Mecatrónica Módulo 9: Prototipado Rápido Libro de Texto Ejercicios Solución (Concepto) prof. dr. hab. inz. Edward Chlebus dr inż. Bogdan Dybała, dr inż. Tomasz Boratyński dr inż. Jacek Czajka dr inż. Tomasz Będza dr inż. Mariusz Frankiewicz mgr inż. Tomasz Kurzynowski Universidad Politécnica de Wroclaw, Polonia
Proyecto ampliado de transferencia del concepto europeo para la calificación agregada de la Mecatrónica las fuerzas especializadas en la producción industrial globalizada Proyecto EU Nr. 2005-146319 „MINOS“, Plazo: 2005 hasta 2007 Proyecto EU Nr. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110 „MINOS**“, Plazo: 2008 hasta 2010 El presente proyecto ha sido financiado con el apoyo de la Comisión Europea. Esta publicación (comunicación) es responsabilidad exclusiva de su autor. La Comisión no es responsable del uso que pueda hacerse da la información aquí difundida.
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Colaboradores en la elaboración y aprobación del concepto conjunto de eseñanza:
Technische Universität Chemnitz, Institut für Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse, Deutschland – Projektleitung Corvinus Universität Budapest, Institut für Informationstechnologien, Ungarn Universität Stockholm, Institut für Soziologie, Schweden Technische Universität Wroclaw, Institut für Produktionstechnik und Automatisierung, Polen Henschke Consulting Dresden, Deutschland Christian Stöhr Unternehmensberatung, Deutschland Neugebauer und Partner OHG Dresden, Deutschland Korff Isomatic sp.z.o.o. Wroclaw, Polen Euroregionale Industrie- und Handelskammer Jelenia Gora, Polen Dunaferr Metallwerke Dunajvaros, Ungarn Knorr-Bremse Kft. Kecskemet, Ungarn Nationales Institut für berufliche Bildung Budapest, Ungarn IMH, Spanien VUT Brno, Tschechische Republik CICmargune, Spanien University of Naples, Italien Unis, Tschechische Republik Blumenbecker, Tschechische Republik Tower Automotive, Italien Bildungs-Werkstatt gGmbH, Deutschland VEMAS, Deutschland
Concepto conjunto de enseñanza: Libro de texto, libro de ejercicios y libro de soluciones Módulo 1-8: Fundamentos / Competencia intercultural y administración de proyectos / Técnica de fluidos / Accionamiento y mandos eléctricos /: Componentes mecatrónicos / Sistemas y funciones de la mecatrónica / La puesta en marcha, seguridad y teleservicio / Mantenimiento y diagnóstico Módulo 9-12: Prototipado Rápido/ Robótica/ Migración Europea/ Interfaces
Todos los módulos están disponibles en los siguientes idiomas: Alemán, Inglés, español, italiano, polaco, checo, húngaro Más Información Dr.-Ing. Andreas Hirsch Technische Universität Chemnitz Reichenhainer Straße 70, 09107 Chemnitz, Deutschland Tel: + 49(0)371 531-23500 Fax: + 49(0)371 531-23509 Email:
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Mecatrónica Módulo 9: Prototipado Rápido
Libro de Texto (Concepto) prof. dr. hab. inz. Edward Chlebus dr inż. Bogdan Dybała, dr inż. Tomasz Boratyński dr inż. Jacek Czajka dr inż. Tomasz Będza dr inż. Mariusz Frankiewicz mgr inż. Tomasz Kurzynowski Universidad Politécnica de Wroclaw, Polonia
Proyecto ampliado de transferencia del concepto europeo para la calificación agregada de la Mecatrónica las fuerzas especializadas en la producción industrial globalizada Proyecto EU Nr. 2005-146319 „MINOS“, Plazo: 2005 hasta 2007 Proyecto EU Nr. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110 „MINOS**“, Plazo: 2008 hasta 2010 El presente proyecto ha sido financiado con el apoyo de la Comisión Europea. Esta publicación (comunicación) es responsabilidad exclusiva de su autor. La Comisión no es responsable del uso que pueda hacerse da la información aquí difundida.
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Contenido 1. DISEÑO ASISTIDO POR ORDENADOR – CAD............................................... 6 1.1. MODELADO GEOMÉTRICO ............................................................................. 11 1.2. TIPOS DE MODELOS EN LOS SISTEMAS CAD....................................................... 13 1.2.1. Modelos de alambre........................................................................ 13 1.2.2. Modelos de superficie...................................................................... 14 1.2.3. Modelos sólidos ............................................................................... 15 1.3. LOS DOCUMENTOS EN LOS SISTEMAS DE CAD ................................................... 18 1.3.1. Parte ................................................................................................ 18 1.3.2. Ensamblaje....................................................................................... 19 1.3.3. Dibujo en 2D .................................................................................... 20 1.4. PARAMETRIZACIÓN DE MODELOS 3D .............................................................. 22 1.5. DISEÑO DE PIEZAS EN EL MÉTODO VARIANT ...................................................... 23 2. PROTOTIPADO RÁPIDO ........................................................................... 25 2.1. CAD......................................................................................................... 26 2.1.1. Formatos de datos de intercambio.................................................. 30 2.2. CAD – RP COMUNICACIÓN .......................................................................... 32 2.2.1. Formato STL ..................................................................................... 32 2.2.1.1. Estructura y Creación de archivos STL............................................................................. 32 2.2.1.2. Formato ASCII.................................................................................................................. 34 2.2.1.2.1. BINARY FORMAT...................................................................................................... 36 2.2.1.2.2. . ORIENTACIÓN DE TRIÁNGULOS ............................................................................. 38 2.2.1.2.3. Sistema de coordenadas y unidades en formato STL .............................................. 39
2.3. FORMATO VRML........................................................................................ 57 2.3.1. Estructura de los sólidos en formato VRML..................................... 62 3. PROTOTIPADO RÁPIDO ‐ RP .................................................................... 67 3.1. ESTEREOLITOGRAFÍA (SLA, SL) ...................................................................... 76 3.2. SINTERIZADO SELECTIVO POR LÁSER / FUSIÓN ‐ SLS / SLM .................................. 79 3.2.1. M3 Linear ‐ un dispositivo de concepto empresa Laser................... 84
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3.2.2. Sistema Sinterisation HiQ ‐ un dispositivo de 3D empresa SISTEMAS ................................................................................................................... 88 3.3. MODELIZACIÓN DE DEPOSICIÓN FUNDIDA – FDM.............................................. 91 3.4. LA FORMACIÓN DE POLVO LÁSER TECNOLOGÍAS ................................................. 93 3.5. TINTAS DE IMPRESIÓN CHORRO ...................................................................... 94 3.6. 3DP IMPRESIÓN TRIDIMENSIONAL .................................................................. 96 3.7. SGC –MÉTODO DE CURACIÓN DE UNA SUPERFICIE SOLIDA................................... 99 4. ACTIVIDADES DE PRE‐PROCESO EN EL RP .............................................. 102 4.1. EDICIÓN DE ARCHIVOS STL .......................................................................... 107 4.2. LA FIJACIÓN DE ARCHIVOS STL ..................................................................... 112 4.3. GENERAR APOYA ....................................................................................... 113 5. GLOSARIO DE TÉRMINOS ...................................................................... 116 6. BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................... 122 1. INGENIERÍA INVERSA ............................................................................ 125 1.1. CAMPOS DE APLICACIÓN DE INGENIERÍA INVERSA ............................................. 126 1.1.1. Industria......................................................................................... 126 1.1.2. Arte y Arqueología......................................................................... 135 1.2. MÉTODOS DE DIGITALIZACIÓN ..................................................................... 136 1.3. EQUIPOS Y SOFTWARE ................................................................................ 138 1.4. PÓNGASE EN CONTACTO CON LOS MÉTODOS DE DIGITALIZACIÓN ......................... 141 1.4.1. Coordinar las máquinas de medición ............................................ 141 1.4.2. Escáneres de contacto ................................................................... 143 1.4.3. Medición de Armas ........................................................................ 147 1.5. MÉTODO DE DIGITALIZACIÓN SIN CONTACTO ................................................... 148 1.5.1. Métodos basados en el punto óptico ............................................ 148 1.5.1.1. Método de medición a distancia................................................................................... 149 1.5.1.2. Laser Radar.................................................................................................................... 150
1.5.2. Punto basado en la triangulación del láser ................................... 150 1.6. MÉTODOS ÓPTICOS LINEALES ....................................................................... 152 1.6.1. Laser de triangulación en línea...................................................... 152
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1.7. MÉTODOS BASADOS EN LA ZONA ÓPTICA ........................................................ 153 1.7.1. Fotogrametría................................................................................ 153 1.7.2. Perfilometría .................................................................................. 154 1.7.3. Moire Interferometría.................................................................... 154 1.8. LA TOMOGRAFÍA AXIAL COMPUTARIZADA ...................................................... 156 1.9. IMÁGENES POR RESONANCIA MAGNÉTICA ...................................................... 160 1.10. LA ECOGRAFÍA 3D ................................................................................... 162 2. ESCANEO DESTRUCTIVO........................................................................ 165 3. DIGITALIZACIÓN DE LA GEOMETRÍA...................................................... 168 3.1. FASES DE LA DIGITALIZACIÓN ........................................................................ 168 3.2. PLANIFICACIÓN DEL PROCESO DE DIGITALIZACIÓN ............................................. 169 3.3. ADQUISICIÓN DE DATOS .............................................................................. 172 3.4. PROCESAMIENTO DE DATOS Y LA CONSTRUCCIÓN DE MODELOS CAD ................... 175 4. GEOMETRÍA DE DISPOSITIVOS DE DIGITALIZACIÓN............................... 191 4.1. ESCÁNER LINEAL LÁSER ............................................................................... 191 4.2. LASER DE PUNTO DE ESCÁNER ...................................................................... 193 4.3. ESCÁNER DE CONTACTO .............................................................................. 197 4.4. ESCÁNER LUZ BLANCA ................................................................................ 203 5. INGENIERÍA INVERSA DEL SOFTWARE ................................................... 213 5.1. PROGRAMAS PARA GEOMETRÍA RECONSTRUCCIÓN DE UNA NUBE DE PUNTOS........ 213 5.2. PROGRAMAS DE INSPECCIÓN ....................................................................... 216 5.3. LOS PROGRAMAS DE MODELADO, SUPERFICIALES ............................................. 218 5.4. PROGRAMAS PARA LA TC Y LA RM DE PROCESAMIENTO DE DATOS ...................... 220 6. BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................... 223
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1. Diseño Asistido por Ordenador – CAD Las necesidades actuales que plantea el mercado de la producción obligan a responder a las empresas en un tiempo cada vez más corto y con menos recursos. Con el fin de satisfacer esas necesidades, las empresas emprenden diversas acciones: mejorar la organización del trabajo, reforzar las competencias de los trabajadores, y mejorar la calidad de los productos con una minimización simultánea de escasez. Una de las áreas clave en las empresas, que requieren la introducción de mejoras, es una fabricación ampliamente entendida. Las empresas han ido introduciendo nuevas soluciones en el campo de la industria por muchos años con el fin de acelerar todo el proceso de producción. Estas acciones abarcan la modernización de un parque de máquinas, que permite fabricar productos de mejor calidad más rápidamente, o con frecuencia, incluso en los gastos de producción más bajos. La aceleración de los procesos de fabricación, además de los recursos productivos tales como máquinas, también se llega con la mejora de la organización del trabajo. Recientemente, se ha observado también que este ámbito es de un potencial mayor que el parque de máquinas. En el proceso de producción, se pueden distinguir las siguientes etapas: Concepcionar borradores de un producto, Elaboración de construcción, Preparación de la tecnología de producción, Organización de preparación de la producción, Fabricación. Junto con el desarrollo de soluciones de tecnología informática, nuevo equipo, que harán el trabajo más eficiente, se aplicaron progresivamente en todas las áreas mencionadas. Además, los sistemas siguientes se elaboraron en: CAD / CAPP / CAM. Desde el punto de vista cronológico, los primeros sistemas informáticos se introdujeron en el campo de la fabricación. Incluso en los años 1950 del siglo pasado, los programas NC control de las operaciones de las máquinas herramientas fueron elaboradas. En 1952 en el Laboratorio MIT ubicado en los EE.UU., una concepción de un control numérica de una máquina de fresado 3-axial [9] fue demostrada en el Laboratorio de servomecanismo en el MIT. Entonces, la posibilidad de acelerar los trabajos en el campo del diseño quedo al descubierto. Se le pide al inicio de los sistemas informáticos ayudar a la elaboración de productos de construcción. Inicialmente, fueron aclamados CAD - Computer
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Aided Redacción porque básicamente reemplazo el taller de un diseñador de una mesa de dibujo a un ordenador. Estos sistemas aceleraban el trabajo de diseñar las posibles modificaciones en el documento original, y también facilitó la simple catalogación y visualización de diseños. Más tarde, junto con el desarrollo de sistemas de ingeniería que pertenecen a esta clase, se crea para PC Aided Design - CAD. Este fue causado por el hecho de que las funciones que se ofrecían eran: sin duda, va más allá de la redacción de la documentación normal plana - 2D. Una introducción de posibilidades de diseñar en tres dimensiones - 3D [8], fue un paso relevante en el desarrollo de esos sistemas. Aparte de los estudios sobre los sistemas de ayuda de diseño y fabricación, también hay estudios sobre el desarrollo de sistemas de mejora del trabajo en el campo de la preparación tecnológica de la producción. Este ámbito se ha abordado desde 1960 del siglo pasado. En 1970 los primeros sistemas de CAPP (Computer Aided Proceso de Planificación) aparecieron a la clase. El desarrollo y la integración progresiva de los enumerados CAD / CAPP / CAM han contribuido a la introducción de los siguientes términos: Manufactura Integrada por Computadora - CIM [2]. Sistemas de ayuda a la planificación de los procesos tecnológicos en la concepción de la CIM son el elemento clave de conexión de los sistemas de ayuda al diseño y el área de fabricación. Tal posición central, implica la necesidad de intercambiar datos con otros sistemas que trabajan en el área del mismo sistema de producción. Incide especialmente en los sistemas de ayuda de diseño CAD y CAM área de fabricación. los datos de construcción de un sistema de CAD son un conjunto de información de entrada para un módulo de planificación de los procesos tecnológicos. Por lo general, se transfieren en forma de documentación planos 2D o 3D modelos geométricos. A continuación, dicha información se transforma en el sistema CAPP en un conjunto de información requerida por la zona de producción CAM, tales como: tarjetas tecnológico, conjunto de instrucciones y actividades destinados a operaciones tecnológicas, la información sobre las máquinas herramientas necesarias para la producción, las listas de las ayudas de taller, instrucciones de montaje, la información acerca de las semimanufacturas, los plazos de ejecución determinadas por operaciones, el cálculo de los costes relativos a la producción de una cerámica. Otro conjunto de informaciones, transmitidas de CAPP al sistema de CAM, son conjuntos de datos para la máquina herramienta controladas numéricamente. Estos datos suelen ser transferidos en un formato neutral por ejemplo, CL Datos. Los caminos de las
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herramientas necesarias por las herramientas de máquina de Carolina del Norte se generan sobre la base de dicha información. Historia de los sistemas CAD 1954 - el primer programa de CAD diseñada para el trabajo interactivo, elaborado DT Ross. 1956-1959 - en los EE.UU., también en el MIT los estudios sobre sistemas de control de 5-axiales para máquinas herramienta comenzó; principios de la descripción y presentaciones gráficas de los modelos en 3D llegó a existir. 1960-1965 - la introducción de líneas ocultas, escalado, lápiz óptico de rotación y la primera estación de gráficas CAD orientado. 1973-1980 - la introducción de modelos volumétricos en 3D y los principios de modelado de superficies sin restricciones sobre la base llamada "splines"(Bezier, Coons). 1980 - el desarrollo de normas y GKS IGES y la inclusión de los sistemas de CAD a los principios de modelado y el diseño tecnológico de un producto, así como planificación de la producción y el control. 1990 - una mayor integración en los sistemas abiertos de la estructura versátil recopilación de datos, gestión de documentación, equipamiento de sistemas de CAD con módulos de inteligencia artificial, y la integración con los sistemas expertos. Sistemas CAD / CAM disponibles en el mercado se pueden dividir en tres grupos (Tabla 1), tales como: sistemas CAD, CAM e integrado los sistemas CAD / CAM. El primer grupo abarca los sistemas de ayuda de diseño - Piezas de diseño, la construcción de modelos complejos, creando 2D documentación. Los sistemas modernos de CAD, además, conllevan una serie de módulos que ayudarían al trabajo de los diseñadores, tales como: diseño de las uniones soldadas, el diseño de conexiones de las tuberías, la colección de elementos accesorios de serie, llamada Normalia, módulos para el análisis de la fuerza, etc. El segundo grupo incluye los sistemas CAM - los sistemas de ayuda de diseño de procesos tecnológicos de NC / CNC. La mayoría de los sistemas CAM están equipados con herramientas simples, cuya tarea es diseñar. El supuesto es que los sistemas CAM importen datos geométricos de un archivo externo y generen los caminos de una herramienta en su base. Sin embargo, este tipo de soluciones (dos sistemas CAD y CAM) causó muchos problemas. La geometría del
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sistema CAD fueron trasladados con errores debido al hecho de que sólo los formatos neutros de intercambio de datos estaban disponibles CAM (IGS, DXF, VDA-FS y similares). En el transcurso del tiempo, este problema se resolvió mediante la introducción de interfaces directas: de este modo, CAM estaba leyendo los datos geométricos en el formato de sistema de CAM y sin necesidad de su conversión. En un principio, también hubo algunos problemas, es decir, sólo se utilicen los sistemas de modelos sólidos. Otras obras sobre la integración de los sistemas CAD / CAM llevado a la situación en que los sistemas CAM comenzó a trabajar en el entorno de los sistemas CAD como opciones adicionales (nuevo menú y barra de herramientas el icono se han añadido). Los sistemas de SolidWorks o SolidCAM pueden servir como un ejemplo aquí. Estos son los sistemas elaborados por diversas empresas, sin embargo, después de la instalación en una computadora, hay una integración CAD / CAM medio ambiente. SolidCAM opciones del sistema están disponibles a partir de un menú adicional, que aparece en el paquete después de la instalación. No hay necesidad de registrar datos geométricos o activar otros programas - todo está dentro del entorno. Es crucial porque una vez que un proceso tecnológico para una parte particular, uno puede fácilmente introducir modificaciones en un modelo. En este caso, el sistema detecta automáticamente CAM tales modificaciones y actualizaciones de la ruta de acceso de una herramienta. El tercer grupo consiste en los sistemas CAD / CAM integrado que ofrece la funcionalidad en el ámbito de aplicación de CAD o CAM. Después de haber comprado un paquete, se obtiene un entorno coherente y no hay necesidad de transmitir datos sobre entre los módulos. Es evidente que estos sistemas son también de una estructura de módulo, sin embargo la transferencia de datos no es visible para un usuario. En el caso de problemas con el software, se debe buscar apoyo en los de un proveedor, no en dos, lo que puede suceder en el caso de una solución combinada - diferente CAD CAM y el proveedor del sistema. El intercambio de datos entre diferentes sistemas CAD se puede realizar de manera similar como en el caso de intercambio de datos entre sistemas CAD y CAM. Existen las siguientes opciones. por un traductor directo, por formatos neutrales de intercambio de datos,
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con la aplicación de un software especial traducción; paquete de software MATHDATA [12] puede ser una instancia de solución de este tipo. Este software se instala en la traducción de un servidor, sino que descarga los datos de CAD / CAM, y, por último, los procesa en un formato del otro sistema. Así, puede transferir los datos entre CAD / CAM sin pérdidas (fig. 1).
La figura. 1 Un ejemplo de una solución informática de ahorro de los datos geométricos en distintos formatos de archivos CAD del sistema [12]
Open Source sistemas CAD se pueden encontrar en Internet. QCAD paquete de software incluido en las distribuciones populares de Linux es una instancia operativa de la solución antes mencionada. Este sistema permite crear una documentación 2D. FreeCAD [14] o [BrlCAD 13] son otras soluciones conocidas de este tipo. Tabla 1 División de sistemas CAD/CAM CAD
CAM
CAD/CAM
SolidWorks
AlphaCAM
MasterCAM
SolidEdge
EdgeCAM
SurfCAM
AutoCAD
SolidCAM
CATIA
Mechanical Desktop
Sum3D
Pro/E
LogoCAD
VisualMill
Cimatron
InteliCAD
CamWorks
DelCAM
TurboCAD
...
Unigraphics
Inventor
...
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1.1. Modelado geométrico El modelado geométrico es una técnica utilizada para describir las formas de un determinado objeto. El sistema CAD permite mejorar el proceso de diseño, así como acortar el tiempo de desarrollo de productos. La aplicación de las computadoras y los programas de gráficos facilitan o mejora las obras relacionadas con el diseño del producto - desde la concepción a la documentación. Trabajar con sistema de CAD es una sesión interactiva con un sistema informático, lo que lleva a modelado de piezas. A continuación, varias operaciones se pueden realizar sobre un modelo construido. El sistema CAD se utiliza en relación con las siguientes características: Precisión del diseño, Menor cantidad de trabajo, Posibilidad de analizar los modelos, Visualización, Automatización del diseño, La rápida introducción de modificaciones, Facilidad de gestión de proyectos, Posibilidad de integración con otros sistemas, Otros. La elaboración de los primeros sistemas CAD que ofrece la funcionalidad que permitió la creación de documentación de planos. En el transcurso del tiempo, las funciones para la generación de modelos 3D fueron agregándose. Una biblioteca de primitivas estaba disponible (cono, cilindro, esfera, etc.), que podrían ser utilizados durante la construcción de modelos 3D. Se suponía que una primera documentación 2D se crea y luego, sobre esa base, se construyen modelos 3D. Sin embargo, este enfoque ha cambiado con el tiempo debido a un desarrollo dinámico de los módulos 3D. Por último las herramientas para el diseño 3D se convirtió en eficaz y sencilla basta con que comenzó a ser el módulo básico de los sistemas CAD en 2D mientras que los diseños fueron tratados como un suplemento. Por último, se afirmó que los dibujos en 2D son nada menos que una presentación de un modelo 3D, que permite generar la documentación
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en 2D de manera casi automática. Uno puede tomar los siguientes pasos: Generación automática de una sección transversal recta y el desplazamiento de escotilla las áreas que lo requieran - un usuario determina la línea de la sección transversal. Generación de sección rota de salida - un usuario determina el área de extracción y definir su profundidad (Fig. 3). Generación de puntos de vista y la escala automática. Generación de una mesa de dibujo en 2D para una documentación sobre la base de un patrón determinado. Introducción de varias anotaciones, tales como: Notas, Los símbolos de acabado superficial, Los símbolos de las articulaciones, Símbolos de la ubicación y la tolerancia forma, Símbolos de una base de medición, Otros. Generación de vistas de detalle - un usuario indica un detalle en un dibujo y, a continuación, un lugar de inserción del punto de vista (fig. 2). Generación de los puntos de vista sobre la base de modelos 3D. Generación automática de las dimensiones con la posibilidad de introducir cambios. Introducción de nuevos elementos pictóricos, tales como: líneas, arcos, hachas, etc. Otros.
La figura. 2 Un ejemplo de una vista La figura. 3 Un ejemplo de que muestra un detalle definición de extracción
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En los sistemas CAD en las bibliotecas de objetos listos (tornillos, rodamientos, estrías,
etc.) que pueden ser utilizados en obras de diseño. Un constructor no tiene que utilizar
varios tipos de catálogos, mientras que se busca cualquier elemento. Se puede encontrar
en la base o, además, descargar el modelo 3D para su diseño. Las bibliotecas de las
piezas suelen ser abiertas y los usuarios pueden enriquecerse con las piezas creadas por
ellos mismos. En tal caso, se hacen accesibles para otras personas usen el sistema de
CAD en una empresa y tener acceso a las bibliotecas de las piezas. Las bibliotecas de
este tipo que el proceso de diseño más eficiente.
1.2. Tipos de modelos en los sistemas CAD En los sistemas CAD tres tipos de modelos pueden ser creados: alambre, superficie y sólido.
1.2.1. Modelos de alambre Las versiones iniciales de los sistemas CAD permitido el diseño de superficies, que sustituyó a la redacción de manuales, el diseño. Los dibujos creados en el avión pueden ser fácilmente dimensiones. Dibujos en 2D son difíciles de verificar debido a la falta de presentación 3D. presentación 3D aparece sólo en la imaginación. En el modelo se crea mediante la conexión de los puntos situados en el espacio con líneas o curvas. Los modelos obtenidos son ambiguos que puede interpretarse de diversas maneras (Fig. 4). No hay información sobre la masa se puede obtener, la superficie no se pueden ocultar y los modelos de sombreado no se pueden generar. Este tipo de modelo se utiliza con frecuencia para la verificación rápida de las ideas en el curso de diseño. Es rápido y eficiente. Características de los modelos de alambre: La falta de posibilidades de definición completa de los objetos reales, Los objetos se presentan por puntos o líneas / curvas.
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La falta de volumen y la masa, Sólo los bordes de un modelo se muestran Información acerca de la superficie no están claros - la falta de superficie, La falta de sombra posibilidad, Fácil de guardar y se muestra Dificultades al preparar las tecnologías para Carolina del Norte en los sistemas de CAM, Cuando la complejidad de un modelo de incrementos, es fácil cometer errores, Creación de los modelos es mucho tiempo, Los modelos no reflejan el punto de vista lleno de objetos creados en el entorno de los sistemas informáticos.
La figura. 4 Un ejemplo de los modelos de bordes de ambiguos
1.2.2. Modelos de superficie Los modelos de superficie son creados con puntos, líneas o planos. Un modelo de superficie no reconoce los puntos que no se encuentran en la superficie - una sección transversal, el volumen y momento de inercia no se puede obtener. Los modelos de superficie pueden ser sombreadas en aras de una mejor presentación. También pueden ser utilizados durante el diseño de piezas complejas.
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Wyciągnię szkicu
Powierzchnia obrotowa
La figura. 5 Ejemplos de modelos de superficies.
La superficie de diseño es sobre la generación de la superficie y la realización de diversas acciones en él. Tales superficies pueden ser generadas por extrusión, de rotación y así sucesivamente. Por otra parte, las superficies pueden ser por ejemplo, corte, cursó redondeadas, cosido.
1.2.3. Modelos sólidos El sistema de CAD en la actualidad emplea tecnología para modelar sólidos. Los modelos representan una visión clara de una parte se está diseñando. El sólido puede ser utilizado mientras que el análisis de los momentos de inercia, masa, volumen (Fig. 6). Existe la posibilidad de crear secciones transversales. Basta con definir una sola línea o varias líneas para compensar una sección transversal, y el sistema generará automáticamente una sección transversal, hacer una proyección y las áreas sombreadas que se exige de él (figura 7).
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La figura. Ejemplo 6 propiedades de masa de un sólido generado por un sistema CAD
La figura. 7 Ejemplo modelo sólido con la sección transversal se genera automáticamente la documentación en 2D
Dos enfoques se utilizan en la representación de modelos sólidos, es decir, CSG (Geometría constructiva de sólidos) y B-Rep (Representación de Fronteras). En una presentación CSG, los primitivos se utilizan (cubo, cono, cilindro, esfera, etc.) a los que se aplican operaciones booleanas. Creación de un sólido ocurre en tres pasos: Selección de una primitiva de una biblioteca. La aplicación de las dimensiones que les son propias. Decisión relativa a una operación ejecutada (suma, resta, parte común)
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SUMA
RÓŻNICA
La figura. 8 Ejemplo de la creación de un modelo utilizando el método CSG
B-Rep se basa en la suposición de que un objeto físico está limitado por un cierto número de superficies. Un modelo sólido se crea mediante la combinación de las superficies e incluye vértices, bordes, asas (privadas superficie determinada por las tapas y los bordes), objetos (cuerpo - incluye superficies, aristas y vértices. Sólo la información sobre las superficies se almacena. El volumen de un sólido puede calcularse a partir del teorema de Gauss. Los sistemas modernos de CAD permiten hacer uso de las opciones para la creación de sólidos, superficies y bordes en la creación de un modelo. Un modelo mixto se crea de esta manera. Además, hay opciones que permiten romper un sólido en las superficies o el intercambio de las superficies de los sólidos. Por ejemplo, uno se rompe un sólido en las superficies, realiza las operaciones sobre dichas superficies y, a continuación, convertir un modelo sólido de nuevo. Varias operaciones se pueden realizar en los sólidos o superficies ya existentes, tales como: corte de un sólido con una superficie o al revés. Esta forma de modelado 3D se llama un modelo híbrido.
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De la creación de modelos CAD se pueden presentar en varias formas, tales como:
La figura. 9 formas diferentes de presentación del modelo 3D
Una visualización realista de modelos 3D puede ser llevada a cabo por los módulos avanzados de sombreado, que utilizan la imposición de texturas. Estos módulos tienen a menudo opciones que permiten determinar la ubicación de la fuente de luz de iluminación de un modelo. La figura. 10 y 11 ilustran un ejemplo de dicha presentación.
La figura. 10 Un modelo 3D con una textura aplicada se asemeja a un plano de virutas.
Fig. 1 A 3D modelo con una textura aplicada parecido a una fundición
1.3. Los documentos en los sistemas de CAD En los sistemas CAD hay tres tipos básicos de documentos (Fig. 14): piezas, ensamblajes y dibujos en 2D.
1.3.1. Parte Si bien el diseño de cualquier producto en un sistema CAD por lo general comienza desde el modelado de las piezas en particular. En su
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base, el resto de los documentos se crean. El diseño de las partes puede llevarse a cabo de forma variante, es decir, uno puede determinar varias rutas de diseño. Además, si bien el diseño de las piezas, las opciones para la creación de superficie, borde y modelos sólidos deben aplicarse.
1.3.2. Ensamblaje Las piezas que se han diseñado se combinan por parejas (por ejemplo, coaxial, paralelo en contacto, etc.) puede constituir un producto listo. Una relación se puede establecer entre una geometría real de una pieza, por ejemplo, distancia entre vértices paralelismo de ambas superficies. La geometría auxiliar también puede ser usado para crear enlaces: puntos adicionales, planos o ejes. Cada una de las piezas diseñadas antes de que pueda ser utilizado en varias ocasiones. sistemas CAD normalmente dan a la posibilidad de generar múltiples variantes de montaje. La corrección de un conjunto diseñado se puede comprobar de la siguiente manera Diseñando modelo de ensamblaje pueden someterse a análisis de simulación, lo que significa que se puede comprobar cómo funciona el modelo de ensamblaje. Para ello, las unidades (lineal, rotativo o de otro tipo) hay que añadir y la simulación tiene que ser calculada. Se debe comprobar si hay interferencias entre las partes que constituyen la asamblea. Los sistemas CAD pueden analizar el conjunto con respecto a este tipo de problemas e indicar los lugares problemáticos.
La figura. 12 Ejemplo ocurrencia de acumulación en un conjunto diseñado
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Generar datos estadísticos sobre el montaje donde el número de piezas utilizadas en el montaje se administra junto con otra información.
La figura. 13 Los datos estadísticos generados para el montaje de la figura. 14
1.3.3. Dibujo en 2D Loa dibujos 2D no son más que una presentación plana de modelos espaciales. Dichos documentos pueden ser generados por las piezas y los modelos de montaje. Así, podemos crear vistas, secciones transversales, sección cortes-partidos, etc. documentos creados de tal manera pueden hacer dibujos ejecutivos de las piezas, pero también pueden ser bocetos para las operaciones tecnológicas. Existe una conexión entre un modelo en 3D y su representación en plano. Los cambios introducidos a un modelo 3D son inmediatamente visibles en la documentación de planos y viceversa. También se refiere a la documentación el plano de los modelos de montaje. Algunos sistemas CAD pueden generar automáticamente al menos una parte de las dimensiones de una documentación en 2D. El resto hay que añadir manualmente. Los cambios de dimensiones en una documentación en 2D puede hacer que la actualización de un modelo 3D. Solid Works es un programa de ejemplo que contiene dichas instalaciones.
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Części
Wspólne Koncentryczne
Wiązania Złożenie
Równoległe Styczne inne
Dokumentacja 2D dla części
Symulacja, wykrywanie kolizji, zalezności dynamiczne, konfiguracje, dokumentacja 2D, zestawienia części
Dokumentacja 2D dla złożenia
La figura. 14 Tipos de documentos en sistemas CAD [1]
En la documentación 2D es fácil generar modelos sólidos. El sistema tiene la información sobre el volumen del modelo y es capaz de escotilla automáticamente las áreas que lo requerían. En el caso de la creación de una documentación en 2D para los modelos de superficie, tal posibilidad no existe. El sistema generará puntos de vista adecuado, pero las secciones transversales han de estar preparados manualmente. En el caso de modelos de superficies, sólo puntos que están en la superficie son reconocidos, lo que hace que la generación de secciones transversales imposible. Los documentos creados se suelen asociación, es decir, introducir un cambio en un solo documento hace una actualización automática de los demás documentos relacionados. Tenemos piezas de diseño y, posteriormente, crear una asamblea. Por una parte o el montaje se puede generar una documentación en 2D. Por ejemplo, si introducimos un cambio en una parte, la actualización del modelo de montaje y 2D documentación del modelo de ensamblaje se producirá junto con la actualización de documentación en 2D de piezas.
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1.4. Parametrización de Modelos 3D Soluciones modernas de TI pertenecientes a los grupos de los sistemas CAD ofrecen modelos de forma paramétrica. Esto significa que en cualquier etapa del diseño de las piezas, podemos cambiar cada una de las dimensiones declaradas antes. Ejemplos de estos programas son SolidWorks y Catia. Los sistemas de registro de cada paso del diseño y de toda la historia de la creación de un modelo se presenta en forma de un árbol. Modificación de los parámetros del modelo se produce a través de la búsqueda de la operación en el árbol y la edición de sus parámetros. Apuntes sobre la base de que la operación se hizo también se puede modificar. Después de guardar los cambios se actualiza todo el modelo. La actualización del modelo puede ser un fracaso porque las siguientes operaciones pueden ser basadas en la geometría de la operación modificada. En ese caso, el sistema indica que las operaciones son problemáticos y requieren la intervención del usuario. Además los documentos asociados con el que está siendo modificada se actualizan. Por ejemplo, si uno cambia a cualquier dimensión en una parte elaboración propia, una documentación en 2D va a cambiar también - que se va a actualizar de acuerdo con las modificaciones introducidas. Durante el ajuste los parámetros del modelo, que se unen elementos geométricos planos entre sí, son muy útiles. Un ejemplo de tal relación puede ser de la siguiente manera: dos rectas son paralelas, dos círculos son tangentes, un punto está sobre una línea, dos círculos son coaxiales y similares. Estas limitaciones pueden ser modificadas en cualquier nivel de diseño. Si bien el diseño de los sistemas CAD también se puede aplicar relaciones matemáticas entre las dimensiones. Cada dimensión tiene su propio nombre y puede ser tratado como un parámetro. Un ejemplo de tales dibujos se muestra en la figura. 15.
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La figura. 15 Un ejemplo de aplicación de ecuaciones matemáticas para crear relaciones entre las dimensiones del modelo. El ejemplo ha sido generado en SolidWorks
1.5. Diseño de piezas en el método Variant Si bien el diseño de cualquier parte, una base en una concepción inicial de algunos - idea. Al llegar a cierta etapa del diseño, se tiene en cuenta cuál es el camino del diseño deben ser seleccionados - la variante que debe ser elegido. sistemas CAD son capaces de diseñar de forma variante, es decir, uno puede crear muchas versiones de las partes o el montaje y guárdelas en un documento. Por ejemplo, en un sistema de SolidWorks crea las configuraciones de llamada. Estas configuraciones permiten crear modelos y organizar sus familias con diferentes dimensiones, componentes u otros parámetros. Las variantes pueden ser creadas para diversos documentos que ocurren en sistemas CAD [16] En apartados de documentos, configuraciones permiten crear apartado familia con varias dimensiones, operaciones y propiedades, incluidas las propiedades ajustadas. En los documentos de ensamblaje, configuraciones permiten crear: versiones de un diseño simplificado al ocultar los componentes. Las familias de las asambleas o utilizando diferentes configuraciones de componentes, los parámetros para las operaciones de montaje, dimensiones o propiedades específicas adecuadas a las configuraciones. En el boceto documentos, uno puede proyectar puntos de vista de las configuraciones creadas, en parte, o el montaje de los documentos.
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La figura. 16 Un ejemplo de modelado paramétrico utilizando una hoja de cálculo
Mientras se hace el diseño de la variante, que está conectado con tener varias versiones de un modelo que se diseñó, se puede utilizar una tabla de dimensiones registrado en la forma de una hoja de cálculo. Indicando una variante adecuada causas tomando las dimensiones de dicha hoja de cálculo, la sustitución de los valores para las dimensiones adecuadas y la regeneración de un modelo. Un ejemplo de un conjunto de medidas del modelo en forma de una hoja de cálculo se presenta en [15].
