DAK/DAP-skolen
Artikkel 1
– Introduksjon til 3D-modellering
Velkommen til den første i rekken av artikler som introduserer praktisk
bruk av tredimensjonal modelleringsteknikk. I løpet av denne artikkelserien
kommer jeg til å vise oppbyggingen av 3D-modeller i tillegg til mange
ulike anvendelser som styrkeberegning og plastflytsimulering. Dessuten
hvordan modellen kan danne grunnlag for støpeformer eller andre verktøy.
I første omgang vil jeg nøye meg med å belyse noen av fordelene knyttet
til innføring av et moderne modelleringsverktøy.
I løpet av de siste årene har stadig flere industribedrifter sett nødvendigheten
av å forbedre produktutviklingsprosessene. Databaserte verktøy er i
våre dager helt uunnværlige for effektivt å kunne omsette en idé til
et fysisk produkt. Et godt modelleringsverktøy kan benyttes til mye
mer enn bare selve konstruksjonen. Mulighetene er mange når det gjelder
visualisering og presentasjon, i tillegg til ingeniørdisipliner som
FEM og simulering. For en del produkter er det selvsagt et mål å ta
steget videre helt til produksjon.
Hvorfor
solide modeller?
Det fins tre varianter av 3D tegnesystemer. De benytter seg av tråd-,
flate- eller solidmodeller. Trådmodeller er bygd opp av linjer
som representerer kantene på objektet. Denne typen kan i mange tilfeller
gi en grei visualisering av objektet, men har noen fundamentale svakheter.
For eksempel kan trådmodellen være flertydig. Figuren viser klart hvordan
trådmodellen i det øvre venstre hjørnet kan ha tre ulike meninger. Dette
alene er et argument for å forkaste trådmodellen som et moderne, anvendelig
prinsipp. Dessuten blir en slik modell svært vanskelig å tyde hvis det
er mange kanter involvert.
Figur 1 : Flertydig trådmodell
Såkalte flatemodeller går et langt skritt videre og knytter sammen kantene.
Dette gjør at flatemodellen for eksempel er mye bedre egnet til å beskrive
inn- og utsiden av et objekt. Med heller ikke denne modelleringsformen
er fullendt. Det er ingen garanti for at en flatemodell vil utgjøre
et gyldig volum med utside og eventuell innside. ”Flatelapper” kan også
lett skape en umulig modell. Hvordan produsere denne?
Figur 2 : Flatemodell som ikke lar seg produsere
Selv om rene flatemodeller ikke er å foretrekke, er bruk av flater alltid
et viktig verktøy. Den tredje og siste metoden, solidmodellering, er
de andre overlegen når det gjelder å beskrive et fysisk produkt på en
entydig og fleksibel måte. En solidmodell inneholder informasjon om
det som er inni modellen, ikke bare utsiden i form
av kanter eller flater. På denne måten kan for eksempel materialets
egenvekt beregnes. Selv om de første systemene for solid- eller volummodellering
kom tidlig på 70-tallet, er det først i det siste tiåret at denne teknologien
har modnet og blitt tilgjengelig for alle. Framtidas standard er solidmodellen!
Resten av artikkelserien vil utelukkende dreie seg om solidmodeller.
Det er verdt å merke seg at flere av prinsippene benyttes samtidig i
mange av 3D-systemene. For eksempel kan det ofte være greit å bruke
flater til hjelp i en solidmodell.
Parametriske,
assosiative modeller
Et hovedprinsipp når man konstruerer, er å holde muligheten åpen for endringer
underveis. En annen årsak til at man ønsker å legge på dimensjoner osv.
i ettertid, kan rett og slett være at ideene strømmer for fort på til
at man rekker det. Den beste måten å få til det på, er å gjøre modellen
historiebasert. Det innebærer at man tar vare på det enkelte byggetrinn
av modellen, og ikke bare den ferdige geometrien. Se figur. Dermed kan
brukeren gå inn på et hvilket som helst trinn i historien og gjøre endringer.
Detaljene omkring dette blir nærmere beskrevet i neste artikkel.
Figur 3 : Historiebasert oppbygging
Et helt sentralt begrep innen 3D-modellering er parametrisering. En modell
må være 100% parametriserbar. Det innebærer ganske enkelt at alle relasjoner
og dimensjoner er redigerbare. Med relasjoner menes geometriske sammenhenger
som f.eks. at en strek skal starte akkurat midt på en sidekant. Det
kan også være en ligning som sier at høyden på et boss skal være to
ganger bredden. Den praktiske effekten av en parametriserbar modell
er at alt kan endres. Ingenting skal regnes som
”dødt” og konstruert en gang for alle.
Figur 4 : Samme modell, ulike parametre
Det neste viktige stikkordet er assosiativitet. Et assosiativt system sikrer
at alle modeller til enhver tid er oppdatert. Gjør du en endring på
en modell, skal du være trygg på at arbeidstegningen endres tilsvarende.
Lager du et støpeverktøy skal alle forandringer på produktet gjenspeiles
på verktøyet. Assosiativitet er et godt mål på påliteligheten til et
DAK-system, og det er store forskjeller blant de vanlige systemene på
markedet.
Korrekte
arbeidstegninger
I
motsetning til tradisjonell ”flat” DAK er generering av arbeidstegningen
ofte den siste jobben når man konstruerer tredimensjonalt. Hvis tegningen
er det eneste målet med modelleringen, kan det kanskje ved første øyekast
virke uhensiktsmessig å lage en solidmodell først. Men slik er det absolutt
ikke!
De aller færreste konstruerer alt riktig første gang, uten noensinne å
ha behov for å forbedre eller endre konstruksjonen. Ved bruk av et godt
assosiativt system, som nevnt ovenfor, kan du være trygg på at enhver
endring vil bli gjenspeilet korrekt på alle riss, snitt, detaljutsnitt
osv. Det samme vil gjelde for eksempel isometriske projeksjoner, en
oppgave som kan være nærmest uoverkommelig med et tradisjonelt system.
Et annet poeng er at dimensjoner og annen notasjon som måtte bli ugyldig
etter endring, blir klart markert.
Figur 5 : Endret modell
Kommunikasjon
og presentasjon
En tredimensjonal modell kan brukes til mer enn et produksjonsgrunnlag.
Den kan være med som et uvurderlig verktøy når beslutninger skal tas.
Form og funksjon kan kommuniseres til beslutningstakere og andre medarbeidere
som ikke er eksperter i å tyde arbeidstegninger.
Figur 6 : Tradisjonelle riss
Figur 7 : 3-dimensjonale projeksjoner
Modellen kan også benyttes i presentasjoner utad, og da vil animasjoner
og fotorealistiske, skyggelagte bilder være nyttige hjelpemidler. Hvis
modellen representerer en mekanisme med mulighet for bevegelser, vil
konstruktøren alltid ivareta disse bevegelsene når han setter sammen
de ulike enkeltkomponentene som utgjør sammenstillingsmodellen. Dermed
er det svært lite ekstraarbeid å lage en profesjonell animasjon som
på en uforlignelig måte formidler virkemåten til mekanismen. Brosjyrer
og annet markedsføringsmateriell kan være klart før det første produktet
er laget.
Figur 8 : Bilder med fotokvalitet
Neste artikkel: 2. Grunnleggende metoder
for 3D-modellering
Vidar Kvam
Siv.ing, produktsjef DAK
ProNor AS, tlf 6394 2022