Podaj trzy korzyści płynące z wykorzystania systemów CAD.
Znaczne skrócenie czasu projektowania
Odciążenie projektanta od czasochłonnych i często nudnych prac rutynowych (jak np. kreślenia czy obliczania), co zachęca do kontynuowania działań twórczych, np. projektowania wielowariantowego
Zwiększenie możliwości korzystania z istniejących rozwiązań projektowych, dzięki wykorzystaniu komputerowych baz danych istniejących norm, katalogów itp.,
Umożliwienie przeprowadzenia symulacji zachowania się projektowanego obiektu w różnych warunkach, jeszcze na etapie projektowania, bez konieczności budowy prototypu i przeprowadzania kosztownych badań laboratoryjnych lub eksploatacji,
Ułatwienie wyznaczania rozwiązania optymalnego
Podwyższenie jakości uzyskanego rozwiązania, np. przez to, że do obliczeń wykorzystuje się dokładniejsze modele matematyczne
Podaj/nazwij trzy główne rodzaje modeli tworzonych w systemie CAD.
Modele krawędziowe
Modele powierzchniowe
Modele bryłowe
Wyjaśnij co to są modele krawędziowe.
Odpowiednio ułożone i połączone w przestrzeni krawędzie reprezentujące bryłę w układzie współrzędnych. Do ich budowy wykorzystuje się punkty, linie, krzywe, łuki i okręgi, które są zapisywane w układzie kartezjańskim. Charakteryzują się dużą prostotą i wygodą przetwarzania. Ich zasadniczą wadą jest niejednoznaczność prezentacji obiektu, interpretacji co do położenia przestrzennego linii oraz ich planu (niewidoczne krawędzie). Zastosowanie modeli krawędziowych jest więc ograniczone.
Wyjaśnij czym są modele powierzchniowe.
Są tworzone za pomocą punktów, krawędzi i ścian; zawierają powierzchnie płaskie, stożkowe i walcowe. Są to obiekty 3D o zerowej grubości. Mogą one przybierać kształty od powierzchni płaskich do bardzo złożonych. Mogą być obiektami otwartymi lub zamkniętymi. W programie model powierzchniowy zapisany jest jako informacja o współrzędnych punktów leżących na danej powierzchni i wyznaczających jej krzywiznę. Rozwój modeli powierzchniowych nastąpił w wyniku zapotrzebowania na modelowanie złożonych powierzchni podczas projektowania karoserii samochodowych i płatów nośnych samolotów. Powierzchnie te mogą być opisane za pomocą podstawowych elementów geometrycznych typu płaszczyzna, walec, kula. Modele tej klasy mają coraz
szersze zastosowanie w modelowaniu powierzchni roboczych form i matryc.
Czym są modele bryłowe oparte na konstrukcyjnej geometrii bryłowej?
W modelu złożony obiekt jest opisywany za pomocą łączenia podstawowych elementów bryłowych (prymitywów). Są nimi najczęściej: prostopadłościan, walec, kula, stożek, torus. Tworzenie brył odbywa się poprzez operacje matematyczne Boole’a: suma, różnica, część wspólna. Struktura modelu utworzonego metodą CSG może zostać przedstawiona grafem. Do każdego węzła, również głównego (root), oprócz początkowych (leaf), dochodzą dwa odgałęzienia. Węzłami początkowymi są proste figury geometryczne. Korzystając z algebry Boole’a dokonuje się
przetwarzania graficznego brył w modelowaniu 3D i uzyskuje bryłę końcową jako wynik sekwencji tych działań.
Nazwij trzy rodzaje współrzędnych stosowanych podczas modelowania w systemie AutoCAD.
Współrzędne kartezjańskie
Współrzędne sferyczne
Współrzędne walcowe
Wyjaśnij czym są współrzędne względne a czym współrzędne bezwzględne w systemie AutoCAD.
Współrzędne względne określają położenie punktu względem aktualnego układu współrzędnych (globalnego lub
lokalnego) a współrzędne bezwzględne są mierzone od ostatnio utworzonego punktu.
Czym jest Globalny Układ Współrzędnych w systemie AutoCAD?
Standardowo współrzędne odnoszą się do Globalnego Układu Współrzędnych, na stałe związanego z modelem. Tworząc rysunki dwuwymiarowe korzystamy jedynie z płaszczyzny XY tego układu, zapominając, że oś Z istnieje, gdyż współrzędna „Z” zawsze jest równa „0”. Modelując w przestrzeni 3D tworzymy obiekty wprowadzając (bezpośrednio lub domyślnie) wszystkie 3 współrzędne.
