Как сделать связанное тело в nx
Обновлено: 08.07.2024
Статья будет полезна как опытным конструкторам, занимающимся обратным проектированием, так и начинающим.
Определение реверс инжиниринга или, иначе говоря, обратного проектирования гласит, что это исследование некоторого готового устройства с целью понять принцип его работы, сделать изменение или воспроизвести устройство или иной объект с аналогичными функциями, но без прямого копирования. Применяется обычно в том случае, если создатель оригинального объекта не предоставил информации о структуре и способе создания (производства) объекта. В машиностроении часто применяется при копировании различных механизмов и машин без фактической разработки. Позволяет с минимальными затратами воспроизвести удачную конструкцию.
В данной статье будет изложена методика и показаны основные функции реверс инжиниринга в программном комплексе Siemens NX. Процесс обратного проектирования отсканированных деталей можно разбить на несколько этапов:
-
Импортирование фасетных тел или облака точек в файл модели;
Процесс обратного проектирования желательно всегда начинать с визуального осмотра детали или изделия. Это необходимо для того, чтобы понять какие поверхности детали являются наиболее точными, какие рабочими, какие можно использовать в качестве базирования относительно системы координат, а какие не так ответственны и, поэтому, при моделировании не стоит затрачивать на них много времени. На основании данного визуального осмотра, в итоге, должно быть составлено техническое задание на сканирование для того, чтобы оператор уделил внимание наиболее ответственным элементам изделия. Но обычно, конструктор, занимающийся реверс инжинирингом, получает уже готовый результат сканирования и никак не участвует в процессе его получения, что в итоге может привести к нежелательным ошибкам при проектировании.
Зачастую после сканирования требуемого изделия в качестве результата получаются облака точек или фасетные модели отдельных частей детали с произвольным расположением в пространстве. Это вызвано тем, что не всегда есть возможность отсканировать изделие со всех сторон полностью, поэтому приходится его сканировать частями, а потом совмещать и склеивать отдельные сегменты в единое тело. В поставке со сканирующим оборудованием обычно идет программное обеспечение, которое в какой-то мере позволяет производить процедуру совмещения и склейки отдельных частей, но вместе с тем вносит немалую погрешность в модель, что при реверс инжиниринге точных изделий не допустимо. Программный комплекс Siemens NX позволяет выполнять все этапы обратного проектирования с высокой точностью и гибкостью.
В данной статье Вы ознакомитесь с методикой создания медицинского импланта человеческой челюсти: от проектирования до генерации траектории для 3D-печати. На примере проектирования импланта будут показаны отличительные особенности конвергентного моделирования применительно к реверс-инжинирингу.
Статью дополняет видео, в котором более подробно рассмотрен процесс разработки импланта, а также его подготовка для печати.
В последнее время в нашей стране наблюдается повышенный интерес к реверс инжинирингу. Это обуславливается рядом причин:
Во-первых, из-за возникшей необходимости импортозамещения дорогостоящих зарубежных комплектующих
Во-вторых, возможность создания индивидуальных имплантов для любого человека
И, в-третьих, относительное снижение стоимости сканирующего и печатающего оборудования
Ещё относительно недавно для внесения изменений в отсканированную фасетную модель требовалось её преобразовывать в твердотельную или в набор NURBS-поверхностей. Зачастую, для этого использовалось несколько отдельных программ.
Всё изменилось с появлением технологии конвергентного моделирования, которую представила компания Siemens PLM Software. Данная технология позволяет работать с фасетными телами в ядре твердотельного моделирования Parasolid.
На практике это означает, что теперь для работы с фасетным телом можно использовать те же команды, что и при обычном моделировании в NX.
Например, к конвергентному телу можно применить булевы операции (объединение, вычитание, пересечение), создать уклон, эквидистантно сместить грань и т. д.
Конвергентные тела поддерживаются всеми модулями NX. Соответственно:
- с ними можно производить всевозможные виды расчетов в САЕ-модуле;
- по ним можно генерировать траекторию обработки в САM-модуле;
- их можно распечатывать на 3D-принтере при помощи аддитивного модуля.
Помимо собственного формата NX, конвергентные тела поддерживаются новой версией нейтрального формата STEP 242
Рисунок 1 – Техническое задание на проектирование импланта челюсти
Далее в статье будет продемонстрирована методика полного цикла создания медицинского импланта человеческой челюсти: от его проектирования до генерации траектории для 3D-печати.
Согласно техническому заданию, имплант будет создан из титанового сплава для левой половины челюсти. Протез должен крепиться к оставшейся половине челюсти, быть максимально облегченным, а также иметь выборку под зубами для укладки в это место костной ткани - с целью установки зубных имплантов в будущем (см. Рисунок 1).
Фасетная модель черепа была получена на основании магнитно-резонансной томографии (МРТ) и последующей конвертации снимков формата DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) в формат STL.
