Задачи программ подготовки детали

Проверка STL-файла и исправление ошибок

Как сказано выше, STL-файл, созданный программой твердотельного моделирования. может содержать в себе ошибки, даже если исходная трехмерная модель не имела дефектов. В STL-файле могут возникать следующие виды ошибок [96].

□ Зазоры. Предполагается, что ячейки STL-файла должны образовывать набор замкнутых оболочек, заключающих в себе объект. Но если какая-либо из яче ек отсутствует, оболочка получает «прокол», в результате чего образуется зазор (рис. 12.42). Как следствие, отсутствует четкое различие между внутренней и внешней областью. Кроме того, при расшеплении STL-файла, имеющего зазоры, в слоях могут создаваться незамкнутые контуры, которые порождают случайные векторы при изготовлении детали.

Задачи программ подготовки детали
 

□ Несогласованные нормали. Нормали некоторых ячеек могут быть обращены (рис. 12. 43), в результате чего они окажутся несогласованными с направлением наружу, которое имела исходная поверхность.

Задачи программ подготовки детали

□ Неправильные нормали. Нормали ячеек, хранимые в SТL файле, могут не совпадать с нормалями, рассчитанными по вершинам соответствующих ячеек.

□ Неправильные пересечения. Ячейки могут пересекаться неправильно, то есть в каких-либо местах, кроме своих сторон; могут быть и перекрывающиеся ячейки (рис. 12.44).

Задачи программ подготовки детали
 
 

       □ Внутренние стенки и структуры. Неверные геометрические алгоритмы, закрывая зазоры в STL, могут по ошибке создавать внутренние стенки и структуры, что может привести к неоднородному затвердеванию материала. Ошибку с появлением внутренней стенки иллюстрирует рис. 12.45.

Задачи программ подготовки детали
 

         □ Несогласованности. STL-файл может иметь несогласованные значения допусков, если он создан путем объединения двух различных файлов. Кроме того, могут существовать зазоры на пересечении двух объединенных S ТL-моделей.

         □ Вырождение ячеек. Ячейки могут быть вырожденными. Вырожденные ячейки — это такие ячейки, которые не занимают конечной площади и, соответственно, не имеют нормали. Есть два тина вырождения ячеек; топологическое и геометрическое. Топологическое вырождение происходит, когда две или более вершины ячейки совпадают. Они не влияет на геометрию или связность остальных ячеек, поэтому топологически вырожденную ячейку можно просто отбросить. Геометрическое вырождение происходит, когда все вершины ячейки различны, а все стороны коллинеарны. Такая геометрически вырожденная ячейка не имеет нормали, однако содержит неявную топологическую информацию о том, как связаны соседние ячейки, то есть как сопрягаются две по верхности. Оба типа вырожденных ячеек демонстрирует рис. 12.46.

Задачи программ подготовки детали
 
Если в STL-файле обнаружены ошибки, то прежде чем производить расщепление, необходимо предпринять некоторые дополнительные действия в отношении файла. Исправление ошибочного STL-файла требует больших вычислительных ресурсов, что является серьезным недостатком формата STL. Существует ряд коммерческих программных пакетов для проверки и исправления STL-файлов. К ним относятся 3D Verify1 от 3D Systems и MagicsRP2 от Materialise.
 

Определение направления наращивания

Поскольку все объекты изготавливаются послойно, решающим фактором является выбор направления наращивания слоев. Он влияет на многие ключевые аспекты процесса быстрого прототипирования, включая качество отделки поверхности, длительность изготовления, требуемое количество поддерживающих структур и запертые объемы. В настоящее время, однако, выбор направления наращивания осуществляется методом проб и ошибок, а может и вовсе не рас- сматриваться. Четыре различных оптимальных направления наращивания, соот- ветствующих каждому из четырех ключевых аспектов процесса, показаны на рис. 12.47.

Задачи программ подготовки детали
 

Оценка запертых объемов                                      

Как было сказано выше, запертый объем — это количество жидкого полимера в стереолитографической машине, заключенное в обрабатываемой или отверждаемой области. Таким образом, запертые объемы могут существовать в вогнутых областях, действующих как контейнеры. Жидкий полимер заперт, если его невозможно слить из контейнера. Соответственно, в зависимости от ориентации одна и та же вогнутая область может запереть необработанный полимер, а может и не запереть его. Если образуется запертый объем, иногда бывает необходимо изготовить деталь со спускным отверстием, а после затвердевания заполнить это отверстие. В таком процессе, как ламинирование, запертые объемы не допускаются, поскольку удаление лишнего материала, находящегося в запертом объеме, практически невозможно. Автоматическое обнаружение запертого объема программой иллюстрирует рис. 12.48 [99].

Задачи программ подготовки детали
 
 
 

Размещение или упаковка деталей

Поскольку методология процесса быстрого прототипирования отличается от методологии традиционного производственного процесса, для обеспечения эффективного использования данного метода необходимо внести некоторые коррективы. Прежде всего, время, требуемое для изготовления множества прототипов деталей с помощью системы быстрого прототипирования, можно коренным образом сократить, изготавливая несколько деталей одновременно. В быстром прототипировании время, затраченное на изготовление прототипа, зависит не от количества деталей, а от общего числа слоев. Тесно расположив несколько деталей в подходящем объеме, можно изготовить их одновременно. Поэтому многие компании и другие пользователи находят преимущества в одновременном изготовлении нескольких деталей. В настоящий момент пользователь вручную выбирает произвольные STL-файлы и пытается добиться их оптимального расположения в рабочем пространстве методом проб и ошибок, после чего запускает процесс изготовления. Однако подбор расположения в интерактивном режиме — утомительный процесс, не гарантирующий достижения оптимального размещения всех деталей, и поэтому в общем случае он недостаточно хорош. Поскольку задача трехмерной упаковки является недетерминированной задачей, решаемой за полиномиальное время, оператор системы быстрого прототипирования не может ее решить. Поэтому требуется эффективный алгоритм размещения множества деталей в рабочем объеме, и в некоторых программных продуктах, таких как MagicsRP от Materialise, предусмотрена функция полуавтоматической упаковки [104]. Пример размещения нескольких деталей демонстрирует рис. 12.49 [99]

Задачи программ подготовки детали
 

Создание поддерживающих структур

Очень важно эффективно сформировать поддерживающую структуру, отражающую геометрию детали. Например, избыточность поддерживающих структур приводит к увеличению времени проектирования и изготовления, а недостаточность — к получению негодных деталей. Качество конструкции поддерживающей структуры целиком и полностью зависит от возможностей программного обеспечения для быстрого прототипирования. Обычно для автоматической генерации поддерживающей структуры используются программы MagicsSG3 и Brid-geworks4. Примеры поддерживающих структур, которые были созданы програм- мой для быстрого прототипирования, иллюстрирует рис. 12.50 [99].

Задачи программ подготовки детали
 
 

1 3D Verify является торговой маркой 3D Systems, Inc. 

2 MagiesRP является торговой маркой Materialise. N. V.

3 MagicsSG® является торговой маркой Materialise, Inc.

 4 Bridgeworks® является торговой маркой Solid Concepts, Inc.

 

 

Смотрите также