Projektowanie urządzeń

Proces prototypowania modelu

Proces projektowania zazwyczaj rozpoczyna się określeniem potrzeb i jeśli nie jest on wykonywany na podstawie określonego wzoru lub skanu 3D zaczyna się odręcznym szkicem na karce papieru. Zaawansowany projektant może też rozpocząć pracę bezpośrednio w aplikacji CAD /CAM.

* - w niniejszym opracowaniu nie zostały opisane wszystkie możliwości oprogramowania, ani też całe zagadnienie prototypowania, jest to jedynie zarys ogólny pozwalający przedstawić użytkownikowi całokształt zagadnienia i możliwości zastosowania w prototypowaniu, jubilerstwie itd.

Projektowanie 3D - Rhinoceros

Następnie należy "przelać" pomysł z papieru do zapisu przestrzennego w programie CAD /CAM. Wybór aplikacji zależy od jej możliwości oraz od umiejętności i przyzwyczajeń operatora.

Uwaga: Nie należy mylić programów 3D CAD /CAM z programami CAD występującymi na rynku. CAM oznacza "Computer Aided Modeling" - modelowanie wspomagane komputerowo - i wymaga od oprogramowania pełnych możliwości obróbki przestrzennej brył i obiektów. Niestety niektóre z aplikacji CAD , mimo zapewnień producentów, iż pracują w pełni w 3D i wysokiej ceny nie oferują niezbędnej stabilności i możliwości programu.

Niniejsza praca została wykonana w programie Rhinoceros, za wykonaniem projekt u właśnie w tej aplikacji przemawiają:
- występuje w polskiej i angielskiej wersji językowej
- jest profesjonalnym niedrogim narzędziem
- nie ma wygórowanych oczekiwań sprzętowych
- jest doskonale zintegrowany z oprogramowaniem firmy Roland
- jest doskonale zintegrowany z frezarkami i skanerami 3D firmy Roland
- cena programu jest dwukrotnie mniejsza dla nabywców urządzeń prototypujących serii MDX

Rhinoceros jest programem umożliwiającym między innymi projektowanie obiektów z zastosowaniem krzywych NURBS. Warto zauważyć, iż program pracuje całkowicie (!) w przestrzeni 3D oraz, że aplikację cechuje duża stabilność oraz dynamiczny rozwój.

Optymalna zmiana formatów w programie Modela Player 4

Następnie, gdy obiekt jest już zaprojektowany w przestrzeni i zatwierdzony do wykonania musimy "przerzucić go" do oprogramowania firmy Roland, które pozwoli wytyczyć odpowiednią ścieżkę narzędzia w zależności o wielu fizycznych czynników. Oprogramowanie Roland Model Player 4 jest jedną z niewielu aplikacji tej klasy, które są stabilne, przemyślane i co być może zainteresuje twórców - wchodzą w skład każdego zestawu urządzenia frezującego serii MDX.

Roland Modela Player 4 analizuje ścieżkę narzędzia z uwzględnieniem następujących czynników:
- typu maszyny, pola roboczego, osi obrotowej itd.
- ustawień użytkownika dotyczących pozycji i wielkości materiału
- twardości materiału
- twardości frezu
- kształtu frezu (płaski, kulisty lub grawerski)
- strategii cięcia określonej przez użytkownika
- obszaru strategii cięcia określonego przez użytkownika
- zmian które wprowadził użytkownik w zakresie sugerowanych parametrów cięcia i prędkości

W oprogramowaniu Roland Modela Player 4 można dowolnie zdefiniować wielkości i kąty frezów, materiały i pola robocze, dowolne ustawienia są brane pod uwagę przy wyliczaniu ścieżki narzędzia.

Import obiektu

Istnieje wiele możliwości importu obiektów do programu Roland Modela Player, w celu uzyskania najlepszych rezultatów proponujemy jednak skorzystać z mechanizmu integracji oprogramowania Rhinoceros i Modela Player. Aby uzyskać możliwie idealny obiekt należy otworzyć programem Modela Player 4 plik projekt u wykonany w programie Rhinoceros.