В начале проектирования необходимо вычленить челюсть из модели черепа (см. Рисунок 2). Для этого можно воспользоваться как классическими функциями (обрезка тела плоскостью, вытягивание с вычитанием и т. д.), так и операциями фасетного моделирования (обрезка фасетного тела).
Рисунок 2 – Вычленение геометрии челюсти
После того, как геометрия челюсти получена, требуется уменьшить размеры ячейки фасетного тела. Это делается для получения большей точности при последующем моделировании (см. Рисунок 3).
Рисунок 3 – Переразбиение размера ячейки фасетного тела
По завершении всех операций обрезки и удаления лишних элементов, необходимо зашить имеющиеся разрывы в фасетной сетке тела. После того, как фасетное тело полностью лишено разрывов и обрело замкнутый объем, система начнет его воспринимать как твердотельное (см. Рисунок 4).
Рисунок 5 – Сглаживание фасетного тела
На данном этапе работа с фасетным телом не будет отличаться от работы с обычным. По сути, с этого момента и начинается ассоциативное конвергентное моделирование (т. е. все операции в хронологическом порядке будут внесены в дерево построения).
Приступим к проектированию крепления. Оно должно повторять форму оставшейся части челюсти, поэтому на вспомогательной плоскости создается эскиз с его профилем. Затем эскиз проецируется на тело (см. Рисунок 6). С помощью полученных кривых произведем разделение грани, так как на данный момент всё тело челюсти является единой гранью
Рисунок 6 – Проецирование эскиза на конвергентное тело
Затем придаем толщину вновь образованным граням крепления, как если бы работали с обычными поверхностями. Теперь модель челюсти можно разделить вспомогательной плоскостью, а тело импланта объединить с ушами крепления (см. Рисунок 7).
Рисунок 7 – Завершение построения крепления импланта
Создание выемки под костную ткань начнем со сплайна. Наносим его на поверхность тела путем вытягивания этой линии под углом к нормали грани импланта. Получим нижнюю поверхность ниши.
По аналогии вытягиваем боковую поверхность выемки. Образовавшиеся поверхности сшиваем, накладываем скругление между ними. Далее по полученному набору поверхностей производим обрезку тела (см. Рисунок 8).
Рисунок 8 – Создание выемки под костную ткань
По тому же принципу формируем объем под облегчение. С помощью сплайнов на поверхности ограничиваем будущее пространство. Полученные линии вытягиваем, сшиваем и накладываем скругления. Затем этим набором поверхностей осуществляем разделение тела на два объема (см. Рисунок 9).
Рисунок 9 – Формирование объема под облегчение
На заключительном этапе моделирования сформируем сетчатую структуру из объема под облегчение. Для данной задачи оптимальной будет тетраэдральная решетка с постоянным размером фасета. После построения решетки объединим ее с оставшимся телом импланта (см. Рисунок 10).
Рисунок 10 – Создание сетчатой структуры
После того, как конвергентная модель импланта получена, ее можно экспортировать во внешние форматы. Или же продолжить с ней дальнейшую работу, а именно - подготовить протез к 3D-печати.
Рисунок 11 – Размещение модели импланта на столе 3D-принтера
Рисунок 12 – Создание структуры поддержки
Рисунок 13 – Выбор стратегии для печати
Далее производится генерация слоев и траектории их печати. В зависимости от геометрии печатаемых деталей, а также от их количества, данный процесс может занять продолжительное время. Ход процесса отображается в окне Materialise Build Processors (см. Рисунок 14).
Рисунок 14 – Окно генерации послойной траектории печати
После отправки модели на печать формируется файл с расширением *.job, в котором находятся параметры печати. Данный файл содержит в себе не только геометрию, но и режимы работы компонентов станка. Однако использование его на реальных 3D-принтерах невозможно ввиду демонстрационного режима работы Materialise Build Processors.
В данной статье на примере проектирования импланта человеческой челюсти были показаны отличительные особенности конвергентного моделирования применительно к реверс инжинирингу. С целью демонстрации полного цикла производства, реализованного в NX, для полученного импланта были сгенерированы слои и траектории печати.
В видео более подробно рассмотрен процесс создания импланта, а также его подготовка для 3D-печати
Курс предназначен для конструкторов, работающих в области проектирования деталей из листового материала.
В курсе рассматриваются инструменты проектирования деталей из листового материала.
ЧАСТЬ I. ВВЕДЕНИЕ В МОДУЛЬ NX ЛИСТОВОЙ МЕТАЛЛ.
1-1 Настройка модуля
Настройка модуля. Интерфейс.
1-2 Построение элементов листового тела
Построение с помощью команд: Пластина, Фланец (фланец по контуру, фланец по сечениям), Сгиб, Углы, Элементы штамповки, Вырез и Отверстия. Свертка и развертка сгиба детали. Создание полной развёртки.
ЧАСТЬ II. ПОСТРОЕНИЕ ГЕОМЕТРИИ ЛИСТОВОЙ ДЕТАЛИ
2-1 Построение листовой детали
Построение геометрии листового тела, примыкающей к теоретической поверхности.
Читайте также: