23 października 2017


Modelowanie powierzchniowe w systemach CAD może być uzupełnieniem modelowania bryłowego – wówczas mówimy o modelowaniu hybrydowym (łączonym). Ale użycie powierzchni w niektórych sytuacjach może być jedynym możliwym rozwiązaniem, w szczególności dotyczy to tworzenia bardzo skomplikowanych kształtów oraz pracy z plikami uszkodzonymi, gdzie najczęściej znajdują się wady ścian modelu. Modelowanie powierzchniowe w SolidWorks daje wiele możliwości ze względu na dużą ilość operacji dedykowanych oraz łatwość łączenia tychże operacji z tradycyjnym modelowaniem bryłowym.

Paweł Kęska

Jakie zastosowanie znajdą powierzchnie w projektowaniu elementów z tworzyw sztucznych?
Zazwyczaj sprowadza się to do wymienionych powyżej kwestii, a więc jedynej możliwości uzyskania lub też łatwiejszego wykonania skomplikowanych kształtów z odpowiednim typem ciągłości na granicy ścian oraz edycje i naprawy plików importowanych z innych systemów wspomagających projektowanie.
rys.-1_sZasadniczą różnicą pomiędzy powierzchnią a bryłą jest to, że ta pierwsza nie ma grubości. Zatem nie występuje spotykany czasem w modelowaniu bryłowym – w przypadku pracy z częściami wieloobiektoymi – problem „zerowej grubości”, uniemożliwiający połączenie ze sobą niektórych obiektów bryłowych (Rys. 1).
rys.-2_sJednak fakt braku grubości może mieć też negatywne konsekwencje. Zazwyczaj docelowo chcemy uzyskać obiekt bryłowy, a więc powierzchnia musi zostać pogrubiona (Rys. 2).
Pogrubienie powierzchni odbywa się poprzez odsunięcie ścian i odpowiednie ich przycięcie, co często kończy się niepowodzeniem, ze względu na tak zwaną samo przecinającą powierzchnię. Z efektem tym można się spotkać podczas zastosowania operacji skorupy oraz podczas odsuwania powierzchni. Zazwyczaj odsunięcie na zewnątrz nie powoduje problemów, gdyż zaokrąglone ściany są odpowiednio przeskalowane co do wartości promienia. rys.-3_sZmiana kierunku może skutkować tym, że przy pewnych wartościach odsunięcia promień osiągnie wartość zero; efektem będzie usunięcie tej ściany i połączenie pozostałych, co utworzy ostre przejście. Lecz w wielu przypadkach program nie jest w stanie odpowiednio przyciąć i połączyć powierzchni, przez co powstaję błąd (Rys. 3).
rys.-4_sTypowym przykładem obiektu, który w zasadzie nie jest możliwy do wykonania metodą modelowania bryłowego może być siodełko rowerowe (Rys. 4).


Powierzchnie, ze względu na budowę, można podzielić na kilka typów, w tym:
• powierzchnie liniowe powstałe w operacjach wyciągnięcia lub rozwinięcia, które w uproszczeniu cechują się tym, że na dowolnym przekroju równoległym do wektora definiującego kierunek wyciągnięcia istnieją liniowe rys.-5_sodcinki leżące na powierzchni, do których należy każdy punkt znajdujący się na tej powierzchni. Jest to w zasadzie najprostsza forma powierzchni, którą w SolidWorks można uzyskać stosując operację wyciągnięcia powierzchni, pochylenia, powierzchnię rozwijalną czy rozejście promieniowe oraz powierzchnie neutralne będące także formą liniowego wyciągnięcia (Rys. 5).
• powierzchnie rozwijalne do których można zaliczyć powierzchnie planarne, obrotowe (tworzące stożka, walca, torusy). Ten typ powierzchni może być sprowadzony do płaskiego rozkroju, rys.-6_sco może mieć zastosowanie przy konwersji na arkusz blachy. Są to powierzchnie o zerowej krzywiźnie Gaussa tzw. prostokreślne, które znajdują zastosowanie w inżynierii, w szczególności w okrętownictwie, ponieważ powierzchnie rozwijalne można uzyskać poprzez gięcie powierzchni arkuszy blachy, bez jej załamywania (przetłoczenia) (Rys. 6).
• powierzchnie NURBS (ang. Non-Uniform Rational B-Spline), które umożliwiają tworzenie najbardziej zaawansowanych kształtów i są szeroko rys.-7_swykorzystywane w modelowaniu powierzchniowym. Powierzchnie tego typu określone są przez krzywe U-V będące splajnami, gdzie powierzchnia jest interpolowana pomiędzy nimi. W SolidWorks powierzchnie NURBS można uzyskać w operacjach m.in. wyciągnięcia po profilach i po ścieżce, powierzchnie według granicy, operacji wypełnienia powierzchnią i swobodnego formowania (Rys. 7).

Wszystkie te rodzaje powierzchni znajdują zastosowanie w inżynierii podczas projektowania i modyfikacji elementów, w tym wyprasek. W szczególności podczas wykonywania modeli elementów przygotowywanych do produkcji metodą wtrysku tworzywa, znajduje zastosowanie modelowanie powierzchniowe, ponieważ niektóre kształty nie są możliwe do uzyskania podczas pracy z obiektami bryłowymi.
Powierzchnie świetnie sprawdzą się w przypadku wyciągnięcia po profilach, w szczególności w przypadku otwartych jego segmentów. rys.-8_sBędzie to miało uzasadnienie dla tzw. zamkniętego wyciągnięcia, gdzie pierwszy profil jest zarazem ostatnim. Żadną operacją bryłową nie możemy uzyskać identycznego efektu. Wygodnym rozwiązaniem jest użycie tylko jednego szkicu, w tym przypadku 3D, a podczas operacji wybiera się jego segmenty (Rys. 8).