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2. Prototipado rápido En el mundo contemporáneo, altamente industrializados, una necesidad incesante de reducir el tiempo de planificación y diseño de productos y la necesidad de garantizar la máxima calidad del producto en el momento de su mano de lanzar el desarrollo de nuevas tecnologías, con miras a la reducción de la el tiempo de comercialización. Las nuevas tecnologías ofrecen herramientas que permiten la extensión de la noción de aseguramiento de la calidad de la fabricación de área para el ciclo de vida entero. Consisten en técnicas y métodos que permiten la reducción del tiempo de desarrollo de productos, a partir de la etapa de formulación de necesidades hasta la fase de la introducción de un producto final en el mercado. Uno de los objetivos básicos es la minimización del tiempo de inactividad con una mejora simultánea de la calidad del producto. Modelado matemático de objetos (CAD 3D) es considerado el componente básico de todas estas técnicas. Este modelo es un conjunto de datos que permitan una descripción precisa de la forma geométrica de un objeto tridimensional. Las reglas básicas y herramientas potenciales se han conocido por años, pero debido a ciertos problemas, especialmente relacionados con los costos, delicadas herramientas y la cultura, las aplicaciones suelen estar dirigidos a clientes muy ricos o estratégicos. El modelo matemático se puede obtener de dos maneras diferentes Directamente, utilizando herramientas informáticas para el diseño en tres dimensiones (CAD-Computer Aided Design) Al copiar un elemento con el uso de herramientas, tales como cámaras de vídeo, sistemas de ingeniería inversa, TAC (Tomografía Axial Computarizada), que son elegidos en función del tipo de elemento, área de aplicación, requiere de precisión, etc. Una vez obtenido el modelo se puede utilizar para varios propósitos, a partir de archivamiento de la posibilidad de realización de los ensayos, la mejora de la geometría, utilizando para aplicaciones multimedia, así como en los análisis y pruebas de FEM de procesos de producción real, la preparación de prototipos y forma con el uso de prototipado rápido y técnicas de construcción rápida. [25]
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El prototipado rápido y técnicas rápidas de construcción con herramientas son esas tecnologías. Estos sistemas, instalados en los dispositivos modernos y el uso de diferentes tecnologías y materiales, son capaces de prepararse, en material objetivo, un prototipo o prototipos de serie de un objeto basándose en su modelo numérico obtenido de un sistema CAD 3D o el proceso de ingeniería inversa. La forma de construir el prototipo, que se construye con el uso de procesos libres de desechos añadiendo capas individuales de acuerdo a la información contenida en un fichero STL. RP, que es una herramienta visual, ayuda a las empresas a reducir la probabilidad de lanzar un producto de calidad inferior o bajo en la narket. Estos modelos tienen muchas aplicaciones. Ellos hacen una ayuda visual perfecta, mientras que el intercambio de ideas con los colaboradores o clientes. Además, se pueden utilizar en las fases de prueba. Por ejemplo, un ingeniero de aviación puede utilizar el modelo de un avión de ala y medir los ascensores arrastra aerodinámica (las fuerzas de resistencia). Además de la preparación de prototipos, las técnicas de RP puede ser usado para fabricar herramientas (llamada rapid tooling) o incluso productos de alta calidad (fabricación rápida). Obviamente, prototipado rápido no es perfecto. El volumen de los elementos creados son limitados, su tamaño depende del tipo de dispositivo. Para las series de producción grandes o de objetos simples, las técnicas tradicionales de fabricación suelen ser más económicos. Si dejamos de lado esas limitaciones, sin embargo, prototipado rápido es una tecnología que destaca de manera significativa y ayuda al proceso de fabricación. Con el tiempo, la investigación y el desarrollo permitirán que una mayor evolución de estos sistemas en términos de eficiencia (menor tiempo de construcción, menor tolerancia, una mejor calidad de la superficie, el aumento de la resistencia de los modelos de RP contra el clima, así como la mecánica, las condiciones térmicas y químicas). Definida la aceptación en el mercado y el éxito posterior de estas tecnologías se ha afirmado, y es el resultado de una tendencia sin restricciones para reducir el tiempo de desarrollo de nuevos productos. Ha sido el principal factor de éxito.
2.1. CAD CAD significa Diseño Asistido por Ordenador. Este tipo de software permite el diseño de un elemento o mecanismo detallado inventado por un ingeniero. CAD, sistema de construcción apoyo o los sistemas y procesos de diseño, que se utilizan para dibujo y modelado geométrico.
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El modelado geométrico 3D se utiliza para las representaciones de las piezas modeladas y ensamblajes. La representación de los ensamblajes también contiene la descripción de montaje de la estructura, que se conoce como la estructura del producto. La representación en 3D de piezas y conjuntos se utiliza para la creación de documentación técnica, por ejemplo, dibujos, listas de piezas, listas de materiales. Contemporáneo sistemas CAD permiten modelado paramétrico, que se basa en relación bidireccional entre las dimensiones, que se pueden presentar en el modo de boceto, el modo 3D o 2D modo de dibujo y la geometría 3D y viceversa. Actualmente, todos los sistemas CAD respetados permiten: la creación de proyectos en tres dimensiones, la creación de planos de montaje de varios elementos separados, comprobando si son iguales entre sí, trabajar en un proyecto grande por muchas personas, Actualización automática de todos los planos de montaje después de cambiar un solo detalle, Creación automática de la lista de detalles, estimación de costos, la cooperación con el almacén, etc., Visualizaciones. Las principales características de los sistemas CAD: Modelado de objetos geométricos, Creación y edición de documentación de la construcción, El ahorro y el almacenamiento de documentación en formato electrónico - a la vez como archivos o bases de datos, intercambio de datos con otros sistemas, la creación de proyectos en tres dimensiones de los elementos construidos, la creación de planos de montaje de varias partes separadas, trabajando en un proyecto único por muchas personas, Actualización automática de todos los planos de montaje después de cambiar uno de ellos, estimación de costos automática, la cooperación con el almacén, etc. Diseño asistido por ordenador consta de tres niveles
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concepto, donde el análisis se lleva a cabo la compilación de las variantes de solución y la estimación de la solución desde el punto de su exactitud; el desarrollo de conceptos, cuando la especificación del concepto de la solución, el establecimiento de la escala del proyecto, la construcción del modelo y la estimación de la resolución tenga lugar, detalles, donde la representación individual de las partes y la estimación de las soluciones a ocurrir. Un proceso de CAD consta de 6 etapas [8] Las necesidades de reconocimiento, definición del problema, síntesis, Análisis y optimización, Evaluación, Presentación.
La figura. 1 Proceso de diseño con CAD
Ventajas del uso de sistemas CAD posibilidad de determinar la solución óptima,
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mejora de la calidad de la solución obtenida (modelos matemáticos precisos (CAD 3D)), aliviar el diseñador de mucho tiempo y aburrido normalmente rutinas (redacción, cálculos), aumento de las posibilidades de utilizar las soluciones existentes de diseño, gracias a bases de datos informáticas de las normas vigentes y los catálogos, posibilidad de simular el comportamiento del objeto diseñado bajo diversas condiciones, ya en la etapa de diseño.
Las ventajas resultantes de la aplicación de un sistema CAD son incuestionables y que la empresa puede mejorar su posición competitiva en este camino. La posición estructural de un producto como el conjunto conocimientos técnicos de la planta es sólo uno de los eslabones de la cadena de producción de las actividades técnicas de preparación. Si no es óptima y de manera interactiva conectada con todos los otros campos clasificados como los conocimientos técnicos de la planta, incluso entonces instalar el mejor sistema CAD no traerá la empresa, en su conjunto, los beneficios de gran tamaño (al margen del aumento de confort, la cultura y la eficiencia de trabajo en el departamento de construcción). En CAD, se utilizan dos tipos de modelos geométricos: 1. Piso / plano - con contornos modelo gráfico 2D, donde algunos arreglos línea de conectar una serie de puntos, el modelo se crea utilizando elementos, tales como: líneas rectas, arcos, círculos, parábolas, etc. Objetos o gráficas 2,5D, es decir, modelos prismáticos o de rotación se define utilizando elementos planos (por la traducción o la rotación de un elemento de superficie plana en torno al eje de rotación / revolución un modelo de objetos sólidos se crea). 2. espacial - con ayuda de elementos de tres dimensiones o modelado de sólidos o consistentes en el montaje de un dibujo en tres dimensiones básicas de los sólidos matemáticos, como el cilindro o un cubo; o modelado de la superficie o se utiliza para crear objetos de superficie, que consisten en los bordes adyacentes por superficies, facetas llamada (una red poligonal emergente, cuya superficie es plana);
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o modelización o borde, se utiliza para crear objetos - esqueletos de figuras con elementos lineales y de arco.
La figura. 2 Modelos de objetos en un sistema CAD
Básicamente, el software CAD se utiliza para el diseño de construcciones, de ahí que se asocia sobre todo con la mecánica. Algunos de los sistemas CAD más populares son: CATIA, Solid Works, Pro/Engineer, SolidEdge, Unigraphics, Inventor, AutoCAD. Información adicional relativa a los sistemas individuales se pueden encontrar en los sitios web del fabricante.
2.1.1. Formatos de datos de intercambio. La representación de productos y datos de proceso, introducido por los formatos de intercambio de datos junto con los mecanismos necesarios y las definiciones, permite a los productos de elevada eficiencia de intercambio de datos. Este intercambio entre sistemas informáticos distintos y los ambientes se relaciona con el ciclo de vida del producto entero, que consiste en el diseño, fabricación, utilización,
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mantenimiento y deterioro del producto. datos del producto, que surjan durante estos procesos, se utilizan para diversos fines. Tal uso es seguido por la necesidad de utilizar muchos sistemas informáticos, algunos de los cuales se puede ubicar dentro de diversas organizaciones. Para poder utilizar los datos del producto mejor, las organizaciones deben ser capaces de representar los datos de sus productos en un sistema informático común, capaz de interpretarlos. Es por ello que se requiere para generar los datos del producto completo y coherente, lo que podría ser procesada por los sistemas de procesamiento de datos diferentes. El propósito del uso de formatos de intercambio de datos es la introducción de un mecanismo que es ser capaz de describir los datos del producto durante su ciclo de vida independiente de los sistemas individuales. Tal descripción es apropiada no sólo durante un intercambio de archivos neutral, pero también puede servir de base para la aplicación y el intercambio de datos en bases de datos de productos, así como en archivamiento. Su objetivo es una base de datos integrada de productos, que permitan el acceso y la utilización de todos los recursos necesarios para apoyar el ciclo de vida del producto. Los datos importantes formatos de intercambio El formato de IGES se presentó por primera vez por la Oficina Nacional de Normas, Boeing y General Electric y fue publicado por la Oficina Nacional de Normas en 1980. Al principio, sólo era posible el intercambio de unidades básicas, tales como puntos, líneas, arcos o círculos. En octubre de 1981, IGES se convirtió en la norma ANSI Y14.26M para CAD / CAM de comunicación. La última versión del formato IGES permite la transferencia de información relativa a la geometría de los sólidos y los modelos de borde. IGES se pueden guardar tanto en el formato binario y como archivo ASCII. En el formato ASCII, es más fácil modificar el archivo manualmente, pero se necesita más espacio que un archivo binario. PASO (Estándar para el Intercambio de Datos Modelo de Producto) es en realidad una serie de normas (ISO 10303), desarrollado por expertos de todo el mundo. Proporciona una interpretación neutral, por un ordenador, la representación de datos de productos de su ciclo de vida independiente de sistemas de software duro y. STEP es un conjunto de normas internacionales, basándose en una arquitectura integrada de la zona de los protocolos de aplicación específica (AP) y recursos en general integrado. DXF (Drawing Exchange File) fue creada por la empresa Autodesk para la transferencia de datos desde y para AutoCAD.
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DXF, al igual que otros productos de intercambio de datos, se pueden guardar en formato ASCII o binario. DXF se utiliza para transferir datos entre los distintos vectores de aplicaciones CAD. DXF puede transferir objetos tales como: objetos 3D, curvas, textos, dimensiones. Es un formato que es fácil de analizar. Su representación binaria es DXB, que suele ser más pequeño y se carga más rápido que su equivalente DXF.
2.2. CAD – RP Comunicación 2.2.1. Formato STL La idea de crear el formato STL (Standard triangulación de idiomas) propuesto por la compañía 3D Systems, que es pionera en la rama de la estereolitografía. En su orden, la primera versión de STL fue creada por Albert Consulting Group en 1987. El formato de pronto se convirtió en un formato básico de intercambio de datos en procesos de prototipado rápido. El éxito de STL vino de su sencillez, originalidad y suficientemente precisas de representación (mapping) del modelo diseñado. La principal tarea del formato de debate es la transferencia de modelos CAD en 3D para dispositivos rápida de prototipos. En la actualidad, la mayoría de CAD / CAM programas tiene la posibilidad de guardar el modelo en formato STL, lo que podría ser leído por casi todos los sistemas de prototipado rápido [10].
2.2.1.1. Estructura y Creación de archivos STL STL consiste en una lista de las superficies triangulares, también llamado triángulo de la red, que se define como un conjunto de vértices, aristas y triángulos conectados entre sí de tal manera que cada arista y vértice es compartido por al menos dos triángulos adyacentes (vértice a vértice regla). En otras palabras, la red triángulo presenta en las superficies de aproximación de un modelo 3D guardados en formato STL. La representación, sin embargo, omite elementos tales como: puntos, líneas, curvas, capas y colores.
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La figura. 3 Aproximación Modelo triángulos usando FOTO BRAK
Los archivos STL se guardan con la extensión *. stl, sin embargo parte de los programas también permiten utilizar otras extensiones. El tamaño del archivo depende del número de triángulos en los que las superficies del modelo se han dividido y, en consecuencia, a partir de la precisión con que los triángulos proyecto de la geometría del modelo.
La figura. 4 Diferencia en la representación de la geometría del modelo en el número de triángulos distintos
Guardar un modelo 3D en formato STL se lleva a cabo como resultado de la división de las paredes del sólido en superficies triangulares, que se describen mediante un conjunto de X, Y, Z coordenadas para cada vértice y por el vector normal, dirigida desde un dada la superficie hacia el exterior del modelo.
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La figura. 5 Descripción del área triangular
2.2.1.2. Formato ASCII El formato ASCII es legible para el usuario y se puede editar con programas dedicados texto. Su principal objetivo es poner a prueba nuevas interfaces en sistemas de CAD y la eliminación de errores (bugs). Sin embargo, tiene una desventaja - el archivo guardado en el formato ASCII tiene un tamaño de mayor tamaño en comparación con el mismo archivo guardado en el formato binario, que hace que sea menos práctico. Szescian.stl (cube.stl) se presentan a continuación archivo en formato ASCII.
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Rapid Prototyping Tabla 1 Fragmento del archivo en formato ASCII szescian.stl
szescian sólidos faceta normal 1.000000e 000 0.000000e 000 000 0.000000e lazo externo 0.000000e vértice 000 0.000000e 000 001 5.000000e 0.000000e vértice 000 5.000000e 001 001 5.000000e 0.000000e vértice 000 0.000000e 000 000 0.000000e endloop endfacet faceta normal 1.000000e 000 0.000000e 000 000 0.000000e lazo externo 0.000000e vértice 000 0.000000e 000 000 0.000000e 0.000000e vértice 000 5.000000e 001 001 5.000000e 0.000000e vértice 000 5.000000e 001 000 0.000000e endloop endfacet faceta normal 0.000000e 000-000 1.000000e 0.000000e 000 lazo externo 5.000000e vértice 001 0.000000e 000 001 5.000000e 0.000000e vértice 000 0.000000e 000 001 5.000000e 5.000000e vértice 001 0.000000e 000 000 0.000000e endloop endfacet ... endsolid
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La figura. 6 modelo Edge de disposición szescian.stl
El szescian.stl archivo guardado en el formato ASCII comienza y termina con una palabra clave (escrito en letras minúsculas). La primera palabra es "sólida" (datos relativos al archivo, como el nombre, autor, fecha de creación, etc., se puede colocar en la misma línea). La palabra final es "endsolid" (información de archivo también puede figurar allí). Entre esas dos palabras, las coordenadas de los vértices de los triángulos individuales, en la que las superficies de un determinado modelo se han dividido, están contenidas. En un momento, cuando la información relativa a un triángulo dado acabados ("endfacet"), se inicia el próximo, que definen el perfil que viene. De tal manera, todo el modelo se almacena.
2.2.1.2.1. BINARY FORMAT
Lo contrario al formato ASCII, el formato binario no es legible para un humano. Su mayor ventaja es el hecho de que un archivo guardado en este formato ocupa mucho menos espacio que el mismo archivo guardado en el formato ASCII. La siguiente tabla muestra la estructura de un archivo binario STL.
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Tabla 2 binarios estructura de archivos STLSTL
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En la tabla, se puede observar que los bytes ochenta se utilizan para describir el archivo (información sobre el autor, nombre de archivo, fecha de creación, etc.), y los siguientes cuatro representan el número de normales y las superficies triangulares que describe un sólido dado. A continuación, los tres vértices de cada triángulo, donde cada una de las coordenadas está representada por un número de cuatro bytes de largo de punto flotante. superficies individuales en el formato binario están separados por distancias de dos bytes. En conclusión, en el formato binario, cada superficie triangular está representada por 50 bytes, entre los cuales se encuentran: 12 bytes que describe las normales, 36 bytes que describen los vértices de los triángulos y dos bytes de espacio entre las superficies individuales.
2.2.1.2.2. . ORIENTACIÓN DE TRIÁNGULOS
Triángulos, en el que las paredes del modelo 3D se han dividido, también hacen que la frontera entre su parte interior y exterior. Su orientación se puede determinar de dos maneras 1. Basándose en un vector normal, dirigida exterior. 2. Al observar el modelo desde su exterior, el orden de vértices es hacia la izquierda (en la actualidad un método común).
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La figura. 7 Orientación de las superficies triangulares
En la figura anterior, se presentan dos superficies triangulares. La superficie en el lado izquierdo se ve desde el interior, lo cual está indicado por el acuerdo de las agujas del reloj de vértices del triángulo y el sentido del vector normal. La situación opuesta ocurre en el caso del triángulo rectángulo, visto desde el exterior del modelo.
2.2.1.2.3. SISTEMA DE COORDENADAS Y UNIDADES EN FORMATO STL
Uno de los requisitos de formato STL es que un modelo que se presenta debe estar ubicado en la parte positiva del sistema de coordenadas. Esto significa que ninguna coordenada de los vértices de los triángulos puede ser inferior o igual a cero. Un programa de ejemplo, que no permite generar un archivo STL en el caso si las coordenadas de los vértices son negativas o iguales a cero, es AutoCAD. Existen, sin embargo, muchos programas de CAD que permite cualquier lugar del modelo. Un archivo guardado en formato STL no contiene ninguna información sobre las dimensiones del modelo. Se presentan en unidades de libre desconocido. Por eso es importante que el modelo se haya definido totalmente antes de la conversión, ya que un montón de programas de prototipos rápidos tienen las funciones que permitan la restauración de las unidades en base a las dimensiones cerradas.
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Creación de archivos STL Con el fin de guardar un modelo generado en 3D en formato STL, se debe proceder de la siguiente manera: 1. Elija una parte (partes) para ser convertidos en formato STL. 2. Establecer la tolerancia de los parámetros del proceso. 3. Elegir el formato de almacenamiento de archivos (ASCII o binario). 4. Guarde el archivo. En el caso de modelos de superficies, guardando el archivo en formato STL es un poco más complicada, e incluye los siguientes pasos: 1. La determinación de todas las superficies adyacentes. 2. Someter a cada superficie en el proceso de división en triángulos. 3. Ajuste del vector normal, apuntando a la parte exterior de cada superficie. 4. Guardar el archivo.
Cabe recordar que al guardar el archivo en formato STL los siguientes parámetros se han definido:
1. La tolerancia de la división en triángulos, la determinación de cómo "suavizar" la representación del modelo 3D será (valor por defecto: 0,0025 "o 0,05 mm). 2. La tolerancia de la adyacencia de los triángulos (valor por defecto: 0005 "o 0,12 mm). 3. Generación automática de los vectores normales (on / off). 4. Viendo vectores normales (on / off). 5. Viendo superficies triangulares (on / off). 6. Información de archivos relacionados (on / off).
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Errores más frecuentes y defectos de formato STL El formato STL, como la mayoría de CAD / CAM formatos, puede contener algunos errores, que a menudo tienen una influencia negativa en el análisis del modelo por una persona. Incompatibilidad con la Regla vértice a vértice Regla La compatibilidad con la norma de vértice a vértice, es una de las condiciones básicas que deben cumplirse para ser un archivo guardado en formato STL. De acuerdo con este principio, cada triángulo tiene que compartir dos vértices de triángulos adyacentes y ningún vértice de un triángulo puede acostarse sobre un lado de otro triángulo. En la siguiente figura, dos figuras se presentan (cuadrados), que se han dividido en triángulos. Triángulo 1 la figura "a" contiene hasta cuatro "puntos de vértice", mientras que sólo tres de ellos son reales (punto X no puede ser tratado como un vértice ya que se encuentra en un lado de un triángulo). El vértice inferior izquierdo del triángulo 1, sin embargo, no es compartida con ningún otro triangulo de la figura descrita. Sin embargo, cuando se trata de triángulos 2 y 3 de la figura, ambos contienen un punto correcto para compartir con el triángulo 1, y una incorrecta X, al no ser un vértice del triángulo de una verdadera.
La figura. Regla 8 "Vertex a Vertex"
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Para el "vértice a vértice" regla que se cumple, en el triángulo 1 debe estar dividido en dos triángulos como se muestra en la figura "b" o triángulos conectar 2 y 3 como se muestra en la figura "c". Variabilidad (fuga) Todas las superficies que figuran en un fichero STL deben crear al menos una unidad invariable, de acuerdo con la regla de Euler para los sólidos normales:
F-E+V=2B donde: F - número de superficies, E - número de aristas, V - número de vértices, B - el número de los distintos sólidos.
Un ejemplo de cumplimiento de esta regla puede ser el cubo presentado al comienzo (Figura 6), para lo cual: F = 6, E = 12, V = 8 y B = 1, por lo tanto, 6– 12+8 = 2x1 2=2 Si la condición no se cumple, a continuación, un modelo STL se considera "fuga". En un momento en que gotea un fichero STL es sometido al proceso de generación de capas, de acuerdo a un
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algoritmo supone; tal algoritmo puede no detectar el error y como consecuencia de las fronteras cerradas surgir. Si un modelo generado erróneamente de tal manera que se utiliza en un proceso de RP, un láser, corte o cualquier otra herramienta que crea capas individuales del modelo, al encontrar un hueco en la superficie puede tratar de forma deliberada, y el modelo, se creará manera incompatible, nuestras expectativas o durante un proceso aún más el modelo será tan distorsionada como una medida que hará que el bloqueo del dispositivo.
La figura. 9 Ejemplo de error en los archivos *. stl - superficie de cruce (En el caso de un modelo en el que las operaciones booleanas con una precisión muy poco se hicieron, las fugas es un error común. Se manifiesta por el hecho de que los elementos de la geometría correcta no siempre se muestran).
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La figura. 10 Ejemplo de error en los archivos *. stl - agujeros en el borde de una superficie (lagunas que aparecieron de la frontera de una superficie puede ser causada por virus de software o una configuración incorrecta de archivo *. stl)
Hay, sin embargo, programas como 3D Lightyear por 3Dsystems o magias que permiten corregir el error mediante la adición de un segmento que conecta las fronteras rotas. „ Degenerados "superficies La degeneración de las superficies no es tan grave un error como los mencionados anteriormente. Sin embargo, a veces puede causar algún daño a la construcción del modelo.
La figura. 11 Ejemplo de la superficie de la degeneración
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La figura anterior presenta tres vértices de una cierta superficie. Se trata de un hecho esencial de que están o se han convertido en colineales. Sus resultados colinealidad de un acortamiento anterior de no alineados coordenadas durante la importación. Aunque la degeneración de las superficies no es un grave error, no debe pasarse por alto porque: en primer lugar, los datos relacionados con la superficie ampliar el tamaño de un archivo de STL, en segundo lugar, se degeneró superficies inducir a error a los algoritmos que analizan los procesos de prototipado rápido, en tercer lugar, su edición será mucho más difícil. La degeneración de la superficie también puede llevar a otro error, es decir agujeros (huecos) en la cuadrícula de triángulo. El problema consiste en el hecho de que los triángulos ktoré w aplikacji importu wyniku hacer formatu STL se convirtió en líneas puede provocar la aparición de agujeros (huecos) en los puntos geométricos con grandes curvas.
La figura. 12 hoyos en el triángulo de la red
Los errores en los modelos
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Este tipo de errores no surge de la conversión en formato STL, sino de errores que al crear el modelo. Si un mal modelo sólido se guarda en formato STL, toda la información relacionada a los errores no se mostrará. Por ello es esencial para el modelado sólido para mal se han fijado incluso antes de ser guardados en formato STL. De lo contrario, no significativa de compatibilidad con el proceso de prototipado rápido puede aparecer, y encontrar y corregir un error en el modelo guardado en formato STL es un proceso extremadamente difícil y consume mano de obra.
Redundancia Un defecto básico de formato STL es su alta redundancia (exageración), que resulta de la duplicación de los vértices y aristas de los triángulos.
La figura. 13 de redundancia en STL archivo
Reglamento de Creación de archivos STL Generación de archivos *. stl suele ser una tarea sencilla. Sin embargo, cada fabricante de software de CAD 3D utiliza otros términos y parámetros para guardar los archivos como *. stl. Sin embargo, no es necesario conocer todos los parámetros para guardar un modelo generado correctamente en el formato *. stl. Procediendo de acuerdo a las siguientes pautas garantiza la creación de un archivo *. stl correcta.
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1. Un ejemplo típico de una red de triángulo, que garantiza la buena calidad de un archivo *. stl generados, es de tamaño entre 0,02 mm (0,001 ") y 0,05 mm (0.002"). Sin embargo, hay que recordar que la tolerancia disminuyendo la red no siempre hará que el aumento de la precisión del prototipo. Un sofisticado sólido con una gran cantidad de curvaturas y redondeos tiene que tener una precisión mayor que un modelo geométricamente simple. 2. Es preferible guardar los archivos STL en el formato binario en lugar de ASCII. 3. En el caso de modelado de sólidos en un programa de CAD en 3D, hay una probabilidad significativamente menor de cometer un error en el archivo resultante *. stl que en el caso de modelado de superficies, donde se deberían dar el ejemplo de tal manera que todas las superficies estar interconectados y no se cruzan. Generación de un archivo *. stl de un modelo incorrecto es posible, pero más tarde, es necesario reparar. 4. En el caso de un modelo de superficie, antes de exportar a formato STL, todas las áreas tienen que estar conectados entre sí para formar un modelo único. Si las superficies no se cortan (recortado) o se rompe, todavía hay una posibilidad de crear un archivo STL, pero no será correcta y su reparación se hace más difícil. 5. el tamaño mínimo (espesor) de un modelo del que un archivo *. stl se va a generar es de 0,02 mm. 6. En algunos programas de CAD, durante la conversión de un modelo en formato STL, advertencias pueden aparecer que la geometría de una parte del modelo está fuera de la zona positiva de X, Y y Z - estos mensajes pueden ser ignorados. 7. En caso de que uno quiere que la construcción de un prototipo de una asamblea permanente, uno tiene que crear este tipo de ensamblado mediante un programa de CAD, y sólo a continuación, guárdelo en el formato *. stl.
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Generación de archivos *. stl en diversos programas Generación de archivos *. stl en la mayoría de los programas consiste en la ejecución de los mismos hechos y sólo es accesible desde Archivo / Guardar como... de comandos. pasos concretos que deben tomarse al exportar un modelo para el formato *. stl se muestra en dos sistemas de CAD ejemplo, donde tanto en SolidWorks y otros programas más, el ahorro es accesible a través de "Guardar como...", mientras que en el sistema CATIA, un módulo dedicado se utiliza. Con el fin de salvar a un modelo 3D en formato STL en software Solid Works, haga lo siguiente: 1. Abra el modelo que se ha de exportar a formato STL. 2. Seleccione Archivo en el menú superior desplegable, y seleccione Guardar como... 3. En la ventana de diálogo se tiene que: elegir el directorio de destino (carpeta), el nombre del modelo y tipo de formato, es decir STL (*. stl). 4. A continuación, hay que definir los parámetros de archivos, por lo tanto, Opciones... botón debe hacer clic en la ventana de mismos diálogos. En efecto, una ventana a otra, llamada opciones de exportación, se abrirá (Fig. 2,6)
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La figura. 14. Opciones de exportación ventana
En la ventana, los siguientes parámetros pueden ser definidos: 1. Los datos de salida como: formato binario, Formato ASCII, Unidad (milímetros, centímetros, metros, pulgadas, pies).
La figura. 15. Los datos de salida
2. Resolución. Este parámetro controla la red de triángulo. Tres opciones están disponibles aquí: -De grano grueso, De grano fino, Adaptado (ajustado).
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En el caso de la última opción, hay una posibilidad de ajustar el ángulo y la desviación. tolerancia de la desviación controla la red de la parte entera, mientras que la tolerancia angular sobre todo influye en la representación de los detalles. Las diferencias resultantes de los cambios introducidos, están representadas por dos círculos concéntricos colocados al lado de la barra de la pista.
La figura. Resolución 16 (precisión) el establecimiento de
En ambos casos, la elección de valores más bajos permite crear un modelo más preciso en formato STL, pero el proceso tomará mucho más tiempo. Mostrar STL información antes de guardar el archivo. La selección de esta causa de parámetros (después de hacer clic el botón Guardar) la visualización de una ventana de diálogo con la siguiente información: número de triángulos, tamaño de archivo, formato de archivo y ruta de directorio y nombre de archivo. La selección de parámetros Ver ocasiona que la pantalla de vista previa de un modelo en el área gráfica, y la información sobre el número de triángulos y el tamaño del archivo.
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La figura. 17. STL vista previa de archivos. Fragmento de diálogo Opciones de exportación ventana y vista previa gráfica del modelo exportado.
No transfiera (mover) los datos de STL salida al primer trimestre del sistema de coordenadas. La elección de este parámetro hace que el modelo que se guardan en formato STL conservará su posición original en el espacio global en relación con el origen de coordenadas. Guarde todos los componentes de montaje en un solo archivo. Este parámetro se refiere a las asambleas solamente. En caso de que este parámetro no está establecido, las partes individuales del ensamblaje serán guardadas en archivos separados. Compruebe si se produce intersección. Este parámetro también se utiliza sólo con las asambleas. Su selección activa la comprobación de intersección en el documento conjunto antes de guardar el archivo. Salida de sistema de coordenadas. Al cambiar este parámetro resultará en el cambio del sistema de coordenadas utilizado para exportar el archivo. causas por defecto de selección que ninguna transformación de la matriz se utilizará.
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La última etapa de guardar un archivo en formato STL es hacer clic en el botón OK en la ventana de diálogo Opciones de exportación y haciendo clic en Guardar en el Guardar como... ventana. Con el fin de salvar a un modelo 3D en formato STL en el software CATIA, haga lo siguiente: 1. Un modelo 3D, que se van a exportar, se debe abrir en STL rápida de prototipos de módulo
La figura. 18 Apertura STL módulo Rapid Prototyping
2. El siguiente paso es definir los parámetros de la red triangular. Para ello, haga clic en un icono Tesselate de objetos. En efecto, Tesselation ventana de diálogo se abrirá, cuando el constructor puede influir en los valores, tales como:
Hundimiento - parámetro que define la altura de la cuerda entre la superficie del modelo y el plano del triángulo de aproximación. El valor predeterminado es 1,08 mm. La disminución es el resultado de la concentración (perfeccionamiento) de la red de triángulo, y por lo tanto
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en el aumento en la precisión de la representación de modelos y tamaño del archivo (fig. 2,13).
La figura. 19 modelo 3D exportados a formato STL en el software CATIA. a) SAG = 1,08 mm (número de triángulos = 140), b) SAG = 0,5 mm (número de triángulos = 180)
Paso. Este parámetro establece la longitud máxima de un lado de una superficie triangular que describe el modelo. Por lo tanto, la disminución de este parámetro hará que la concentración de la red de triángulo, y su aumento hará que su rarefacción (Fig. 2.14).
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La figura. 20 Los diferentes valores de parámetro de paso: a) Paso = 20 mm (número de triángulos = 970), b) Paso = 10 mm (número de triángulos = 4,214), c) = 200 mm Paso (número de triángulos = 140)
Se recomienda que se exporte el modelo al formato 3D se producen en el modelo de borde, como después de cambiar los parámetros individuales, la selección del modelo y haciendo clic en el botón Aplicar, existe la posibilidad de ver el modelo STL. A fin de avanzar a la siguiente etapa, la elección de los parámetros se confirma con el botón Aceptar. 3. Haga clic en Archivo, Guardar como y el próximo.... En efecto, la ventana Guardar como cuadro de diálogo abierto, donde debe seleccionar un directorio de destino (carpeta), nombre del modelo que se guardan y el formato de archivo, es decir stl. Todo lo que se confirma con el botón Guardar.
Desarrollo de formato STL Junto con el desarrollo de la tecnología RP, ciertas limitaciones para el formato STL su aparición. La necesidad de su mejora y el desarrollo se
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hizo evidente. objetivos básicos establecidos en el intento de modificar el formato STL son [9]: una mayor precisión de la representación de modelos 3D, ampliar las funciones de los procesos de prototipado rápido. La nueva versión de STL tiene una estructura que es similar a la primera versión. Una diferencia fundamental es hecha por el hecho de que en la nueva versión, todos los bytes que entran en la composición de un binario guardado de archivos STL se utilizan. Hasta ahora no se ha utilizado dos espaciados (gap) los bytes se utilizan ahora para describir el código geometría de la pieza y el código de atributos. El código de la geometría de pieza, junto con triángulos individuo crea pirámides. En efecto, la representación de un modelo en 3D es más preciso que en el caso de la primera versión. La pirámide fue creada por la adición de un cuarto vértice del triángulo y su altura se define sobre la base del código de la geometría del modelo.
La figura 21. La representación de modelos en 3D - a) usando una superficie triangular, b) usando una pirámide [9]
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La figura. 22 Estructura de la pirámide
La otra modificación que apareció en la nueva versión del formato *. stl es el código de atributos que permite añadir el color del modelo 3D a un archivo *. stl. El proceso de definición de color de una determinada parte consta de dos etapas: 1. Codificación del color del modelo, de acuerdo con reglas predefinidas. 2. Agregar el color codificado para superficies triangulares que describe el modelo. Durante la codificación de color, hay que recordar que un byte de código de atributos puede contener máximo 256 colores. ventajas fundamentales de la nueva versión del formato STL son: una representación más precisa de un modelo 3D, la introducción de nuevas funciones a los procesos de prototipado rápido - después de una actualización adecuada, sistemas de prototipado rápido puede leer toda la información contenida en la nueva versión del formato *. stl (color, por ejemplo), posibilidad de actualizar los archivos guardados en la primera versión del formato *. stl,
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La nueva versión del formato *. stl es aceptada por ambas CAD / CAM y los programas de los sistemas de Prototipado Rápido. Un archivo guardado en el nuevo formato tiene el mismo tamaño que el mismo archivo guardado en la primera versión de STL.
2.3. Formato VRML Junto con el desarrollo de la tecnología de prototipado rápido, la necesidad de una representación más precisa de modelos fue surgiendo. No sólo la representación de la geometría era importante, pero también su color. formato STL no pudo conservar dicha información, es por eso que ocurrió una idea para crear un formato que sería capaz de transferir datos. Las primeras ideas de crear el formato VRML aparecido ya en 1994 en una conferencia relacionados con Mundo Wide Web, en Ginebra. La abreviatura VRML primero significa "Virtual Reality Markup Language", pero más tarde la palabra "Markup" (descripción) se sustituyó por "modelado", de ahí el sentido actual de VRML es "Virtual Reality Modeling Language". VRML ver. 1.0 apareció en mayo de 1995 y que estaba basado en el formato de la lengua utilizada en el Open” Inventor "de software. VRML 1.0 permite crear varios objetos en forma tridimensional, lo que podría darse colores y texturas. Esa versión, sin embargo, dejó mucho margen de mejora: la falta de posibilidad para establecer el color y la textura del cielo, la falta de posibilidad de animar los objetos definidos, limitadas posibilidades de interacción, sin condiciones prefijadas de colisión - moviendo alrededor del mundo, fue posible ir a través de cada objeto, ninguna representación humana en el mundo virtual. La próxima versión del lenguaje VRML fue el numerado como 1.1, que apareció en 1995. VRML 1.1 se ha enriquecido con nuevos elementos, es decir: texturas definidas y los colores del cielo y la tierra, y
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establecer el fondo, que no había sido posible en la versión 1.0. La posibilidad de establecer las condiciones de la colisión, crear planos de varios niveles, así como el establecimiento de sonidos emitidos por objetos individuales. La última versión de VRML (2.0), fue aprobado en la conferencia Siggraph en agosto de 1996. Contiene descripciones de todos los nodos, los tipos de campos y eventos, y define las reglas de su uso, mientras que la construcción de un mundo virtual. Por otra parte, permite moverse en el mundo VRML. En diciembre de 1997, VRML 2.0 fue reconocido por la Organización Internacional de Normalización (ISO) como un estándar internacional. En la actualidad, se conoce con el nombre de: VRML97[ 2]. La creación de la realidad virtual, sin embargo, no es la única función del formato que se describe. VRML también realiza la función de un formato de intercambio de datos universal. El ámbito de aplicación del VRML es muy amplio. Se utiliza en aplicaciones de ingeniería, presentaciones multimedia, visualizaciones científicas (por ejemplo: laboratorios virtuales), así como en el entretenimiento, la educación, etc. [ 2]
Los nodos en formato VRML Los objetos tridimensionales guardadas en formato VRML se describen por medio de una estructura jerárquica, como la shóen uno en la siguiente figura.
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La figura. 23. Estructura VRML
Un archivo VRML está construido a partir de nodos, que pueden dividirse en: agrupación nodos, nodos geométricos, nodos que describe las propiedades de los sólidos, nodos sensoriales, los nodos de interpolación, otros. los nodos de agrupamiento son de la mayor importancia, dado que la elección de los nodos y su orden en los nodos de agrupamiento debe decidir sobre el diseño futuro de la escena. Los nodos que se agrupan dentro del nodo de agrupación se les llaman "hijos". Algunos de esos nodos no pueden existir independientemente del todo y se puede utilizar en el nodo único que agrupa.
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nodos geométricos, que debe estar ubicado en el campo de forma de un nodo, son responsables de la definición de sólidos en el mundo VRML. Es un hecho significativo que todos los nodos geométricos están contenidos en un sistema de coordenadas local y pueden sufrir una serie de transformaciones. En un nodo que describe las propiedades de los sólidos, pueden definir los siguientes: color (RGB estándar) de los objetos geométricos, material, textura, vectores normales, responsable de sombreado de objetos. Los nodos sensoriales son responsables de girar, mover o escalar un sólido. Hay tres tipos básicos de "sensores". En primer lugar, sensores ambientales reaccionar ante la presencia del usuario en el mundo. La tarea de sensores ambientales es ejecutar los nodos de interpolación por la aparición del usuario. El siguiente grupo de sensores son sensores de contacto - reaccionando al tacto (clic) del usuario. Por último, hay sensores de rotación - un subgrupo de sensores al tacto que permite la rotación del objeto (que después de hacer clic) en cualquier dirección. La función interpolacionistas (nodos de interpolación) se utiliza para determinar el cambio entre valores dados clave. La interpolación nos da la posibilidad de mantener la suavidad de los cambios de parámetros (por ejemplo, color) entre cuadros de animación individual. funciones interpolacionistas se calculan en los nodos de interpolación. Los siguientes elementos se pueden distinguir en la estructura de un nodo: Nombre, De campaña - se describe en el formato, hay 20 distintos. La principal tarea de los campos es el almacenamiento de prácticamente toda la
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información, a partir de números, hasta la serie de rotaciones en 3D. Existe la posibilidad de definir varios campos en un nodo dado o no se define ninguna. Cada campo tiene un tipo descrito, el nombre y los valores por defecto. Hay que recordar que el orden de campos en un nodo no tiene importancia. Cuadro 3. Ejemplo aparición de campos en la casilla nodo
Eventos - eventos pueden ser recibidos y enviados por un nodo. Recepción de un evento se produce con el uso de "set" (por ejemplo: establecer el color), y el envío requiere el cambio "(por ejemplo: color_changed). Recibido eventos adquirir la etiqueta "eventIn", y eventOut los enviados ". A fin de facilitar el proceso de intercambio de eventos, existe la posibilidad de utilizar el comando "exposedField", combinando las etiquetas mencionadas. Sistema de coordenadas en formato VRML Sólidos guardan en formato VRML se definen en el cartesiano tridimensional de coordenadas dextrógiro sistema. En el momento de ejecutar un archivo en un visor VRML, el observador está viendo el modelo hacia el negativo del eje Z, con el lado positivo del eje orientado hacia arriba [11]. Es la configuración por defecto, que se puede cambiar mediante la introducción de nodos, tales como: Transformar, Billboard o punto de vista. El metro es una unidad básica en formato VRML. Los ángulos se miden en radianes, y el tiempo en segundos.
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2.3.1. Estructura de los sólidos en formato VRML Sólidos guardan en formato VRML, al igual que en el caso de STL, son representados por polígonos. Una diferencia esencial, sin embargo, se hace por el hecho de que la información sobre el color y el material puede ser conectado a un modelo guardado en formato VRML. También hay una posibilidad de adjuntar fotografías, películas o sonidos en el archivo. Debido al hecho de que los archivos VRML puede tomar una gran cantidad de espacio en un disco duro, se someten a una compresión. La compresión se puede hacer utilizando el software de Gzip. Es esencial que la compresión no se deteriore la calidad ni la velocidad de visualización de los archivos. Sin embargo, puede ser muy eficaz (un archivo cuyo tamaño era antes de la compresión de 1 MB, se puede reducir a unos 170KB). En el caso de formas simples, tales como: cilindro, esfera, cono o paralelogramo, la geometría del modelo, el color y la masa puede definirse insertando el código fuente de forma manual, utilizando los nodos y el software necesarios editor de texto. La vista previa de archivos de software szescian.wrl WizUp se muestra a continuación. La Tabla 4 presenta el código fuente de archivo szescian.wrl. La primera línea del código es su cabecera:
#VRML V2.0 utf8. Texto # VRML V2.0 informa que el archivo es compatible con VRML 2.0. La siguiente parte de la cabecera es utf8 etiqueta, que indica que el autor utiliza UTF-8 decodificador, que pertenece a la ISO 10646 estándar y permite caracteres internacionales que se deben leer, para guardar el archivo.
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Rapid Prototyping Tabla 5. Fragmento de archivo szescian.wrl
#VRML V2.0 utf8 Transform { children [ Shape { appearance Appearance { material Material { ambientIntensity 1.000000 diffuseColor 0.594824 0.594824 0.594824 emissiveColor 0.158118 0.158118 0.158118 specularColor 0.662588 0.662588 0.662588 shininess 0.210000 transparency 0.000000 } } geometry IndexedFaceSet { color Color { color [ 0.752941 0.752941 0.752941, 0.000000 0.501961 0.000000, 0.000000 0.501961 0.000000, … ] } coord Coordinate { point [ -0.100000 -0.000000 0.000000, -0.100000 -0.000000 0.100000, 0.100000 0.100000 0.000000, … ]
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} normal Normal { vector [ -1.000000 0.000000 0.000000 0.000000
0.000000,
0.000000
-1.000000
0.000000,
1.000000, ... ] } coordIndex [ 7, 5, 6,-1,6, 5, 4,-1,3, 7,2,-1, 2, 7, 6,-1,1, 3, 0,-1,0, 3,2,-1, ... ] colorIndex [ 1, 1, 2,2, 3, 3, 4, 4, 5,5, 6, 6, ] normalIndex [ 5, 5, 5,-1,5, 5, 5,-1,4, 4,4,-1, 4, 4, 4,-1,0, 0, 0,-1,0, 0,0,-1, ... ]
En la siguiente línea de un nodo Transform se definió, el establecimiento de coordinar los sistemas locales de cualquier número
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de los cuales pueden estar presentes en un archivo VRML. Su ubicación con respecto a la coordenada principal del sistema se define por el vector de cambio que figura en el campo de la traducción. En caso de que el nodo Transform contiene nodos hijos, su ubicación en el escenario es compatible con el sistema de coordenadas definido por el nodo Transform. En la línea siguiente, un nodo Shape se presentó, utilizado para describir objetos y sus propiedades. El nodo define el ámbito de la apariencia, que define el nodo Appearance, responsable de valores, tales como: material, color, brillo y transparencia. RGB formato (Rojo, Verde, Azul) se utiliza para describir el color en formato VRML. Estos colores se pueden guardar con diferente nivel de intensidad cuya escala oscila entre 0,0 y 1,0. Como resultado de la mezcla de colores, una paleta amplia de colores se obtiene. "AmbientIntensity", campo que figura en el nodo Material indica la intensidad de la luz en una parte iluminada directamente del objeto (valor máximo es 1,0) cuyo color depende del valor en el campo diffuseColor. Con el fin de determinar el color emitido por los objetos iluminados, campo emissiveColor está definido. Los siguientes dos campos del nodo Material (es decir, specularColor y brillo) determinar el color y la intensidad de la luz reflejada por las paredes de la modelo. IndexedFaceSet es otro nodo de la fuente de código que define las paredes individuales del objeto presentado. campo Color se describe en el nodo contiene la definición de nodo Color. El campo puede permanecer sin definir - en tal caso, el color y la textura del modelo se define por nodo Appearance. Sin embargo, al definir el color de un objeto, se debe indicar si se asigna a cada uno de los vértices o para cada una de las paredes de la modelo. En el ejemplo presentado, el color fue asignado a cada pared. Los vértices de los polígonos, en el que cada pared del modelo se divide, se guardan en el campo coord (nodo de coordenadas). No hay que olvidar que cada pared del modelo debe contener al menos tres vértices diferentes. El siguiente campo de nodo IndexedFaceSet es normal, la definición de un nodo denominado Normal. En este ámbito, la información relativa a los vectores normales correspondientes a cada pared o vértices figura. CoordIndex es un campo en el que los vértices de los polígonos están conectados de acuerdo a reglas preestablecidas. El valor de -1 es un separador y significa el final de la definición para el polígono y el inicio del siguiente. ColorIndex campo define los colores para cada vértice o cada pared del objeto. El último campo se define en el cuadro 4 se normalIndex, donde cada vectores normales se conectan de acuerdo a reglas preestablecidas. Al igual que en el caso del campo coordIndex,
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el final de la descripción de un vector y el comienzo de la próxima está señalado por -1 separador. En VRML, un color se puede agregar de tres maneras diferentes: mediante la adición de color a las superficies individuales, asignando el color a todo el modelo, por superposición de colores, imágenes, imágenes en formato JPEG, PNG GIF i en las paredes individuales del modelo. Sólidos con una geometría más compleja se definen mediante la utilización de software de CAD 3D. Sin embargo, para utilizar uno de los métodos de visualización rápida con alta calidad de video, el modelo debe estar representado por superficies de redes poligonales [10]. En el caso de un modelo que fue diseñado usando los métodos de modelado de sólidos, tiene que ser transformada en representación de la superficie. Una situación puede ocurrir cuando los bordes de los sólidos están determinados por las superficies curvilíneas. Aproximación de superficies, utilizando algoritmos triangulares [10]. Una condición de llevar a cabo esta aproximación, sin embargo, es la aplicación del sistema informático de alta velocidad. Hoy en día, la mayoría de los programas de CAD tienen la función de ahorro de un modelo en formato VRML. Como primer paso, un nodo con una red poligonal se crea, que más tarde se adjunta al archivo VRML. archivos VRML son los que comúnmente se guardan con extensión *. WRL, una abreviatura de "mundo", pero también pueden tener extensiones, tales como: *. gz o *. wrz. Sin embargo, después de la compresión de archivos, el cambio en *. WRL se recomienda, ya que algunos espectadores no pueden manejar otras extensiones de archivos.
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3. Prototipado Rápido - RP Prototipado Rápido se aplica en la producción de modelos físicos que utilizan dispositivos RP directamente desde: un modelo matemático definido en el sistema CAD 3D, los datos recogidos a través del modelo real de escaneo (ingeniería inversa). Todos los métodos son similares entre sí y que se basan en un aumento (sin residuos) del modelo de producción. Por lo tanto, son completamente diferentes de los métodos clásicos de producción modelo físico (debido a torneado, fresado, etc.), donde la conformación de los objetos se lleva a cabo a través de la eliminación mecánica de material (mecanizado de residuos). La creación de modelos utilizando técnicas de RP, donde cada capa subsiguiente es un reflejo exacto de la sección del modelo en un plano determinado, se basa en una adición de material laminado. Los modelos que fueron creados usando técnicas de RP son objeto de evaluación para los ingenieros, gerentes y clientes. Los ingenieros son para verificar las respuestas dadas construcción y detectar posibles carencias de un proyecto mucho antes de que las herramientas para la producción en masa se producen mientras que los gerentes se supone que su evaluación visual y estéticamente. Por último, los clientes deberán confirmar si un producto potencial para satisfacer sus necesidades. modelos prototípicos de servir a un propósito de llevar a cabo la resistencia en primer lugar, la seguridad, montaje, transporte, pruebas, etc. No sólo son un factor decisivo en el comercio, las negociaciones técnicas y de marketing, sino que también tienden a ser mucho más bienvenido y fácilmente percibido por la gente que el estándar Dibujos en 2D. Una mejor comprensión de la concepción lleva a ahorro de tiempo y dinero. Rapid Prototyping se aplica ampliamente en las distintas ramas industriales y aumenta su alcance en base diaria, que puede ser especialmente observado en la industria del automóvil, donde la contribución alcanza incluso el 25% de todos los prototipos.
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La figura. 24. Áreas de aplicación de Rapid Prototyping [1] técnicas
La superioridad de las técnicas de prototipado rápido se puede observar al comparar los tres métodos de desarrollo de productos, tales como: Tradición Ingeniería Concurrente - CE Ingeniería Concurrente en Rapid modo de Ingeniería - Reng En un diseño tradicional, un prototipo se realiza en la última fase de desarrollo del producto, poco después de las soluciones se establecen, los materiales seleccionados y el análisis junto con la selección de una variante final terminado. prototipo Tal es por lo general una imagen de un producto final que se somete a los exámenes funcionales que han de suministrar información acerca de las posibles correcciones técnicas y tecnológicas, así como lo es el ámbito en el que uno puede elegir los parámetros de la explotación y la forma en un almacén se debe utilizar.
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La figura. 25. Creación de un prototipo en un proceso tradicional [1]
Diseñar y desarrollar un producto de acuerdo a la concepción de ingeniería concurrente no implica ningún efecto especial en cuanto a la fase de creación del primer prototipo está en cuestión. Nosotros sólo ahorramos tiempo en la fase de diseño de este método a ser dueño de un desarrollo simultáneo del producto realizado por un equipo interdisciplinario de diseñadores, que trabaja en un entorno integrado neto de los sistemas de CAD / CAM. Un producto se desarrolla simultáneamente en los ámbitos de la construcción, tecnología, proceso de planificación de producción y suministro de materiales o artículos semi-acabados. El trabajo de un equipo de diseñadores es basado en tareas y se realiza de conformidad con el calendario establecido de la realización del diseño. Tal es el equipo también se encarga de las consultas relativas a los cambios y correcciones en la documentación de diseño. El primer prototipo se crea de manera similar como en el caso del proceso tradicional - después de seleccionar la solución final de la construcción.
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La figura. 26. Creación de un prototipo en Ingeniería Concurrente proceso [1]
Ingeniería rápida le permite a un diseñador crear diferentes tipos de modelos físicos que tienen características prototípicas, de acuerdo a sus necesidades. Tal manera de diseñar permite la producción de prototipos en todas las fases de desarrollo de productos, partiendo de la idea y concepción, a través de las conversiones y hasta solución concepto final. modelo virtual geométrica de CAD 3D es la condición necesaria para producir un prototipo.
La figura. 27. Creación de un prototipo en Rapid proceso de Ingeniería en CE [1]
En la actualidad, los métodos aplicados en la creación de un prototipo se puede dividir en lo que respecta a la forma en que se creó un modelo de precisión de la realización, estado de agregación / asunto de los materiales o, por último, el uso de un modelo. Los modelos pueden ser también se dividen en lo que respecta a su aplicación, tales como:
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los que reflejan aproximadamente la forma de un almacén de confección y garantizar la verificación preliminar de la forma o dimensión, funcional - que consiste en una serie de parámetros aproximados o idénticos con los parámetros del producto adecuado y para permitir la presentación de una cerámica prospectivo, elementos listos producidos utilizando métodos del PO como una serie de muestras que cuenta con todos los parámetros típicos de un producto. Si bien la determinación de la aplicación de nuestro modelo, debemos seleccionar uno de los métodos disponibles, así como considerar el material (plástico, papel, metal, cerámica), las dimensiones, los costos de realización de precisión, construcción de modelos y la producción.
La figura. 28. Clasificación de los métodos del PO en lo que respecta a los procesos aplicados y los materiales [1]
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La figura. 29. Clasificación de los métodos del PO con respecto a la construcción de modelos aplicados [1]
Es característico de todos los métodos de RP que trabajen con rapidez y rentabilidad que en cuanto a los costes, el modelo y parte ejemplar y prototipos que se refiere, además, que trabajan directamente sobre la base de datos CAD y sin aplicación de formas y herramientas. Dos formas de la creación rápida de prototipos se pueden distinguir a través de los siguientes: Incremento de laminas a las construcciones de plástico, que consiste en reflejar la forma geométrica de modelo CAD 3D en un objeto físico. Esta clase constituye todas las técnicas de RP de trabajo sobre la base de materiales especiales que son polimerizados sinterizado, derretida o pegado. Más adelante, estas técnicas se hará referencia a las técnicas de RP. El laminado de residuos de plástico de construcción, a menudo realizados con la ayuda de mecanizado de residuos (corte, mecanizado de electro-erosión). Gracias a la aplicación de los materiales para herramientas modernas tecnologías de mecanizado y soluciones constructivas en las herramientas de máquina que se utiliza para HSM - Fresado de alta velocidad, se puede lograr la eficiencia general, así
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como un metal muy preciso y mecanizado de otro material. Los objetos que se producen de esta manera puede ser el prototipo ejemplar, herramientas preparadas para el conformado de plásticos (matrices, sellos) o pueden ser las formas de las tecnologías, como la inyección de la formación y fundición de los plásticos. Las técnicas de RP se asocian frecuentemente con los RT (Rapid Tooling). Del mismo modo como en el caso de las técnicas de RP, un montón de producción y métodos de aplicación o de las técnicas de este tipo se pueden distinguir aquí. Además, las técnicas antes mencionadas son para servir al propósito de desarrollo de nuevos productos (asignando características de un producto ya preparado, tales como: la correcta aplicación de los materiales, color, textura, etc., a los modelos ejemplares mediante métodos RP), y también están obligados a producir un tipo especial de herramientas para la producción de nuevos artículos en series cortas. Los productos fabricados de tal manera se suelen utilizar en la investigación de mercados o se presentan en diversas ferias y exposiciones. Son también la base para la aprobación y aplicación de derechos de autor de los patrones y son necesarias para la obtención de los certificados apropiados y las reivindicaciones de patente. Sólo después de que un producto es aceptado por el mercado y algunas instituciones homologación, puede comenzar la producción en masa.
La figura. 30. Comparación de tiempo y costes de fabricación modelos prototípicos usando el RP y los métodos de RM-HSM [1]
RP plazo, puede ser entendida entonces como los métodos aplicados en forma generativa para la creación laminado de piezas y prototipos
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de diferentes niveles de complejidad. Varias tecnologías se basan en un principio básico. modelos geométricos tridimensionales de un objeto creados en 3D CAD se dividen en capas y de esta manera, se reducen a dos dimensiones y fácil de estructuras de procesos. En la mayoría de los métodos de RP, los materiales son puntualmente endurecidos por los rayos de un láser (métodos fotoquímicos). Este proceso se repite para todas las capas de un objeto que está siendo creado. Métodos alternativos a RP se basan en un esquema de corte laminada con la ayuda de un rayo láser / flujo de materiales en polvo o conectar con una carpeta. Actualmente, con la ayuda de métodos de desarrollo rápido de prototipos los siguientes materiales pueden ser procesados: fotopolímeros, cera, plásticos, nylon, materiales cerámicos, materiales de madera-como, papel o incluso en polvo de metal. También es característico de los que no dan forma a un objeto a través de la remoción de material, al igual que ocurre en el caso de mecanizado, sino que lleva a cabo gracias a la adición de una capa de material. Así, los objetos de forma compleja, se pueden producir en un tiempo muy corto, incluso en el curso de varias horas. La condición necesaria y al mismo tiempo el punto de partida para la aplicación de todos los métodos de RP es la creación de una completa descripción geométrica tridimensional de una parte que se producen. En un caso ideal, se trataba de un modelo sólido, pero también es posible procesar los datos de superficie debido a la aplicación de herramientas específicas de programación del PO. geometría CAD de un objeto se describió por primera vez con el fin de simplificar el procesamiento de más matemática, entonces la triangulación se realiza para que la geometría como se puede transformar en un formato estándar de intercambio de datos (*. stl) sobre las formas de RP. Acorde altura y ángulo de control es de gran importancia para la triangulación, ya que determinan en gran medida la calidad de una pieza fabricada. Con la ayuda de "Acordes Altura" un error máximo permitido se establece en el acorde de mini-metros, mientras que "Ángulo de control" determina máximo permitido ángulo entre dos triángulos. Por último, *. stl datos de un objeto, una vez más elaborados de tal manera que existe la división de la geometría 3D en determinados sectores (láminas) de una altura específica - Slice, formato (SLI). espesor de las capas comunes de igual a 0,1 a 0,2 metros de mini-.
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La figura. 31. Modelo CAD 3D (a), su modelo de grabado en formato *. stl (b), el modelo físico realizado mediante la técnica de estereolitografía (c), y un producto listo (d)
Algunos de los métodos, como por ejemplo la estereolitografía, precisa el establecimiento de apoyar a las construcciones que garanticen que una parte productiva puede ser sacado de la plataforma de apoyo de un dispositivo, sino que también proveen un modelo que se construye con la protección contra la deformación que puede producir en el curso del proceso de producción de un objeto. La mayoría de los métodos requiere un procesamiento adicional a fin de obtener un modelo de parámetros muy bueno. En el cuadro siguiente, todas las ventajas y desventajas de la rápida tramitación se proporcionan.