Globalny Układ Współrzędnych GUW nie może zostać zmieniony przez użytkownika.
Czym jest i do czego służy Lokalny Układ Współrzędnych w systemie AutoCAD?
Użytkownik może dowolnie definiować własny układ współrzędnych – tzw. Lokalny Układ Współrzędnych LUW. W danej chwili obowiązuje tylko jeden, bieżący LUW. LUW jest definiowany, gdy szkic ma się pojawić na płaszczyźnie XY zlokalizowanej inaczej niż ta w GUW.
Podaj trzy sposoby tworzenia modeli w systemie AutoCAD.
Podstawowe bryły dostępne w systemie
Wyciągnięcie szkicu/profilu
Obrót szkicu/profilu
Jaka jest różnica między blokami statycznymi a blokami dynamicznymi stosowanymi w systemie AutoCAD?
RÓŻNICA: elementami definicji bloku dynamicznego mogą być nie tylko obiekty graficzne i atrybuty, ale także parametry i operacje. W definicji bloku operacjami i parametrami można definiować reguły określające zachowanie bloku po wstawieniu go do rysunku.
Podaj trzy zalety stosowania bloków w rysowaniu/modelowaniu w systemie AutoCAD
Wygoda – wstawianie bloku jest mniej czasochłonne niż kopiowanie i oferuje większe możliwości
Elastyczność – po uaktualnieniu bloku jego wizerunek w każdym punkcie wstawienia ulega automatycznej zmianie, czego nie można powiedzieć o obiektach skopiowanych.
Oszczędność pamięci – odnośnik do bloku zajmuje dużo mniej miejsca niż obiekty które go tworzą
Łatwość manipulowania - niezależnie od stopnia złożoności bloku jego wstawienie polega na manipulowaniu nim jak pojedynczym obiektem.
Wyjaśnij czym jest „rapid prototyping”.
Procesy szybkiej budowy obiektów fizycznych na podstawie ich modeli komputerowych. Zbiór technik pozwalających na szybkie wytwarzanie prototypów fizycznych na podstawie modelu numerycznego 3D-CAD. Termin ten jest generalnie zarezerwowany dla metod przyrostowych, w których model kształtuje się przez ciągły przyrost materiału do uzyskania wymaganego kształtu.
Wyjaśnij stwierdzenie „Rapid prototyping to metody przyrostowe (addytywne)”.
Rapid prototyping to metody przyrostowe (addytywne). Tworzenie elementu odbywa się poprzez dodawanie kolejnych warstw materiału, które tworzą trójwymiarowy obiekt. Istnieje możliwość wykonywania w pełni dowolnych geometrii (np. wydrążona kula).
Nazwij lub przedstaw schematem główne etapy rapid prototyping.
Czym w rapid prototyping jest triangulacja?
Jest to proces przekształcania powierzchni brył w powierzchnię złożoną z trójkątów.
Czym w rapid prototyping jest teslacja i po co się ją realizuje?
To proces zagęszczania siatki trójkątów w celu podniesienia dokładności odwzorowania geometrii. Teslacja ma swoje bezpośrednie przełożenie na rozmiar pliku STL. Im mniejsza teslacja, tym mniejszy rozmiar pliku STL.
Czym w rapid prototyping jest zapis w formacie STL?
Po utworzeniu geometrii w oprogramowaniu CAD, niezbędne jest zapisanie jej w neutralnym formacie, umożliwiającym dalszą obróbkę w systemie RP. Najbardziej rozpowszechnionym formatem jest STL, który został opracowany przez firmę 3D Systems początkowo na potrzeby stereolitografii (stąd nazwa), a później znalazł zastosowanie także w innych metodach.W formacie STL powierzchnia elementu przybliżana jest siatką trójkątów, w pliku zapisane są współrzędne x, y, z każdego wierzchołka trójkąta oraz wektor normalny do powierzchni każdego z trójkątów. Taki zapis wiąże się oczywiście z pewnymi niedokładnościami, utworzone trójkąty nie oddają idealnie rzeczywistej powierzchni, przy czym im mniejsze trójkąty, tym większa dokładność, ale także większy rozmiar pliku.
Podaj trzy przykładowe metody rapid prototyping.
FDM – Fused Deposition Modeling
SL – Stereolithography
LOM – Laminated Object Manufacturing
W jaki sposób tworzone są obiekty w metodzie „drukowanie 3D”.