Następnie aplikacja poprosi o ustawienie parametrów importu. Należy wyjaśnić, że do potrzeb prototypowania i wyliczenia ścieżek narzędzia niezbędny jest format zawierający ściany i powierzchnie, a nie matematyczny format NURBS będący obiektem czysto wektorowym. Jakkolwiek dla projektowania format NURBS jest idealny, do potrzeb wykonania prototypu jest on niewystarczający. Problem konwersji pomiędzy formatami i utraty jakości jest niezwykle poważny, zazwyczaj konwersja niszczy jakość i niweczy plan projektanta. Z pomocą nadchodzi jednak pełna integracja Rhinoceros i Modela Player, która pozwala na optymalną zamianę formatów - znacznie lepszą niż można przypuszczać .

Faza importu obiektu

Po otwarciu pliku Rhino w Modela Player 4 należy ustawić parametry konwersji. Rzecz jasna, iż większa dokładność zwiększa ilość ścianek i czas obliczeń.

Faza importu nie powiedzie się, jeśli obiekt nie został prawidłowo skonstruowany. Dlatego też podczas projektowania należy znać zasady projektowania obiektów 3D w programach CAD /CAM oraz dobrze jest posiadać pewne doświadczenie praktyczne.

Obiekt przeniesiony do oprogramowania Roland Modela Player 4
Warto zauważyć, w fazie projektowania do obiektu dodano dwa "uchwyty". Pozwolą one utrzymać obiekt przez oś obrotową maszyny w powietrzu i umożliwią frezowanie bocznych krawędzi obiektu bez konieczności demontażu materiału ze stołu roboczego maszyny. Uchwyty można usuwać ręcznie lub przy pomocy maszyny - po wykonaniu prototypu.

Podobne uchwyty mają również zastosowanie przy frezowaniu obiektu bez osi obrotowej, różnica polega jedynie na innym kształcie i wykonaniu otworów na kołki bazowe.

Definiowanie typu ścieżki narzędzia - obróbka zgrubna

Następnym krokiem jest zdefiniowanie ścieżki narzędzia czyli "toru przebiegu frezu", który będzie obrabiał materiał (jest to przedstawione w nieznacznym uproszczeniu, ponieważ program automatycznie wyznacza tzw. margines obróbki i wielkość obrabianego materiału - w Modela Player 4 możliwa jest ingerencja we wszystkie parametry programu, użytkownik może zatem zmodyfikować wartość marginesu i wielkości bloku materiału).

Standardowo, ze względu na technikę obróbki, konieczne jest wykonanie minimum 2 procesów obróbczych, obróbki zgrubnej - tzw. Roughing i końcowej - Finishing. Obróbka zgrubna usuwa szybko duże partie materiału nie dbając o jakość powierzchni, natomiast obróbka końcowa - służy do dokładnego, precyzyjnego wyrównania powierzchni obiektu.

Definiowanie płaszczyzny nacięcia

Definiowanie płaszczyzny nacięcia zależne jest od maszyny, z której korzysta użytkownik, ogólnie dla maszyn wyposażonych w osie obrotowe dostępne będą, prócz nacięcia w dowolnej płaszczyźnie, również nacięcia pod dowolnym kątem oraz strategia doookólna - podobna do toczenia tokarką. W opisywanym przykładzie nie zdefiniowano jeszcze ilości płaszczyzn nacięcia w związku z tym dostępne są jedynie opcje nacięcia obiektu "z góry".

Warto zauważyć, że opcja nacinania obiektów z czterech stron (góra, dół oraz boki) dostępna jest również dla maszyn 3 osiowych - a więc MDX-15, MDX-20 i MDX-500.

Jak wspomniano obrót obiektu i zamianę płaszczyzny realizuje się ręcznie, ale oprogramowanie uwzględnia ten fakt i pozwala na pełne, przestrzenne frezowanie prototypu.