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Rapid Prototyping Cuadro 5 Principales ventajas y desventajas de las técnicas de RP
Ventajas
Desventajas
rápida creación de modelos físicos,
reducción de dimensiones de los objetos
parte del modelo está a disposición incluso durante la elaboración de una construcción,
construidos,
son especialmente recomendables en las siguientes situaciones:
partes a cumplir con los requisitos
- Piezas de geometría compleja (en su mayoría del interior esquemas)
precisión limitada (alrededor de / - 0,1 mm)
selección de materiales limitada, mecánicos sólo en un alcance limitado,
- Superficies de formas libres.
mientras que la calidad de la superficie es
los bajos costos de ejercicio, en comparación con otros métodos (fresado, torneado, etc.), especialmente si hay un pequeño número de artículos,
condicionada por la ejecución de
posibilidad de aplicar diferentes métodos en el rango de toda la cadena de procesos (Rapid Engineering)
adicional del mecanizado es necesario.
aplicaciones técnicas, con mucha frecuencia una suavización
3.1. Estereolitografía (SLA, SL) Estereolitografía es la más antigua, el método más común y conocido de prototipado rápido. Fue elaborado por una empresa estadounidense 3D System Inc. en 1987. Es una tecnología de creación de prototipos en tres dimensiones sobre la base de la geometría generada y con la ayuda de sistemas CAD, técnicas de RE o la tomografía computarizada. Se trata de un endurecimiento de la resina de epoxi laminada o acrílica que se realiza mediante el láser de poca potencia. La primera fase de realización se refiere a SLA método de modelado geométrico del modelo CAD 3D. La fase siguiente se refiere a la conversión de este modelo geométrico en un archivo de extensión *. stl y se realiza con la ayuda de CAD en 3D del programa. Dicho modelo *. stl se divide en capas finas de alrededor de 0,3 a 0,1 mm con la ayuda de la programación de un dispositivo de nivel de servicio. El medidor de capas tales / capas depende de la exactitud a / tolerancia de modelado y de la potencia de un láser [15].
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La figura. 32. El principio de funcionamiento de estereolitografía [veintiuno]
Estas capas son la base de la generación de archivos que se usan para la computadora de control de la máquina de estereolitografía. Mientras que un modelo es producido, el rayo láser se mueve sobre la superficie de resina líquida foto-endurecible de acuerdo con el contorno de una capa en particular, sino que se hace con la ayuda de un juego de espejos del escáner que se dirigen por los motores. El trabajo de los motores se controla mediante un sistema sobre la base de datos sobre el modelo CAD. Foto-polimerización, en el endurecimiento otras palabras, aparece en un lugar donde se irradia la resina por un haz de luz ultravioleta. La primera capa es creada directamente inmersa en el plano de apoyo. Cuando se crea, el plano de trabajo se reduce
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exactamente el valor de un conjunto capas. En ese mismo instante, la resina fluye hacia el modelo de baja y crea otra capa necesaria para fotopolimerización. No obstante, la resina es pegajosa y con miras a equilibrar la superficie, se mueve un rascador especial sobre la superficie y raspa los desniveles haciendo que la superficie de la resina suave. Luego, otra capa se ha endurecido. Cada capa siguiente se integra en la anterior, y de esta manera, un sólido se construye. Este proceso se continúa hasta que todo el modelo está listo. SLA proceso puede requerir la construcción de apoyo si hay alguna proyección (saliente) fragmentos (llamados salientes), y todo se hace para evitar posibles deformaciones. La aplicación soporta es un lugar común en la producción de modelos, utilizando el método del SLA y obliga a la necesidad de considerar un tiempo adicional para la realización de actividades de pre-proceso. Después de la producción propiamente dicha, tal apoyo se retira, se limpia una parte del polímero adyacente y no endurecida y, a continuación, todo el modelo creado se endurece en una cámara especial y está sujeta a la radiación ultravioleta. La creación de prototipos de estereolitografía por el método puede llevarse a cabo en varias fases. La primera fase consiste en crear un modelo geométrico en 3D CAD programa. A continuación, dicho modelo se registra en formato *. stl con la precisión requerida. Luego, con la ayuda de un programa especial, un modelo está listo para ser producido en una máquina (actividades de pre-proceso).
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La figura. 33. Apoya el apoyo a un modelo
Así, se realizan las siguientes acciones : verificación de los datos corrección registrada en formato *. stl, la orientación del modelo y la construcción de apoyo (si son necesarios), generación de archivos de control de una máquina. Después de un modelo se crea un mecanizado final, que incluye la eliminación de resina líquida y apoya, endurecimiento definitivo y mecanizado de terminación, se hacen tales como: esmerilado, pulido, pintura, etc.,.
3.2. Sinterizado selectivo por láser / fusión - SLS / SLM El método SLS fue elaborado en la Universidad de Austin en los EE.UU.. Básicamente, este método constituye la inclusión posterior en capas de un material en polvo que luego se consolidó en lugares específicos a través de la sintonización de los granos de polvo realizado por el medio de un rayo láser.
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La figura. 34. Principio de funcionamiento de SLS [15]
La figura. 35. La esencia de SLS frenado fotos
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Sinterización selectiva por láser - SLS, otra técnica de RP, subyace un proceso en el que las capas de un material en polvo se comercialicen posteriormente y solidificado en determinados lugares de una vaguada de superficie de los granos de polvo sinterizado que se hace por medio de un rayo láser enfocado y retrorso. Es por eso que es un proceso que es muy similar a SLA en cuanto a la esencia de la operación se refiere, sin embargo, en lugar de resina termo-endurecible una fusión con facilidad y sinterización de materiales, en forma de polvo, se aplica. En una cámara de trabajo, una capa fina de polvo de este tipo (por lo general el espesor de 0.02-0.2 mm) se coloca, con la ayuda de un rodillo, en un cilindro por una plataforma de desplazamiento (eje Z). Entonces, un rayo láser de una potencia relativamente grande, controlado por un escáner en el plano XY, hace una combinación selectiva de polvo de este tipo en un área determinada por la geometría de una determinada sección transversal de un modelo construido, con la condición de que la radiación de este haz de láser se regula de tal manera que la fusión de polvo tiene lugar sólo en un ámbito [7]. Este tipo de creación del modelo no requiere elementos adicionales de apoyo, lo cual es contrario a SLA. Un material, de la cual se construye un modelo, es un elemento de apoyo de todos los elementos que sobresalen y que no está sujeta a la sinterización. admite llamadas se utilizan sólo en algunos modelos y son para "montar" a fin de no dañar, mover o destruir una capa creada anteriormente al realizar otra capa de material en polvo. Poco después de terminar el proceso de producción y bajar la temperatura de ambos modelos y materiales, podemos limpiar tanto detalle. A continuación, lista para su uso sin ningún tipo de procesos de mecanizado adicional. En el caso cuando los parámetros de superficie muy específicos, se desea, un modelo puede estar sujeto al proceso de mecanizado de residuos. Todo el proceso está controlado por un programa instalado en una sección de computadora. Este programa requiere el suministro de un modelo sólido construida en el sistema CAD y grabado en formato *. stl. Algunos dispositivos seleccionados se aplican en sinterizado selectivo por láser y tienen base en los polvos de metales disponibles en el mercado, tales como: MCP Realizer II - un dispositivo de MCP - HEK empresa
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MCP Realizer II es un dispositivo mediante el método de SLM selectiva por láser de fusión [19] en la creación de modelos de alta precisión casi desde cualquier polvo de un metal, por ejemplo, titanio, acero inoxidable, aleaciones de Co-Cr. Los modelos que se crean son de construcción homogénea y de la densidad que alcanza hasta el 100%, dependiendo de las expectativas. Si se es propietario de la presente, no hay necesidad de hacer cualquier actividad previa a la elaboración (cocción, infiltración, etc.) El proceso de construcción de objetos tiene una resolución de alta, es totalmente automatizado y la producción de objetos se realiza a bajas.
La figura. 36. MCP Realizer II - un dispositivo de MCP - HEK empresa
EOSINT M 270 - un dispositivo de RP de la empresa EOS EOSINT M270 crea elementos utilizando el método DMLS - metal directo Laser-sinterización [18]. Este método convierte el polvo de un metal en un sólido a través de material local de fusión hecho por un rayo láser enfocado. Del mismo modo que se hace en todos y cada método de RP, se construye un modelo capa por capa. Incluso la geometría más complicada se pueden crear directamente desde CAD en 3D gracias a los datos de una automatización de procesos completa, que se puede hacer en el curso de varias horas. El detalle obtenido / artículo se caracteriza por una gran precisión, calidad superficial bueno y perfecto parámetros mecánico. Un amplio abanico de materiales, a partir de aleaciones, a través de acero y acabado en materiales compuestos, puede ser aplicado.
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La figura. 37. EOSINT M270 - un sistema de RP de la empresa EOS
Fabricación de piezas de DirectPart. EOSINT M270 se aplica ampliamente en la fabricación de partes positivas directamente de los datos CAD 3D. Esta aplicación se llama DirectPart. Los componentes pueden ser prototipos, la producción en serie o piezas de recambio. Gracias a esta aplicación, un prototipo funcional de metal se pueden construir en el transcurso de un día y, además, incluso una serie económica de cientos individualizada implantes se pueden construir a partir de aleaciones biocompatibles. Fabricación de herramientas DirectTool La solicitud de fabricación de herramientas se denomina DirectTool. EOSINT M270, que por precisión de la superficie grande y de calidad, es un dispositivo ideal para las tareas de este tipo. Las herramientas negativas se construyen en el curso de una noche o incluso un par de horas. Por lo tanto, la libertad de diseño y muy complicado formas (es decir, los conductos de conformación para inyección / formas inyectabas) no son problemáticos. DirectTool es más conocido en la producción de herramientas para la formación de plástico, pero también se aplican a otros tipos de herramientas que respondan al propósito de inflar, extrusión, fundición a presión.
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3.2.1. M3 Linear - un dispositivo de concepto empresa Laser M3 dispositivo lineal es un sistema de procesamiento modular láser [17]. Aparte de una capacidad estándar para producir modelos de prototipos, sino que también ofrece la posibilidad de realizar el mecanizado erosivo y el modelo de etiquetado.
La figura. 38 M3 Linear - un dispositivo de concepto empresa Laser
Módulo 1 - LaserCUSING Es para la fabricación de modelos homogéneos a partir de polvo de los metales. Este módulo permite la construcción de elementos de una capa por capa de un gran número de elementos metálicos (ej. inoxidable y acero para herramientas). Estos polvos metálicos se derriten capa por capa hasta legar a 100% de densidad. Esta estrategia especialmente elaborada de irradiación permite la producción de elementos de modelos grandes sin distorsiones. El mecanizado patentado el procesamiento posterior de la superficie, que se realiza directamente desde el final de proceso, garantiza una excelente calidad superficial y la dureza. 2 - 3D módulo de la erosión Está diseñado para el mecanizado erosivo.
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Este módulo permite realizar el mecanizado erosivo en cualquier tipo de superficies libres. Gracias a un sensor integrado con el software, se puede influir en la densidad de la mecanización completa erosiva. Tal posibilidad es una alternativa a la molienda - sin adicional de generación de programas complejos o la producción de electrodos. Módulo 3 - Marcar módulo Es para la fabricación de etiquetas / marcas en los elementos de plástico y metal. Varios tipos de materiales se pueden marcar o pueden tener elementos grabados en ellos. El Marcado módulo también puede ser individualizado, que depende de las necesidades. Ventajas: El ahorro de tiempo y dinero. Las tres tecnologías mencionadas pueden ser utilizadas para producir no sólo herramientas y formas, sino también prototipos. utilizando un láser en tres tecnologías, lo que permite el ahorro también. una tecnología muy flexible. Los módulos permiten una rápida configuración de una tecnología a otra en el transcurso de varios minutos. Máxima precisión y calidad de rayo láser se puede llegar a ser dueño de un pequeño instrumento de exploración, donde se coloca una cabeza de exploración sobre un objeto construido por los motores de la línea. 100% de densidad en la formación de láser de un elemento homogéneo. Es posible gracias a un sistema patentado de la irradiación. mecanizado erosivas en superficies libres. sensores de medición láser, que mide la densidad de mecanizado completado erosiva, se integra con el software. La erosión puede tener lugar en cada superficie, independientemente de su forma.
TrumaForm LF 250 - un dispositivo de TRUMPF empresa
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DFL - La formación de láser directo [23] es un proceso basado en la fusión de polvo metálico, que es producir una estructura metalúrgica homogénea sin el uso de carpetas adicionales. Cualquier objeto geométrico se puede crear directamente desde un modelo de computadora CAD. La formación de láser directo permite la producción de formas de inyección y las herramientas que son imposibles o muy difíciles de fabricación utilizando los métodos tradicionales. Esta tecnología permite la creación de conductos de refrigeración justo bajo la superficie durante la producción y permite crear formularios que son ligeros, tienen detalles funcionales y, por último, que guardar el material. La idea de dos cámaras permite un aumento considerable en la versatilidad de LF TrumaForm. Durante el proceso de enfriamiento de la primera cámara, en la segunda otro trabajo, y si es necesario con la aplicación de un polvo metálico diferente, se puede activar.
La figura. 39. TrumaForm LF 250 - un dispositivo de TRUMPF empresa
EBM S12 - un dispositivo de ARCAM empresa Electrones de fusión de haz - EBM Acram EBM S12 (haz de electrones de fusión) permite la fabricación de forma libre (FFF) - la producción de objetos de diversas formas
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directamente de los datos CAD [12] y desde el polvo de los metales. El sistema ofrece posibilidades únicas geométricas en la producción utilizando polvos de metales. Acram EBM S12 es un sistema basado en el metal Acram tecnología CAD. La idea básica que subyace a esta "desde CAD a Metal" técnica es un modelo de producción laminado a partir de polvos de metal, cuyas capas se funden en particular por un haz de electrones exactamente en la superficie determinada en cada capa por el sistema CAD. El principal activo de la aplicación de ese haz de electrones en lugar de un láser es una absorción mayor de energía emitida por los electrones, que no es el caso de un láser que utiliza granos de polvo, porque rayo láser se refleja desde la superficie de los granos hasta cierto punto. Los electrones son emitidos por el sistema de EBM con la rapidez que supone la mitad de la velocidad de la luz, y se espera en el material de metal en polvo. proceso de la MBE es eficiente y garantiza un material completamente derretido. Por otra parte, los modelos se fabrican en una cámara de vacío. Gracias a la aspiradora, el haz de electrones emitidos es dado paso a que el polvo de un metal, por lo tanto, también asegure la limpieza del entorno de proceso que se manifiesta en las propiedades de un material perfecto. Es más, el vacío proporciona unos buenos termales que lo rodean y que conduce a la estabilidad y el proceso de control de la Térmica de una pieza fabricada. Por lo tanto, Arcam EBM S12 permite la producción directa de las partes metálicas funcionales que requieren materiales muy sólidos y las propiedades de resistencia. El final de fabricación de piezas puede llevarse a cabo con la ayuda de los métodos convencionales, tales como: fresado, torneado, rectificado, etc.
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La figura. 40. EBM S12 - un dispositivo de ARCAM empresa
3.2.2. Sistema Sinterisation HiQ - un dispositivo de 3D empresa SISTEMAS Sinterizado selectivo por láser (SLS) El proceso de SLS - y sinterizado selectivo por láser se basa en la combinación de ciertos granos de polvo, que están cubiertas con un aglutinante polimérico, por un rayo láser [11]. Poseer al hecho de que no hay material completo de fusión, tal proceso es un par de veces más rápido que las descritas anteriormente. Sin embargo, su preocupación principal inconveniente la necesidad de realizar un mecanizado adicional posterior al proceso a fin de eliminar esta carpeta (modelo de sinterización) y, a continuación, es crucial para infiltrarse en el elemento producido por ejemplo por el bronce, que puede tomar otro 23 día.
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La figura. 41. HiQ Sinterisation sistema - un dispositivo de 3D empresa SISTEMAS
Fabricación de objetos de 4,2 laminados (LOM) La siglas LOM de laminado de objetos de fabricación fue elaborado por una empresa norteamericana - Helisys. Es un método de fabricación de la lámina por lámina objetos (capa por capa). Se basa en colocar un material, que se encuentra en forma de una hoja, en una pila y pegarlas por medio de un láser o un rodillo calentado. Un material de entrada puede ser desarrollado desde un rodillo o puede ser en forma de hojas. Está cubierta (en la parte inferior) con pegamento. La primera capa de una lámina se coloca sobre un fondo liso. A continuación, una forma adecuada para una determinada sección de un producto es cortado en una cierta capa de papel de aluminio. Se realiza por medio de un láser o, en algunas variaciones LOM también llamado SAHP en definitiva, con la ayuda de un cortador de control numérico. Después de haber cortado una forma, disminuye dicha pila por el grosor de la capa de otra, y otra capa se coloca sobre una previamente apilados uno. Se presiona a la capa inferior con la ayuda de un rodillo caliente, y en la fase posterior una forma de sección transversal, que esta vez es adecuado para la nueva capa de un producto potencial, se corta en la capa superficial. Este ciclo se repite hasta que todo el modelo se crea. El material restante, que está fuera de delinear la forma de un corte transversal, se incide. Facilita su retirada después de terminar la construcción de un modelo. Mientras que un modelo se crea, se constituye la estructura de soporte. El pegado de las capas de un papel se puede hacer en toda la superficie (incluso antes de qué forma se corta por un láser) o sólo en el terreno de un objeto de sección transversal. Entonces, el pegamento
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se activa debido a la influencia del calor proveniente de un rayo láser o bajo la influencia de presionar con un rodillo calentado. También un método de impresión de una máscara en una lámina transparente se puede aplicar. Refleja una forma de sección que pertenece a una capa determinada. Pulsando un papel a la pila, que se realiza por medio de un plano de vidrio y bajo la influencia de la radiación ultravioleta emitida por una lámpara, el pegamento se activa en el lugar donde no hay una impresión en papel de aluminio. Sin embargo, se requiere la aplicación un pegamento que es sensible a la radiación ultravioleta.
La figura. 42. El principio de funcionamiento de la LOM [15]
La principal ventaja de LOM es el hecho de que pueda aplicarse de diferentes materiales, tales como: papel (celulosa), metales, plásticos, materiales sintéticos y compuestos. Con el fin de combinar capas de papel, pegamentos que son activados por la radiación ultravioleta o el calor de un rodillo de aplicación. La cerámica puede aplicar con el prensado, la calefacción y los procesos de reacción de unión. Sin embargo, las capas de un metal se pueden combinar con soldaduras puntualmente con un láser, soldadura por llama o soldadura fuerte. El montaje mecánico, así como las combinaciones de los procesos
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enumerados pueden también ser aplicados. LOM método es muy barato y gracias a él, los objetos de modelos grandes se pueden fabricar. Sin embargo, su punto débil se refiere al hecho de que es difícil de quitar todos los materiales, por ejemplo, de los huecos internos, porque es un material endurecible. En el caso de líquidos o en polvo (SLA, métodos SLA) se hace mucho más fácil. La precisión de los modelos obtenidos mediante el método de LOM es comparable en el plano XY a la precisión de los modelos fabricados por medio de otros métodos de RP. Sin embargo, estos descensos exactos en el plano Z, es la dirección en la que se construye un modelo. Es el resultado de grosores desiguales de capas aplicadas en el curso de la construcción de objetos, deformaciones pegamento y apretando una pila con un rodillo durante el proceso de creación. LOM método, que utiliza placas de metal a fin de crear un modelo, se aplica para producir formas de inyección de plásticos, los órganos matrices para el coche, sellos para el prensado de profundidad, etc. La aplicación de hojas de papel permite utilizar este método como una llamada "modelador de concepto", es decir, para producir modelos conceptuales y herramientas para dar forma de acuerdo a un formulario. [3], [6].