Budowa wyrobu polegająca na rozprowadzeniu za pomocą wałka warstwy proszku na platformie maszyny i spojeniu cząstek odpowiednim spoiwem w miejscu odpowiadającym kształtowi danego przekroju poprzecznego. Na tłok w komorze roboczej nanoszona jest warstwa proszku. Odpowiednia ilość proszku jest wypychana tłokiem w układzie dostarczającym proszek. Proszek rozprowadzany jest wałkiem na przekroju tworzonego obiektu. Głowica rozprowadzająca stopniowo nanosi spoiwo, które łączy proszek. Powierzchnia spojonego proszku zostaje nieznacznie obniżone na głębokość nowo utworzonej warstwy. Proces jest powtarzany do czasu jak zostaje utworzony cały element.
W jaki sposób tworzone są obiekty w metodzie SLS/miejscowe spiekanie laserem?
Budowa wyrobu polegająca na rozprowadzaniu proszku, który spiekany jest wiązką laserową. Na platformie urządzenia za pomocą wałka rozprowadzona jest warstwa proszku, którą następnie spieka się miejscowo wiązką lasera. Promień lasera powoduje spiekanie określonych obszarów warstwy proszku, przy czym następuje wówczas także topnienie uprzednio ułożonej warstwy, dzięki czemu uzyskuje się jednolitą bryłę tworzonego modelu. W innych metodach materiał ze stanu ciekłego przechodził do stanu stałego. A tutaj: przejście materiału ze stanu stałego (proszek), poprzez stan płynny, by ponownie być w stanie stałym (spiek). Technika ta polega na punktowym spiekaniu cienkiej warstwy termoplastycznego proszku za pomocą promienia lasera. Komora robocza urządzenia, w której panuje temperatura nieznacznie niższa od temperatury topnienia substancji czynnej, wyposażona jest w ruchoma podstawę, na która głowica nanosi równomierna warstwę proszku. Po przeprowadzeniu spiekania laserem nanosi się kolejna warstwę proszku i ponawia cykl. Proszek znajdujący się poza przekrojem nie jest usuwany, dzięki czemu stanowi podporę.
W jaki sposób tworzone są obiekty w metodzie LOM / warstwowe wytwarzanie obiektów?
Tworzenie modelu ze sklejanych ze sobą warstw materiału. Kształt modelowany jest poprzez wycinanie laserowe obrysu.
Specjalny papier pokryty cienką warstwą kleju zostaje podany na stół roboczy, następnie laser wycina odpowiedni kształt warstwy, reszta zostaje pocięta na małe kwadraty w celu łatwiejszego usunięcia. Po uzyskaniu odpowiedniego kształtu warstwy, stół obniża się o grubość warstwy i cały cykl zostaje powtórzony.
Otrzymujemy model laminowany, który zostaje czyszczony, czasami też malowany.
W jaki sposób tworzone są obiekty w metodzie SL/stereolitografia?
Polega na warstwowym utwardzaniu żywicy epoksydowej za pomocą wiązki światła ultrafioletowego, generowanego przez laser. Po wykonaniu wszystkich warstw składających się na bryłę, model wyjmuje się z komory roboczej i poddaje obróbce wykończeniowej. Polega ona na usunięciu struktur podpierających, a następnie na mechanicznym obrobieniu niektórych powierzchni. Żywice stereolitograficzne są łatwo obrabialne, można je również kleić, szpachlować i lakierować. Klejenie odbywa się przy pomocy ciekłej żywicy tego samego typu, którą następnie utwardza się przez naświetlanie UV. Wiązka lasera odchylana jest przez system luster, skanuje powierzchnię żywicy w miejscu, gdzie żywica ma być utwardzona (ma powstać model).
W jaki sposób tworzone są obiekty w metodzie FDM/ wytłoczne osadzanie materiału?
Model budowany jest z materiału przetłaczanego przez dyszę w stanie półpłynnym – materiał przeciskany jest przez dyszę ogrzaną do temperatury jego topnienia. Materiał jest wyciskany przez dyszę w formie filamentu (czyli nitki, drutu). W procesie wytwarzania modelu z jednej dyszy wytłaczany jest materiał do budowy modelu (materiał modelowy), natomiast z drugiej dyszy - materiał podpór (materiał podporowy). Materiał ten ma również za zadanie połączenie modelu z platforma roboczą. Podpory wykonywane są jednocześnie z modelem. Materiał podporowy może być jednym z dwóch typów: rozpuszczalny lub odłamywalny. Dla łatwego usunięcia podpór często są one wykonane z materiału rozpuszczalnego w wodzie.