23 października 2017


Wiele pomysłów rodzi się na kartce papieru. Bardzo często ich autorami nie są inżynierowie lecz projektanci wzornictwa, każdy jednak zaprojektowany element musi być technologicznie poprawny i możliwy do wyprodukowania. W artykule chciałbym przedstawić kilka przydatnych technik w przygotowaniu takiego projektu, począwszy od wczytania szkicu, poprzez  modelowanie bryłowe i powierzchniowe, a skończywszy na finalnym produkcie.

Paweł Kęska

Zadanie brzmi: zaprojektować kompletny wentylator łazienkowy na bazie szkiców koncepcyjnych i w odniesieniu do istniejących komponentów handlowych, takich jak silnik elektryczny.
Pierwszym krokiem będzie wczytanie szkiców do SolidWorks. Idealnym rozwiązaniem byłoby użycie krzywych wektorowych, ale to wymaga wykorzystania specjalistycznych programów graficznych. Oczywiście w praktyce wielokrotnie inżynierowie bazują na krzywych w DWG/DXF, czy na plikach pochodzących z Corela lub Adobe Ilustratora (*.ai), które akurat można bezpośrednio wczytywać do SolidWorks. 1Jednak omawiana sytuacja wymaga odtworzenia kształtu na bazie obrazka rastrowego (bitmapy).
Dobrą praktyką jest zdefiniowanie linii odniesienia na tych płaszczyznach, które będą użyte do utworzenia rzutów. Linie lub inne pomocnicze elementy szkicu należy zwymiarować, dlatego że wczytywany obrazek jest bezwymiarowy i można go dowolnie skalować (Rys. 1).
Obrazek wczytuje się do aktywnego szkicu i jest widoczny po jego rozwinięciu w drzewie. 2Lepszym rozwiązaniem będzie wczytanie grafiki do oddzielnego szkicu, co ułatwi dalsze ukrywanie lub pokazywanie obrazka; w przeciwnym wypadku należy użyć opcji wygaś/przywróć, ale w odniesieniu do wczytanej grafiki, a nie dla całego szkicu (Rys. 2).
3W zakładce „przezroczystość” można wykluczyć pewne kolory wybierając je z palety lub zaznaczając pipetą. W szczególności dotyczy to tła, które może zasłaniać fragmenty geometrii.
Po wczytaniu i przeskalowaniu odpowiedniej ilości rzutów, kontur obrazu można rozpoznać za pomocą dodatku Autotrace (w pakiecie Premium SolidWorks) (Rys. 3)
4Należy jednak mieć na uwadze, że rozpoznawanie ma sens, jeżeli jakość obrazka jest wysoka (wyraźne kontury  o dużym kontraście – małej ilości pikseli o pośrednich kolorach, z jednolitym tłem i dużą rozdzielczością). Jeżeli operacja powiodła się to powstały szkic może być dalej wykorzystany. W większości przypadków lepszym rozwiązaniem jest obrysowanie szkicu ręcznie lub modyfikacja tego, który powstał w procesie rozpoznania splajnu. Program rozpozna proste odcinki jako linie, elementy cylindryczne jako okręgi, jeżeli jakość grafiki będzie wystarczająca.
5Jak widać na rysunkach 4 i 5 nawet w przypadku wyraźnych konturów i przy zastosowaniu optymalnych ustawień, rozpoznanie nie przyniosło zamierzonego efektu.
Dlatego wczytany obraz posłuży jako podkład do obrysowania krawędzi ręcznie narzędziami szkicu. Jeżeli wykorzystujemy splajny wygenerowane przez Autotrace,  wymagają one uproszczenia – czyli zredukowania ilości punktów, w których sterujemy długością styczności, kierunkiem wektorów i położeniem punktów splajnu. W przeciwnym razie będzie to zablokowany szkic z domyślnie zaznaczoną opcją skalowania proporcjonalnego. Funkcja uprość splajn pozwala wygładzić krzywą zgodnie z oczekiwaniami i odblokować punkty splajnu. Inną przydatną techniką może być opcja dopasuj splajn, która umożliwia zastąpienie różnych elementów szkicu, takich jak: linie, łuki lub splajny połączone w łańcuch ale niekoniecznie będące stycznie, jednym ciągłym splajnem. Oczywiście nie wszędzie konieczne jest użycie splajnów, wszystko zależy od kształtu, wymagań dotyczących styczności na granicy itp.
6Przygotowany szkic jest gotowy do zaprojektowania zewnętrznej części obudowy. Źródłowy szkic z obrazkiem można teraz ukryć. Pierwszą operacją będzie teraz wyciągnięcie powierzchni z pochyleniem, odpowiadającym wybranemu materiałowi i wysokości ścian, co pozwoli następnie uzyskać styczność na granicy podziału matrycy i stempla. Używając operacji bryłowych można nadać pochylenie od razu podczas operacji wyciągnięcie dodania (Rys. 6).
7Niestety operacja granica powierzchni, dla zadanych krawędzi granicznych oraz krzywej prowadzącej, spowodowała pewną deformację. Dlatego te ściany zostaną usunięte i wypełnione ponownie z użyciem powierzchni, według granicy i wypełnienia powierzchni (Rys. 7).
Wypełnioną i połączoną powierzchnię zamieniamy na obiekt bryłowy, a następnie stosujemy skorupę, zamieniając geometrię na obiekt cienkościenny.
Obraz, który był wczytany w pierwszym szkicu, zostaje pokazany ponownie, aby było możliwe odrysowanie kolejnego konturu, tym razem niezbędnego do wycięcia otworu. 8Obiekt jest symetryczny względem dwóch płaszczyzn układu głównego, dlatego w możliwy sposób wykorzystujemy lustro w szkicu. W dalszym etapie pozwoli to też na szybkie wykonanie lustra jako operacji.
Kratka zabezpieczająca została wykonana jako wyciągnięcie powierzchni ze szkicu będącego splajnem, dlatego że otwór jest nieregularny i nie można zastosować szyku jako operacji wprost. Powierzchnia została pogrubiona, zostało także nadane pochylenie, zgodne z założeniami projektowymi (Rys. 8).
9Taki obiekt został powielony w operacji szyku (szyk obiektu), a naddatki zostały odcięte z odsuniętego szkicu w operacji wyciągnięcie wycięcia z zaznaczoną opcją wytnij na odwrót. Obiekty na końcu są połączone w jedną bryłę (Rys. 9).