3.3. Modelización de deposición fundida – FDM Fused Deposition, método de Modelado fue elaborado por la empresa Stratasys. Se trata de la colocación de capas posteriores de un filant, fibras termoplásticas aprobada por cabezales térmicos. En el caso en que la construcción de un modelo está creando requiere de apoyo, en cada capa, aparte de la silueta de un modelo adecuado, no es un material para la construcción de dicha financiación. Los materiales para la construcción del modelo y de apoyo se colocan en forma de fibras cruzadas sobre un carrete en la parte posterior de un dispositivo. Entonces, las fibras se desdobla y se pasa a la cabeza y, seguidamente, se calientan a la temperatura de alrededor de 1 ° C superior a la temperatura de fusión del metal con el fin de obtener un estado semi-líquido y se colocan en una forma de capa, que se solidifica rápidamente y se combina con la capa anterior convirtiendo en una base para todas las capas posteriores. Las cabezas se mueven en el plano XY, mientras que el avión de espuma, en la que se encuentra un modelo, se mueve en la dirección del eje Z por un valor determinado después de cada capa se crea [15].
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Figura 43 El principio de funcionamiento de GES [16]
Los espesores de las capas se crean dentro de los límites de 0.005-0.8 mm, mientras que su anchura está entre los límites de 0.3-2.5 mm. En cuanto a las precisiones de los obtenidos en un modelo se refiere, oscilan en el ámbito de ± 0,13 mm. Los materiales que son más comúnmente usados en este método son acrylonitryl-butadieno-estireno, ABS en cera resumen, para la fundición de precisión, metacrilato de metilo-acrylonitryl-butadieno-estireno, MABS en definitiva, elastómeros, poliamidas y otras mezclas [5]. Para cuando la máquina termine su trabajo, un modelo adquiere propiedades mecánicas apropiadas y desde entonces, no requiere el
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condimento extra a fin de endurecer. Sólo debe ser separado de un plano de montaje y retire apoya.
3.4. La formación de polvo láser Tecnologías Este método es diferente a las descritas anteriormente. Se trata de una cantidad adecuada dosificación de polvo junto con su fusión de inmediato, directamente en un modelo en construcción. Láser de gran potencia (de varios vatios de 20KW) funde el lodo fabricado coaxial con un rayo láser por un jefe que es la administración en un modelo.
Figura 44 El principio de funcionamiento de la lente (Laser Diseñado Net Shaping)
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Un rayo láser se ejecuta directamente a través del centro de la cabeza colocando un material y tiene lugar en una lente o un conjunto centrado de lentes, lo que hace un fundido de metal ya subir a un modelo que se creó. Una mesa (plataforma) en la que se construye, se mueve en el plano XY con el fin de colocar un material en toda la sección de una cierta capa se está haciendo. Después de haber terminado una capa, un movimiento de una cabeza de dosificación se realiza en la dirección del eje Z por un valor requerido por el espesor de la capa posterior. Estas actividades se repiten y la última capa de un modelo no se hare hasta que todo el modelo está listo. Este polvo es dosificado por la gravedad o bajo presión por los gases de compañía. El medio ambiente de esos gases se utiliza para la protección del material fundido contra el medio ambiente atmosférico, que se realiza con el fin de controlar las propiedades mejor, y para garantizar una mejor adherencia entre las capas posteriores. Sin embargo, estos gases se aplican también en los casos en que la dosificación del material no los necesita, sino que se hace a fin de garantizar mejores propiedades y parámetros. Este método ofrece muchas oportunidades en cuanto a la aplicación de los materiales se refiere, acero inoxidable, cobre, aluminio y titanio, incluso puede ser utilizado. La composición de los materiales puede ser modificado de una manera continua y dinámica de los modelos que no lo requieren, y que excluye a otras tecnologías y métodos. El punto más fuerte de esta tecnología se refiere a la capacidad de crear piezas de metal de fusión plenamente con buenas propiedades metalúrgicas y sensibles con los parámetros de un proceso de construcción mantenido. Los modelos producidos pueden considerarse como los definitivos, sin embargo, una elaboración mecánica es aconsejable. Estos modelos son de estructura de grande y parámetros similares o incluso mejores que los materiales necesarios. Sinterización selectiva por láser (SLS) y similares, son actualmente los únicos procesos comerciales RP, que pueden crear directamente las piezas de metal a partir de polvos de metales. Sin embargo, el método de láser en polvo Formando tiene una aplicación más limitada que SLS y similares, ya que no requieren las actividades del proceso post-al igual que algunos de los métodos de la familia SLS, y que es su principal ventaja y esencial. Puede ser aplicado tanto en la construcción o reparación detalles.
3.5. Tintas de impresión Chorro Inyección de tinta de impresión es un método para la producción del modelo laminado que se realiza por medio de una corriente de gotas de material balístico IJP. Las gotas de material o encuadernación se dejan
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fuera de las boquillas con una frecuencia muy grande. Una máquina diseñada para la realización de este proceso consiste en dos juegos de boquillas piezoeléctrica. Uno de ellos dosis el material necesario para la construcción de modelos, mientras que las otras dosis del clasificador. Está equipado con un móvil, a lo largo del eje Z, plataforma sobre la que se construye un modelo y tiene una lámpara que emite radiación ultravioleta que endurecen la carpeta. Este proceso de construcción del modelo se basa en poner una capa de material necesario para construir cualquier modelo en todo el plano de la plataforma. El grosor de esta capa es igual a la cantidad que se asumió durante la configuración de parámetros de mecanizado en una máquina. Incluso pueden llegar 16 micras. A continuación, el material de unión se coloca a través de boquillas otros. Con mucha frecuencia se trata de una resina termo-endurecible. Las gotas de resina son tratadas exactamente en los lugares que son adecuados para la superficie de una sección que pertenece a una cierta capa de cerámica. Más tarde, la misma resina es endurecida por medio de la radiación ultravioleta emitida por una lámpara y de esta manera, la primera capa se haya completado. A continuación, la plataforma se reduce por el grosor de la capa posterior y coloque otra capa boquillas de material y de la resina en las áreas apropiadas en su superficie con el fin de construir un modelo. Debido a la radiación UV, la siguiente capa se ha endurecido y es a la vez encuadernado con la capa que se había posado con anterioridad. De esta manera, todo el modelo se construye. El material restante que no se enganchan es la base de la estructura de soporte de un producto se está construyendo.
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Rapid Prototyping Figura 45 El principio de la producción de bienes con chorro de tinta de impresión [20]
Por medio del método IJP, productos de plástico, que están diseñados para los modelos conceptuales, funcionales, etc., y que pueden ser libremente cumplido [4], se fabrican. IJP método también se puede aplicar como una tecnología de Rapid Tooling para la producción de núcleos y formas para el metal pone (en su mayoría de aluminio). En estos casos, de dos componentes de micro-dosificación de los medios, que se unirá suelta de moldeo en masa. Esta masa (que se asemeja a la arena) que se presente en toda la superficie de la plataforma. A continuación, en las áreas de producto supone la sección transversal, se encuentra la zona, en la que se vierte la sustancia de endurecimiento. Tanto la estructura y la sustancia de endurecimiento se colocan con la ayuda de las boquillas. Así es como las capas posteriores se creó con el fin de obtener el producto entero. La construcción de un modelo, utilizando el método IJP es similar al descrito previamente método de RP en que este proceso es automático. Tiene también sus variedades llamadas partículas balísticos de fabricación - BPM, donde dejó fuera de boquillas gotas de material fundido y coloque uno por el otro, y el modelo 3D marcador trazado que es idéntica a la de BPM con la salvedad de que las capas de un modelo creado se muelen en fin de garantizar su exactitud de largo y de calidad. IJP método se utiliza sobre todo como una ayuda para un constructor o técnico, mientras que la evaluación de la funcionalidad, tecnología, etc.… de un producto a fin de facilitar la toma de decisiones sobre la base de un modelo creado. Su principal ventaja es el hecho de que es barato, rápido y fácil de usar.
3.6. 3DP Impresión tridimensional Este método fue diseñado en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) en Cambridge. El principio de funcionamiento es muy similar al método SLS, sólo en 3DP existe un material adicional que conecta el polvo fuera de las cuales se crea un elemento.
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Fig. 46. 3DP printer
La impresión espacial, en principio, es en base a la construcción de un producto añadiendo capas posteriores de la materia. Para implementar este método se utiliza una máquina, cuya construcción contiene una unidad de planos de impresión que modificada similares a los utilizados en impresoras de inyección de tinta. Estos chorros (boquillas) están unidos a un carro móvil que se desplaza hacia el eje XY, y están conectadas a un recipiente en el que se almacena el combustible. Por otra parte, la construcción contiene dos plataformas móviles colocadas en cámaras. Una cámara se utiliza para la construcción del modelo y en el otro el material de construcción para el modelo, se almacena en forma de polvo. Un rollo de móvil se utiliza para mover el material de construcción de la plataforma de la cámara de almacenamiento a la plataforma de la cámara de la construcción. La construcción del modelo consiste en la impresión del material de unión en la capa de material de construcción. En la fase inicial de construcción de un producto, la plataforma de la cámara de almacenamiento de material de construcción está poco avanzado, y la plataforma utilizada para la construcción del modelo está más avanzada. En el curso de la construcción del producto, las posiciones de las plataformas van a cambiar. Si bien el desarrollo, el despliegue móvil proporciona material de construcción en polvo a la superficie de la plataforma de difusión que consigue un espesor suficiente, y la nivelación suficiente de la superficie. A continuación, la trama de impresión de chorros de una capa arroja líquido sobre la capa de polvo. El material de unión se dosifica exactamente en esos lugares,
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que corresponden a la forma de la sección transversal de una capa determinada del producto. Siempre se une a la carpeta de material de construcción y por lo tanto la primera capa del producto se obtiene de esa manera. El polvo desconectado crea la estructura de soporte, que es una gran ventaja porque no hay necesidad de construir soportes artificiales. A continuación, la plataforma de la cámara en que se asienta el producto se reduce por la distancia correspondiente al espesor de la capa siguiente y la plataforma en la cámara de almacenamiento de los materiales se eleva, lo que permite una dosificación otra "porción" de polvo. Los diferentes rodillos móviles y los niveles de polvo en la superficie creada antes por las capas. En la etapa siguiente, los chorros de impresión proporcionar material obligatorio en los lugares adecuados. Como resultado de unir el polvo con la carpeta, se crea otra capa, y al mismo tiempo la carpeta hace que la fusión de la nueva capa de polvo de la envolvente con la capa ya creada. De manera similar, las siguientes fases de construcción de modelos se realizan hasta que se obtenga la totalidad del producto. El proceso se ejecuta de forma automática.
La figura. 47. Principio del método de impresión 3D [15]
Después de completar la construcción de un producto, el polvo que no se engancha se quita muy fácilmente, por ejemplo, al soplar el aire comprimido. Después de haber fabricado las piezas y el endurecimiento del ligante, un producto en el llamado "verde" la forma que se obtenga. Tal producto es escondido y las partes de la principal materia están conectadas entre sí por pequeños puentes de la carpeta. Este producto es frágil y es por eso que está sujeta al mecanizado de acabado. Tal mecanizado se puede realizar de varias maneras. Por lo tanto, muy a menudo la cerámica de los infiltrados. Se trata de impregnar un objeto con los materiales apropiados, tales como:
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poliuretanos, poliestirenos, cera, resina epóxido, pegamento acrílico, etc. con el fin de rellenar los agujeros y fortalecer enlaces.
3.7. SGC –Método de curación de una superficie solida. “Solid Ground Curing – SGC” Este método fue inventado por una empresa israelí - cubital Ltd. Es un poco similar al método de estereolitografía, sin embargo, también hay algunas diferencias entre ellos. Un modelo es creado a partir de una resina termo-endurecible o polímero foto-, pero un láser ya no es la fuente de sinterización - esta es una lámpara ultravioleta. Otra diferencia radica en el hecho de que una capa se crea a través de la irradiación de un plano de vidrio creado anteriormente perteneciente al contorno de la capa. Este plano se hace sobre la base de un negativo de la capa de la sección transversal, es decir, el panel es transparente y deja pasar la radiación UV en las áreas de endurecimiento, mientras que el resto de la superficie del panel no es transparente en absoluto. El principal activo relativo a la aplicación del panel es acerca de la posibilidad de crear máscaras de uso múltiple. Un contenedor con un modelo no sólo se mueve verticalmente a fin de crear una nueva capa, pero también en horizontal, lo que es necesario para la realización de las fases de modelado entonces en las centrales particulares de SGC dispositivo.
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Rapid Prototyping La figura. 48. El principio de funcionamiento de la Secretaría General del Consejo
Después de construir otra capa, la resina se recopila, el espacio creado vacío es llenado por la cera, que permite crear formas complejas sin necesidad de diseñar apoyos adicionales. La cera se endurece por un plano de metal y cada capa recién endurecido es igualado por la molienda. Luego, otra capa de resina se coloca en una superficie tan igualado [1]. Proceso: Una computadora analiza los archivos CAD y presenta un objeto como un montón de "cortes". La imagen de una rebanada de activos es "impreso" por una foto de vidrio máscara usando un proceso similar a la impresión electrostática láser. Una parte de una "rebanada" que representan el resto de materiales transparentes. Una fina capa de polímero de foto-activa se pone en la superficie de trabajo y distribuyan de forma equilibrada. La luz ultravioleta es dirigida por esta foto-máscara en una capa nueva propagación de un polímero líquido. La resina irradiada (adecuado para el material sólido de la sección que pertenece al objeto) se polimeriza y se endurece. La resina líquida no se utiliza se absorben. La cera líquida se extiende sobre la zona de trabajo, para llenar los agujeros que fueron ocupados previamente por resina líquida no irradiados. Un avión se endurece enfriar la cera. La capa entera, cera y polímero son ahora una figura sólida. La capa es molida hasta alcanzar el espesor adecuado. El proceso se repite para las capas posteriores, y cada capa se pega con el anterior hasta que un objeto se produce. La cera se quita por fusión o bañarse deleitándose el prototipo final. (Como alternativa, se puede dejar hasta que se transporta y protegidas). El método "Solid Ground" de curado es de 10 a 15 veces más eficiente que otros métodos basados en polímeros fotosensibles. Cualquier
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forma geométrica se puede crear en cualquier orientación. La estructura puede ser producida en la noche o en lotes y que no requieren endurecimiento adicional después de que se sacan de una máquina. Uso de la cera significa que no hay necesidad de generar los apoyos para voladizos. Además, una sesión de trabajo se puede parar, por ejemplo, a fin de producir un proyecto diferente o quitar capas defectuosas.
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4. Actividades de pre-proceso en el RP Habiendo terminado de hablar de modelos CAD en formato STL, que deben estar preparados para el proceso de construcción en uno de los dispositivos de creación rápida de prototipos. Actividades de preproceso pueden llevarse a cabo en uno de los programas dedicados a este uso, que permiten para el mecanizado de archivo STL. Software de este tipo puede importar la mayoría de las extensiones de archivo estándar, tales como: STL, VDA, IGES, STEP, VRML y formatos individuales de determinados programas de CAD como el siguiente: Unigraphics, Parasolid y CATIA. Además, debido al número cada vez mayor de los archivos grabados en forma de nubes de puntos, la importación y exportación de tales datos es posible. Los datos importados en forma de nubes de puntos se convierten en modelos CAD con la precisión determinados por un usuario. El proceso de mecanizado incluye la corrección de los errores que ocurren. Como resultado, un modelo STL se obtiene que esté listo para la producción de RP en el dispositivo, sin necesidad de conversiones más. El software de este tipo es la necesidad de cada uno de los procesos de RP. Esta fase no se puede omitir de ninguna manera con el fin de ahorrar el tiempo que se dedicó a esa labor.
La figura. 49. El programa de pre-proceso de las actividades
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Ahorro de tiempo durante la corrección de los archivos de STL Dado que los sistemas CAD no siempre impecable geometría de exportación a formato STL, su corrección es necesaria para poder enviar los ficheros con datos relativos a un modelo de dispositivo de STL. Este programa hará el diagnóstico de un modelo defectuoso y el proyecto de los errores que deben corregirse. Gracias a las herramientas disponibles, la corrección de errores toma poco tiempo, obviamente en función del número y la complejidad de los problemas. Las herramientas disponibles en los programas permiten orientar los vectores normales de los triángulos adecuadamente, juntando los bordes desconectados, compensando las carencias (agujeros), la eliminación del doble triángulos, recorte de las superficies, la combinación de los depósitos y realizar operaciones booleanas.
La figura. 50. Errores marcados con rojo en stl, y cerca, un modelo de corrección
Al presentar los cambios en el modelo Con el fin de corregir un modelo, no hay necesidad de que sea el modelo madre CAD - puede llevarse a cabo directamente en el modelo STL.
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Los programas contienen varias herramientas útiles que optimizar y acortar el curso de todo el proceso. Por ejemplo una herramienta para tirar de las superficies, que puede ser usado para añadir el exceso de material para su posterior trabajo mecánico, herramienta para cortar los modelos para ajustarse a la plataforma de trabajo de un dispositivo de RP. Para una más fácil identificación de las partes individuales, una herramienta para el marcado y la escritura en la superficie del modelo se puede utilizar.
La figura. 51. Pulir el exceso de material de superficie como sea posible después de mecanizado (acabado)
Puesta en modelos de la plataforma de trabajo Los modelos pueden ser colocados en la plataforma de trabajo tanto de forma manual y automática. En el caso de sólo varios modelos, no es necesario para generar la distribución automática (con cita previa), sin embargo en el caso de su gran cantidad, junto con geometría compleja, es más fácil de generar Organización automática, que será la más óptima en términos de espacio ocupados y la velocidad del proceso de construcción.
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La figura. 52. Óptima disposición de los modelos en la plataforma de trabajo
La orientación incorrecta automática del modelo en el área de trabajo también es posible, si esperamos una mejor calidad de una de las superficies. Como se sabe, el proceso de construcción consiste en unir las capas posteriores uno en otro, lo que provoca una mayor aspereza de la superficie orientada en un ángulo o en paralelo a la dirección del incremento de capas (eje Z de la capa de incremento). La superficie lisa es sólo perpendicular a la dirección del incremento de las capas (de sección transversal plano XY). En ese caso, el modelo tiene que estar orientada de forma manual en la plataforma de trabajo. Si la precisión de una superficie determinada, no tiene importancia (por ejemplo, el modelo se someterá después de mecanizado) entonces, por el menor tiempo de construcción, el modelo debe estar orientada de tal manera, que la altura del modelo era mínima en la Z ejes (eje capa de incremento). El siguiente paso es la generación de capas en los modelos, que se creará en el proceso de RP, una tras otra. Con el fin de crear un prototipo de un dispositivo de RP, un modelo STL tiene que dividirse en capas delgadas. Es la última operación realizada en el archivo antes de continuar con el proceso de construcción. La densidad de las capas es de entre 0,01 y 0,7 mm.
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La figura. 53. Modelo dividida en capas
A continuación, el programa genera estructuras de soporte (soportes) para la buena marcha del proceso.
