezen túlmenően az NX integrált rendszerének köszönhetően a felépített nyomtatási modell nyomtatási végeselemes analízisével még vetemedést is tudjuk szimulálni így meghatározhatunk olyan ellendeformált modellt, amelyet nyomtatva a kívánt modellt kapjuk meg.
Összefoglaló
Összefoglalásul láthatjuk, hogy az NX-ben egy szkennelt poligon modellt a kívánt mértékig, vagy teljesen is vissza tudunk építeni 3D modellé. Ha teljesen visszaépítjük, akkor a szinkromodellezéssel tudjuk esetleges módosításokat végrehajtani. A modellt, ha csak részben építjük újra (pl. a funkcionális felületeit) akkor is a poligon modellt és a parametrikus modell közös tulajdonságait használhatjuk a konvergens modellezésben. A konvergens modellezésben lehetőség van a poligon modellen is módosításokat végezni (pl. letörések hozzáadása) így nem is kell teljesen újraépíteni. A relaize shape a szabadfelületek módosítására egy jól kontrollálható eszközt ad könnyedén és jól irányíthatóan átalakítható modell hozható létre. A modelleket persze gyártani is kell, amelyet az NX a konvergens modellek hagyományos forgácsolásos gyártásával és az additív gyártástervezéssel támogat. Az additív tervezéskor az optimális irányultságot, támasztékokat, és vetemedést is figyelembe tudjuk venni, amelyből vetemedést figyelembe vevő, nyomtatási idővel becsült tervet kapunk eredményként.
Reverse Engineering NX – Webinár
Ha a fentiekhez hasonló problémákra keres megoldást, ha felkeltettük érdeklődését tekintse meg webinárunkat május 19-én 10 órakor. Előadásunk ingyenes, de regisztrációhoz kötött.
A következő linken regisztrálhat rövid mindössze 15 perces Reverese Engineering NX összefoglalónkra: Reverse Engineering NX bemutató Webinár
De ha részleteiben érdeklik a technikai megoldásaink Reverse Engineering NX témában akkor regisztráljon bővebb 45 perces technikai webinárunkra: Reverse Engineering NX Technikai Webinár
