Realizujeme projekty na škole s využitím 3D tisku, 10. díl

Tags: 3D tisk | Petr Fořt | PLM | SPŠ | Výuka | Žďár na Sázavou

3D tisk je be­ze­spo­ru tech­no­lo­gií, která de­fi­nu­je jed­no­du­chou, mo­der­ní vý­ro­bu sou­čás­tí jak na úrov­ni do­má­cích pro­jek­tů, tak na úrov­ni prů­mys­lo­vé pro­duk­ce. Adi­tiv­ní tech­no­lo­gie zna­me­ná oprav­do­vou re­vo­lu­ci v ob­las­ti do­stup­nos­ti snad­né­ho zpra­co­vá­ní 3D dat do po­do­by fi­nál­ních vý­rob­ků. Náš de­sá­tý díl se­ri­á­lu vě­no­va­né­ho zá­kla­dům 3D tisku vě­nu­je­me tvor­bě vstup­ních dat kaž­dé­ho pro­jek­tu.

Te­pr­ve s na­sa­ze­ním vhod­ných tech­no­lo­gií pro pří­pra­vu 3D dat se stává z 3D tisku oprav­do­vý kre­a­tiv­ní ná­stroj, který mů­že­te oprav­du ovlád­nout. Exis­tu­je ně­ko­lik mož­nos­tí, jak při­pra­vit 3D data pro 3D tisk. Každý z těch­to po­stu­pů má své vý­ho­dy a ne­vý­ho­dy. Po­sky­tu­je jinou mož­nost vy­u­ži­tí, a úrov­ně mo­di­fi­ka­ce pri­már­ní­ho ná­vr­hu.

Parametrický 3D model jako výborný základ pro konstrukci a přesný 3D tisk

Pokud se po­dí­vá­me do his­to­rie vý­vo­je 3D apli­ka­cí ur­če­ných pro zpra­co­vá­ní 3D dat vi­dí­me někdy kolem 90. let mi­nu­lé­ho sto­le­tí vy­čle­ně­ní sa­mo­stat­ných soft­ware ná­stro­jů, které pů­vod­ně vznik­ly pře­váž­ně v ná­roč­ných ob­las­tech prů­mys­lu, jako je vý­ro­ba le­ta­del, kos­mic­kých lodí, au­to­mo­bi­lo­vý prů­my­sl apod. Tyto ná­stro­je pra­co­va­ly pře­váž­ně na nej­vý­kon­něj­ších pra­cov­ních sta­ni­cích pře­váž­ně pod ope­rač­ním sys­té­mem UNIX. Se stále ros­tou­cím po­ten­ci­á­lem běž­ných osob­ních po­čí­ta­čů pa­ra­me­t­ric­ké apli­ka­ce pře­šly i na tuto plat­for­mu vý­po­čet­ní tech­ni­ky.
Zdro­jo­vé 3D mo­de­ly vzni­ka­jí vy­u­ži­tím přís­ně kon­t­ro­lo­va­ných a přes­ných vek­to­ro­vých ob­jek­tů, které jsou po­psá­ny ge­o­me­t­ric­ký­mi a roz­mě­ro­vý­mi pa­ra­me­t­ry po­mo­cí čí­sel­ných kon­s­tant pří­pad­ně s po­mo­cí slo­ži­těj­ších ma­te­ma­tic­kých ope­ra­cí. Pa­ra­me­t­ric­ký model je pre­ciz­ním po­pi­sem 3D ge­o­me­t­rie s vy­so­kou mírou fle­xi­bi­li­ty a mož­nos­ti do­da­teč­né, přes­né mo­di­fi­ka­ce. Pa­ra­me­t­ric­ké mo­de­ly si ne­u­stá­le „drží“ své kon­t­ro­lo­va­né tvary a jsou díky tomu skvě­lým zá­kla­dem pro va­ri­a­bil­ní a přes­nou vý­ro­bu sou­čás­tí nejen po­mo­cí metod 3D tisku.

Plně parametrický model s úplným popisem všech konstrukčních prvků

Jedná se ve své pod­sta­tě o zá­klad­ní po­stu­py, které jsou vy­u­ží­vá­ny při tvor­bě tech­nic­kých pro­jek­tů bez ohle­du na roz­mě­ry a tvary. Jis­tou ne­vý­ho­dou této me­to­dy je slo­ži­těj­ší tvor­ba tva­ro­vě ná­roč­ných ob­jek­tů. Pa­ra­me­t­ric­ký model jistě ne­vy­u­ži­je­me jako pri­már­ní na­pří­klad pro tvor­bu po­sta­vič­ky do po­čí­ta­čo­vé hry, ale bude vždy zá­sad­ní v ob­las­ti kon­struk­ce tech­nic­kých pro­jek­tů. Pa­ra­me­t­ric­ký model je tra­dič­ním zá­kla­dem pro­jek­tů vy­tvá­ře­ných v od­bor­ných PLM a BIM apli­ka­cích.

