Modelowanie konwergentne w systemie NX: możliwości i zastosowanie

System NX firmy Siemens PLM Software stanowi zintegrowaną, multidyscyplinarną platformę wspomagającą projektowanie (CAD), analizy i symulacje (CAE) oraz wytwarzanie (CAM). Moduły projektowe umożliwiają przygotowywanie modeli przy użyciu wielu różnych metod i narzędzi. Jedną z nich jest technika modelowania konwergentnego (Convergent modeling), dostępna dla użytkowników systemu NX od wersji 11, która umożliwia szybkie i łatwe modyfikowanie modeli uproszczonych, pochodzących z różnego typu urządzeń skanujących lub aplikacji obliczeniowych.

Model uproszczony (facet body) to format definiowania geometrii jako zbioru punktów, na których rozpięta jest siatka wielokątów odwzorowująca kształt obiektu. Jest on powszechnie używany w wielu szybko rozwijających się technologiach, takich jak gry, rzeczywistość wirtualna (VR), skanowanie medyczne, inżynieria odwrotna, czy też druk 3D.

Źródłem modeli uproszczonych mogą być zeskanowane modele fizyczne, np. prototypy przygotowane przez stylistów (z drewna, gliny lub wosku) lub zużyte części wymagające wymiany, a nie posiadające wykonawczej dokumentacji technicznej. Tego typu geometria może też być generowana przez różnego rodzaju systemy symulacyjne MES, służące na przykład do optymalizacji kształtu produktu lub ukazujące przewidywane odkształcenia modelu, wynikające z warunków procesu wytwarzania lub eksploatacji. Kolejnym źródłem modeli uproszczonych są skanery medyczne, pozwalające na precyzyjne odzwierciedlenie kształtu ludzkich organów wewnętrznych, np. uszkodzonych kości czy zębów, wymagających uzupełnienia lub wymiany.

Dotychczas modelowanie z wykorzystaniem modeli uproszczonych wymagało ich zamiany na modele powierzchniowe i bryłowe w procesie inżynierii odwrotnej (reverse engineering). Dawało to dobre rezultaty, lecz było czasochłonne i wymagające dość dużego doświadczenia. Wprowadzenie modelowania konwergentnego, dającego możliwość łączenia obiektów uproszczonych, powierzchniowych i bryłowych w jednym modelu, pozwala na wyeliminowanie konieczności żmudnej konwersji geometrii, dając znaczące oszczędności czasu.

Ze względu na fakt, że geometria pochodząca ze skanerów nie zawsze jest najwyższej jakości, niezwykle przydatne jest narzędzie do kontroli i naprawy tego typu obiektów. Funkcja Wygładź obiekt uproszczony (Cleanup facet body) wykrywa nieprawidłowości geometrii i uwypukla je kolorystycznie. Zawiera ona również opcję automatycznej naprawy znalezionych błędów (rys. 1).

W NX model uproszczony może być bezpośrednio wykorzystany jako narzędzie w operacjach Boole’a, pozwalając na szybkie utworzenie geometrii pochodnej, np. idealnie dopasowanych wstawek kostnych w medycynie (rys. 2) lub gniazd formujących w branży narzędziowej.

Na konwergentnych modelach uproszczonych można ponadto wykonywać wiele tradycyjnych operacji znanych z modelowania bryłowego, takich jak wyciągnięcia i wycięcia, czy też otwory. Dzięki temu geometria uzyskana w wyniku optymalizacji kształtu modelu może być szybko uzupełniona o niezbędne cechy geometryczne (rys. 3).

NX dysponuje także funkcjami do bezpośredniej modyfikacji kształtu obiektu uproszczonego. Odsunięcie lokalne (Local offset) umożliwia przesuwanie zaznaczonego obszaru modelu uproszczonego w celu uzyskania wypukłości lub zagłębienia. Przemieszczana ścianka może łączyć się ze ściankami sąsiednimi poprzez zaokrąglenie lub przez ostrą krawędź (rys. 4).

Z kolei funkcja Utwórz przejście (Create transition) umożliwia dodawanie cech szczegółowych, takich jak zaokrąglenia i fazy, bezpośrednio na modelu uproszczonym. Wystarczy wskazać kilka punktów leżących na modyfikowanej krawędzi (rys. 5) i określić, czy tworzona cecha ma być otwarta czy ma stanowić zamkniętą pętlę.

NX daje również możliwość wydzielania lub łączenia ze sobą ścianek na modelu uproszczonym (rys. 6), dzięki czemu można dużo łatwiej przygotować geometrię do kolejnych etapów projektowych, np. w przypadku potrzeby wykonania dalszych analiz MES, na zdefiniowanych wcześniej ścianach produktu możliwe jest szybkie określenie warunków brzegowych.

Modelowanie konwergentne ma również zastosowanie do szybkiego przygotowywania modeli do wytwarzania metodami przyrostowymi. Funkcja Siatka (Lattice) pozwala na wygenerowanie w modelu złożonych struktur przestrzennych, mających postać obiektu uproszczonego (rys. 7), które po połączeniu z pierwotną geometrią bryłową zapewniają uzyskanie znacznej redukcji masy przy zachowaniu wysokiej wytrzymałości detalu.

Podsumowując funkcjonalności opisane w niniejszym artykule, obiekty uproszczone zaimportowane do NX w formacie STL, po przekonwertowaniu na modele konwergentne, mogą być bezpośrednio modyfikowane podstawowymi funkcjami modelowania bryłowego lub mogą stanowić wzorzec kształtu dla innych modeli, bez konieczności czasochłonnego odtwarzania powierzchniowej geometrii ścianek, jak to ma miejsce w procesie klasycznej inżynierii odwrotnej. Zamodelowane w ten sposób obiekty mogą być z powodzeniem wykorzystywane do przeprowadzania analiz i symulacji oraz być wytwarzane różnymi metodami przyrostowymi, przyczyniając się do szybszego rozwoju nowych wersji produktów.