10Element, który nie jest jeszcze ukończony, zostaje wstawiony do złożenia głównego, w którym wcześniej został umieszczony silniczek oraz inne komponenty wentylatora, będące bazą dla projektowanych nowych części. Elementy są wyrównane za pomocą wiązań (Rys. 10).

11Wewnętrzna obudowa powstanie w odniesieniu do istniejących części jako tzw. komponent wirtualny. Elementy wstawione do złożenia nie mogą ulec zmianie, gdyż są to standardowe części, dostępne w sprzedaży i  to do nich należy dopasować pozostałe (Rys. 11).

W modelowaniu kontekstowym od góry do dołu (ang. top-down modeling), lub inaczej mówiąc – od złożenia do części, opieramy się na zaprojektowanych wcześniej elementach i odnosząc się np. do krawędzi, ścian, otworów, powierzchni itd. tworzymy nowe części. Część wstawiona do złożenia jest komponentem wirtualnym (wbudowanym w plik złożenia) do momentu jej zapisania na dysku lokalnym. Należy również pamiętać o tym, że część wstawiona w kontekście posiada wiązanie ustalone, które determinuje jej położenie w układzie 3D. 12Dlatego często lepszym wyborem, zamiast ściany istniejących komponentów, będzie wskazanie jednej z płaszczyzn układu głównego złożenia. Może okazać się to ważne w momencie, kiedy zechcemy usunąć lub zastąpić niektóre części. Jeżeli odniesieniem jest płaszczyzna układu 3D nie wpłynie to na odniesienia, dlatego że tych płaszczyzn w żadnym wypadku nie można usunąć.