Polygonální model jako zdroj 3D dat

Po­ly­go­nál­ní model je při tvor­bě 3D ge­o­me­t­rie ur­či­tou kla­si­kou. V této ob­las­ti exis­tu­je celá řada apli­ka­cí, které umož­ňují vy­tvá­řet a zpra­co­vá­vat ob­jek­ty s vy­u­ži­tím 3D po­ly­go­nů. Po­ly­go­nál­ní model mů­že­me zís­kat i po­mo­cí soft­ware ná­stro­jů pro ani­ma­ci, mul­ti­me­di­ál­ní tvor­bu apod. Tato me­to­da je skvě­lým ná­stro­jem pro „fre­esty­le“ mo­de­lo­vá­ní ob­jek­tů, které mů­že­me jed­no­du­še trans­for­mo­vat a upra­vo­vat jak v ro­vi­nách, tak v pro­sto­ru. Me­to­da je ob­lí­be­ná také při tvor­bě ob­jek­tů do tri­ko­vých scén filmů, nebo do po­čí­ta­čo­vých her. Pro zpra­co­vá­ní po­ly­go­nál­ních mo­de­lů exis­tu­je řada po­stu­pů od jed­no­du­chých trans­for­mač­ní­ho ope­ra­cí až po skrip­to­va­né pří­ka­zy, které umož­ňuji au­to­ma­ti­zo­vat na­pří­klad slo­ži­té trans­for­ma­ce a roz­pa­dy ob­jek­tů.

3D model vytvořený pomocí transformací polygonů

V tech­nic­ké praxi má po­ly­go­nál­ní mo­de­lo­vá­ní nej­blíž k vy­tvá­ře­ní a mo­di­fi­ka­cím 3D dat zís­ka­ných po­mo­cí 3D ske­ne­ru. Zde je čas­tě­ji po­ly­go­nál­ní model vy­u­žit více ve spo­je­ní s kon­t­ro­lou ge­o­me­t­rie a me­t­ro­lo­gií, než s po­do­bou vy­u­ží­va­nou pro fi­nál­ní zpra­co­vá­ní 3D dat na­pří­klad me­to­dou 3D tisku, nebo na vý­kon­ných CNC ob­rá­bě­cích stro­jích.

Hybridní model pro 3D tisk

Jedná se ve své pod­sta­tě o ur­či­tý kom­p­ro­mis v ob­las­tech spo­je­ní po­ly­go­nál­ní­ho a pa­ra­me­t­ric­ké­ho mo­de­lo­vá­ní. Hyb­rid­ní model je i přímo pod­po­ro­ván řadou mo­de­lo­va­cích ná­stro­jů in­te­gro­va­ných pře­de­vším v mo­der­ních prů­mys­lo­vých PLM apli­ka­cích. Tato me­to­da se snaží vy­tvo­řit vy­so­ce kre­a­tiv­ní plat­for­mu, kdy mů­že­me při tvor­bě pro­jek­tu vy­u­ží­vat sou­čas­ně jak po­ly­go­nál­ní, tak pa­ra­me­t­ric­ká 3D data.

Tvorba hybridního 3D modelu

Mů­že­me navíc mezi jed­not­li­vý­mi me­to­da­mi tvor­by 3D mo­de­lu pře­pí­nat. Tyto po­stu­py si pře­de­vším vy­žá­da­ly ná­stro­je pro zpět­né pro­jek­to­vá­ní blíz­ce na­vá­za­né na 3D ske­no­vá­ní ob­jek­tů. Ty­pic­kou si­tu­a­cí, může být opra­va staré­ho, již na trhu ne­do­stup­né­ho dílu do his­to­ric­ky cen­né­ho au­to­mo­bi­lu. Část po­ško­ze­né sou­čás­ti zpra­cu­je­me po­mo­cí 3D ske­ne­ru a zby­tek kon­strukč­ních prvků zpra­cu­je­me jako ří­ze­nou 3D ge­o­me­t­rii po­mo­cí pa­ra­me­t­ric­ké­ho mo­de­lo­vá­ní.

Práce na kombinovaném hybridním 3D modelu, přidání parametrických prvků

Podoba popisu hybridního 3D modelu v Autodesk Inventoru

Kdy, jakou metodu zvolit?

Správ­ná de­fi­ni­ce uza­vře­né 3D ge­o­me­t­rie je zá­kla­dem úspěš­né vý­ro­by na 3D tis­kár­ně. Pokud to umož­ňuje pro­jekt a si­tu­a­ce, je vždy vhod­né pre­fe­ro­vat při tvor­bě mo­de­lu plně pa­ra­me­t­ric­ký model. Ten je zá­kla­dem přes­né ge­o­me­t­rie, kte­rou lze po­mo­cí his­to­rie tvor­by mo­de­lu kdy­ko­liv podle po­tře­by mo­di­fi­ko­vat. Pokud se jedná o tech­nic­ký pro­jekt s ná­sled­nou tvor­bou do­ku­men­ta­ce a přes­nou vý­ro­bou je pa­ra­me­t­ric­ký, pří­pad­ně hyb­rid­ní model jas­nou vol­bou. Na­o­pak pokud chce­te model jed­no­du­še volně mo­di­fi­ko­vat a ne­zá­le­ží nám pří­liš na jeho vy­so­ké přes­nos­ti může být po­ly­go­nál­ní 3D model ide­ál­ní ces­tou. Po­ly­go­nál­ní model je na­pří­klad jed­no­duš­ší ohnout, zkrou­tit, apod. Na více za­jí­ma­vých pro­jek­tů zpra­co­va­ných po­mo­cí 3D tisku mů­že­te na­hléd­nou na strán­kách www.spszr.cz.