La figura. 54. Estructura de apoyo (soportes)
Un modelo preparado de esta manera se envía a un dispositivo de PR para la preparación de un modelo físico prototípico. Las posibilidades de procesamiento de datos STL Visualización, posibilidad de hacer mediciones, *. stl la manipulación del modelo, La fijación de los archivos *. stl, recorte de las superficies, la detección de triángulos se duplicó,
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Preparación de las intersecciones de los archivos de STL, agujeros (perforación), tirando de la superficie, haciendo retroversiones, Operaciones booleanas, la reducción de los triángulos, suavizado, añadir títulos o signos (personajes), De detección de colisiones, Dibujos para colorear STL, La división de modelos en capas, La generación de estructuras de soporte.
4.1. Edición de archivos STL Gracias a una amplia gama de herramientas disponibles, trabajar con archivos STL en los programas de preparación para la construcción de dispositivos de RP es muy eficiente. STL Mantenimiento Intuitivo y fácil de usar herramientas permiten la rápida rotación, desplazamiento, escalado y la creación de asambleas. Grandes posibilidades de medición puede ser utilizado como una alternativa a los dibujos tradicionales de papel. Ambas mediciones 2D y 3D de la distancia, radios y ángulos se pueden hacer, a partir de planos, cilindros, ejes, esferas, etc.
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La figura. 55. Realizar mediciones
Semi-puntos de vista y las intersecciones parciales pueden ser generados para una más fácil comprensión y lectura de las piezas, El usuario puede definir y trabajar en varios sistemas de coordenadas locales, Entre sus funciones garantizar una fácil orientación en los modelos de posicionamiento, formatos adicionales permiten para disminuir la duración de los archivos generados STL. la manipulación eficiente de archivos STL Una herramienta de manipulación inteligente y muy eficiente permite diseñar directamente sobre modelos STL:
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Los textos pueden ser escritos en los modelos, usando cualquier fuente "True Type" de Windows, en cualquier tamaño y en cualquier superficie del modelo. De la información (por ejemplo, número de serie) pueden ser grabados en relieve o en la parte.
La figura. 56. Texto escrito en un modelo
Dibujos para colorear los modelos, tampoco es un problema. Los colores se pueden añadir a una superficie o triángulos individuales de forma manual o automática, las imágenes *. bmp, se pueden trazar fácilmente..
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La figura. 57. Agregar colores a los elementos individuales
Las piezas pueden ser cortadas y perforadas, que permite crear modelos más grandes en estructuras en varias partes. Para un mejor contacto entre las superficies de una parte de su corte, se pueden pegarlos luego, la opción avanzada de corte puede ser utilizada para ello.
La figura. 58 El corte de una parte permite su adaptación a la zona de trabajo del dispositivo de RP
La retroversión se puede utilizar para obtener el volumen de llenado del depósito de sólidos o añadir el exceso de material posible después de mecanizado, pintura, chorro de arena, etc. operaciones booleanas disponibles. El volumen puede ser añadido o eliminado mediante la adición o sustracción de un modelo STL.
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Incluso las partes de piezas con las formas más complejas pueden ser vaciadas. Tales piezas no sólo se construyen más rápido, sino que la emergencia menos frecuente, las trenzas del interior durante el proceso de construcción de dispositivos de prototipos rápido, así como guardar el material.
La figura. 59. Aplicación del modelo de capas ahorra material, mientras se construye un elemento físico
También es posible crear objetos, tales como esferas, cilindros, conos, pirámides, prismas y otros. Existe la posibilidad de tirar de una superficie como un exceso de material para el procesamiento mecánico. La manipulación y procesamiento de datos escaneados nubes de puntos de escáneres 3D puede ser transformado en grandes archivos de STL empresas. A continuación, gracias a la reducción de los triángulos con herramientas especiales, almacenamiento de datos es mucho más fácil debido a la reducción del tamaño del archivo. Aunque se produzcan diferencias entre la generación de archivos STL a partir de datos obtenidos a partir de escáneres 3D, gracias a la opción de suavizar estos defectos pueden ser eliminados, lo que mejora la calidad de la superficie.
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La figura. 60. Herramienta para alisar la superficie
4.2. La fijación de archivos STL Visualización Las herramientas de visualización de errores destacando en STL, puede significativamente facilitar su posicionamiento. Los triángulos con vectores invertidos normales, bordes, agujeros, etc. son especifican. Sin ningún problema, el usuario puede notar, donde se encuentran los errores. El análisis detallado de los archivos de STL es igualmente posible, es suficiente para comprobar las propiedades. La información relativa a las dimensiones, el número de triángulos en la red, el número de errores, volumen, etc. se encuentran allí. La fijación automática Gracias a la aplicación de algoritmos inteligentes, la mayoría de las reparaciones de los archivos de STL se puede hacer automáticamente, lo que se ahorra mucho tiempo. Los triángulos invertidos, con los vectores normales orientados en la dirección opuesta, se pueden invertir de forma automática. El programa establece las partes internas y externas del modelo y los cheques uno por uno si las instrucciones conforme con la descripción. Si no, se cambia la dirección.
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Los bordes incorrectos - establecidos por agujeros entre triángulos podrán utilizarse para fabricar de forma automática. Basta con señalar a los centros de agujeros y el programa hará una revisión sin una pérdida de la tolerancia. La triangulación automática en tapar los huecos ahorra tiempo de forma significativa. Incluso los agujeros con contornos complejos puede ser fácilmente resuelto mediante una herramienta para tapar los huecos con formas complejas. La función rellena los agujeros, aproximándose a la forma del relleno al plano que rodea el agujero. superficies duplicado y triángulos, se detectan y se pueden quitar dependiendo de los requerimientos del usuario. Manipulación y procesamiento La reparación manual de los modelos dañados también es posible. Un triángulo elegido puede ser eliminado, los vectores normales se puede invertir y triángulos adicionales creados, Estos programas reparación,
permiten
realizar
operaciones
booleanas
y
Los modelos o partes pueden ser fácilmente conectados entre sí, Después de señalar, las superficies que sobresalen se recortan por el borde del modelo.
4.3. Generar Apoya Generación de soportes es una operación clave para una correcta construcción de un modelo en un dispositivo o dispositivos de estereolitografía sinterización de metales en polvo. La estructura adicional de apoyo es necesario para garantizar la estabilidad del modelo y para cada elemento de la parte construida a permanecer en su lugar. La función de software para la generación de soportes para su creación permite fácil y rápidamente y la edición posterior posible. La fiabilidad, la integridad de las piezas y una fácil extracción de los soportes son los factores clave en la creación rápida de prototipos. El generador de Apoyo agrega automáticamente apoya a cada modelo. El software analiza superficies de los modelos, identifica a aquellos que requieren estructuras de soporte y genera apoya óptimo, dependiendo de la geometría de la superficie. Todo el proceso basa en parámetros definidos por el usuario, lo que asegura un control total sobre la
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ejecución del programa. El diseño de las estructuras más complejas de los soportes no requiere habilidades adicionales de ingeniería. Debido a la reducción del tiempo de apoyar la creación, el trabajo aumenta la productividad. A pesar de un alto nivel de automatización de alto, los programas permiten la individualización, en gran medida. Todos los soportes generados automáticamente pueden ser modificados en función de las necesidades del usuario, las necesidades o preferencias. Una visualización permite elaborar funcionalmente para el examen y la evaluación de cada lugar por separado. De una manera muy sencilla, podemos cambiar una estructura de apoyo existente en el que nos conviene mejor. Software ofrece la posibilidad de añadir los dientes de estructuras de soporte, lo cual limita su contacto con la superficie del objeto. Agregar los dientes también facilita la posterior eliminación de los apoyos y aumenta la calidad de la superficie.
La figura. 61. Los dientes facilitan en forma significativa el apoyo
Otro de facilidad en la eliminación de soportes, así como en resina de "goteo" es perforar la estructura de soporte. La perforación garantiza un ahorro de material, se acorta el tiempo de construcción y facilita su remoción a partir del modelo.
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La figura. 62. Perforado soportes
Todas estas funciones permiten la individualización completa en la generación de estructuras de apoyo. Generación de soportes de refuerzo Esta opción del sistema está dedicado a los dispositivos basándose en los materiales en polvo (metales, cerámica, yeso, etc.) Los soportes son, en estas tecnologías, necesarias para garantizar la estabilidad mientras se quita los elementos producidos en algunas técnicas, así como para estabilizar la producción inicial de capas, de modo que, si bien poner otra capa de material de la capa de polvo previamente construida y refuerzos de proyectar los elementos del modelo se no sufrirán daños.
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5. Glosario de términos 3DP (impresión tridimensional) Un método de RP, que consiste en la construcción estratificada de polvo mediante el trazado de la carpeta en capas individuales de la intersección. Después de la construcción, el modelo es frágil en la llamada "verde" la forma y requiere la infiltración. Consiste en la saturación del elemento con el ejemplo cian acrilato. CAD (Computer Aided Design) Término utilizado en todas las ramas de la ingeniería donde se crea documentación de proyecto y construcción basada en la geometría 3D y modelos 2D. sistemas CAD en apoyo a la construcción y el diseño, se utilizan para la elaboración y el modelado geométrico. CAE (Computer Aided Engineering) Técnicas de ayuda a las obras de ingeniería en las primeras fases de desarrollo del producto, es decir, en las obras de construcción de diseño. Por lo tanto incluye CAD CAE junto con los modelos numéricos, herramientas de simulación, etc. técnicas de CAM (Fabricación Asistida por Ordenador) El equipo y las herramientas utilizadas directamente en los departamentos de producción. Comprende la generación y ejecución de programas NC y cargarlas en las máquinas herramientas NC, la recopilación de datos de las estaciones de mecanizado y su transferencia a un sistema de subordinación. CAx - Todas las técnicas y herramientas informáticas utilizadas en la fabricación integrada. CE (Concurent Ingeniería) diseño simultáneo. Un método de desarrollo simultáneo del producto utilizado por un equipo interdisciplinario de diseñadores que trabajan en entornos CAD / CAM en red y base de datos. El producto se desarrolla simultáneamente en las áreas de construcción, tecnología, planificación de procesos de fabricación y suministro de material. DXF (Drawing Exchange File) Dibujo de intercambio de datos formato de archivo. DXF se utiliza para transferir datos entre los distintos
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vectores de aplicaciones CAD. DXF puede transferir datos tales como: objetos 3D, curvas, texto, dimensiones. EBM (haz de electrones de fusión) Un método en función de una capa de electrones 100% haz de refundición de material. Un prototipo completamente uniforme se obtiene sin necesidad de ningún proceso después de mecanizado. FDM (Fused Deposition Modelado) modelos de estratificación con material fundido. Uno de los métodos de prototipado rápido, consistente en material de fusión, plasmado en la forma de alambre termoplástico de materiales o piezas de fundición de cera, en una boquilla de extrusión y extrusión en capas, de manera continua, en relación con el modelo geométrico de la capa, representado por el movimiento de la boquilla de extrusión controlada por ordenador. Fotopolímero (resina foto endurecible) resina que se endurece bajo la influencia de la luz láser. Foto polimerización de resina bajo la influencia de rayo láser. HSM (mecanizado de alta velocidad) mediante la técnica de mecanizado de alta velocidad. IGES (gráfico inicial de Exchange Specification) estándar en formato neutral de intercambio de datos de gráficos por ordenador, utilizada en CAD, CAM, la PAC, los sistemas de FEM. Se permite el intercambio de datos gráficos (modelos geométricos y documentación), creada en el entorno de los diversos sistemas CAD / CAM. IGES, en todo caso, es un preprocesador y pos procesador de transformación de la estructura y contenido de los datos de un sistema CAD / CAM a un formulario normalizado que puede ser cargado por otro sistema de CAD / CAM. IGES especifica y reconoce los elementos básicos de geometría (punto, línea, polígono abierto, de arco, área), los símbolos (texto, elementos de dimensionamiento y el forro) y elementes estructurales (atributos, las matrices de transformación, el tipo de gráficos, la topología de los elementos gráficos, etc. )
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La saturación de infiltración del modelo (por ejemplo, creó en 3DP) con materiales adecuados, como los poliuretanos, poliestirenos, cera, resina de epoxy, pegamento cian acrílico, etc. con el fin de cumplir con sopladuras y fortalecer los vínculos. Inyección de tinta de impresión (IJP) Método de fabricación de los modelos de estratificación con una corriente de partículas balísticos. IJP (inyección de tinta de impresión) consiste en disparar desde gotas de encuadernación y posteriormente el material de las boquillas con una alta frecuencia, en una predefinidos y se describió la capa intersección de la modelo. LENTE (Laser Conformación de Ingeniería Net) focalizado con una lente o un conjunto de lentes de rayo láser se ejecuta el centro a través del centro de la cabeza que se aplica el material, lo que hace que ya se aplica de metal fundido en el modelo en construcción. La plataforma en la que el modelo se está construyendo se mueve en X - Y plano con el fin de aplicar el material en la sección entera de una capa dada. Después de la capa es terminado, movimiento de la cabeza se dirige hacia el eje Z por el valor dado por el grosor de la capa siguiente. Estas acciones se repiten hasta la última capa del modelo ha sido creado y el modelo está listo. El polvo es dosificado por la gravedad o bajo la presión de gas portador. LOM (laminado de objetos de Modelado) La creación de objetos espaciales usando el método de modelado estratificado. Creación de modelos con conexión de corte estratificado papel termo soldado utilizando láser. MES (FEM - método de elementos finitos) Los métodos y los sistemas de cálculos numéricos, basados en modelos matemáticos de sistemas discretos de la continuidad material de los objetos individuales o estructuras complejas. Las bases para el cálculo de elementos finitos son: modelo discreto del sistema de base material guardado en forma de red de elementos finitos, los datos del material, las condiciones de frontera y las cargas. Booleano, método de operación de crear modelos complejos basados en el álgebra de conjuntos (suma, resta, y la intersección de objetos 3D
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conectados) utilizados en sistemas CAD / CAM para el modelado geométrico. Trabajo platformRange del área de trabajo, que son objeto de un modelo construido. La rápida EngineeringDesign modo que permita la creación de prototipos, útiles en todas las fases de desarrollo de productos, es decir, fase de diseño, modelado geométrico y el análisis y la evaluación experimental (evaluación), así como en la fase de planificación del proceso de fabricación. RE (Reverse Engineering) de redundancia en los archivos de STL está conectado con la duplicación de vértices y aristas de los triángulos que describe las formas de los modelos. RGBcolor estándar de descripción (Rojo, Verde, Azul). Estos colores se pueden guardar con un nivel de intensidad diferente, cuya escala se sitúa entre 0,0 y 1,0. Como resultado de la mezcla de colores, una amplia paleta de tonos se obtiene.
RP (Rapid Prototyping) la creación rápida de prototipos. Un conjunto de técnicas y métodos que permitan la creación de modelos físicos y prototipos (construcción, funcionales, estéticos y de reunión, basándose en el modelo 3D geométricos. Todos los métodos se parecen entre sí y se basan en incremental (sin residuos), la fabricación del modelo estratificado. RT (Rapid Tooling) la creación rápida de prototipos. Las técnicas y métodos que se utilizan para crear formas de unidad o de producción de corto plazo, sobre la base de un modelo físico (por ejemplo, fabricados mediante técnicas de RP). Los formularios pueden ser de por ejemplo, de silicio o de aleaciones de bajo punto de fusión. SGC (Solid Ground curado) Método de endurecimiento de base directa. Un modelo se construye en capas de resina o fotopolímero termoquímico, donde una lámpara de luz ultravioleta es la fuente que sinters material.
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SLM (fusión selectiva por láser) SLS (sinterizado selectivo por láser) PASO (Estándar para el Intercambio de Datos Modelo de Producto) El nivel de modelo de producto para intercambiar datos. Este estándar define las reglas para el ahorro de modelo del producto basándose en geométrica, los datos topológicos, tecnológicos y materiales. El objetivo superior de la norma STEP es salvar el modelo de producto en el entorno de los sistemas CAD / CAM, independiente de sus características. El intercambio de datos entre los diversos sistemas CAD / CAM se produce con el uso de procesadores de STEP, los cuales deben ser preparados por cada diseñador de CAD / CAM.
Estereolitografía (SLA, SL) Método de ayuno, la creación incremental de prototipos basados en el endurecimiento del polímero locales controlados por la luz láser en el plano del polímero del nivel de líquidos. STL (Standard Tringulation Language) La principal tarea de formato STL es la transferencia de modelos CAD en 3D para dispositivos rápida de prototipos. STL es una lista de superficies triangulares, también llamado triángulo de la red, que se define como un conjunto de vértices, aristas y triángulos conectados entre sí de tal manera que cada arista y vértice cada uno se es compartido por al menos dos triángulos adyacentes. Soporte (estructura de soporte) Estructura de apoyo y refuerzo de un modelo durante su construcción en la mayoría de los métodos de RP.
La triangulación de la División de modelo y su descripción por medio de una rejilla triángulo. VR (Realidad Virtual) VR es una tecnología basada en un contacto directo de una persona con la ingeniería de procesos se muestra en el
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espacio 3D con el uso de efectos de inmersión, basado en la conexión del medio ambiente numérico con un visual. VRML (Virtual Reality Modeling Language) Es una herramienta que permite describir objetos y animaciones en un escenario tridimensional. Gracias a ella, es posible crear mundos virtuales interactivos, que pronto puede convertirse en parte integrante de la red mundial (Internet), desplazando incluso de las páginas escritas en HTML. Esos mundos pueden ser enriquecidos con sonidos, imágenes y películas. En tecnologías de RP, el formato, a diferencia de STL, realiza sobre los datos de color, textura, etc. “Slice Intersección” de un modelo con un grosor (aproximadamente 0,1 mm) que se construye en el proceso de RP. Las capas individuales constituyen un modelo completo. Operaciones post-procesar las operaciones relacionadas con la limpieza de un modelo, la eliminación de soportes, infiltración, etc.
Pre procesar operaciones relacionadas con la preparación de un modelo CAD 3D para su uso en un dispositivo de RP. Se trata, entre otras reparaciones, posibles de modelos STL, añadiendo soportes, etc. Transformación de la matriz de la matriz es una matriz utilizada en los gráficos tridimensionales. En el efecto de la multiplicación correcta de las coordenadas de los puntos por una matriz de transformación, es posible rotar, escalar y convertir objetos.
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1. Ingeniería Inversa La ingeniería inversa (RE) es una tecnología que permite redescubrir las normas de construcción de un objeto ya existente. Se utiliza para identificar los supuestos, según la cual el objeto fue diseñado y realizado. En la industria manufacturera, por lo general incluye la reconstrucción de la geometría de un producto, principio de funcionamiento ya veces también los materiales que se utilizaron para crearlo. La ingeniería inversa es también conocido en otros ámbitos, por ejemplo, en ciencias de la computación, donde significa analizar un programa ya existente a fin de comprender su funcionamiento y / o la restauración de su código fuente [3]. A diferencia de la concepción tradicional de la ingeniería, el punto de partida para RE es un producto ya existente, que puede dejarse sin ninguna documentación de construcción y tecnológico, especificación de material, etc., y es la tarea para la ingeniería inversa para recuperar dicha información. En varios casos RE también se aplica como complemento para el proceso tradicional de desarrollo de productos. Se refiere a situaciones en las que el carácter innovador de un diseño no es el objetivo principal, y el producto en fase de desarrollo se basa en una solución existente y verificado (a veces desarrollado por una empresa de la competencia). La ingeniería inversa en la industria es más comúnmente asociada con la digitalización de la geometría de los objetos físicos. Su resultado es un modelo digital que constituye una base para el trabajo perfeccionar su diseño, análisis por ordenador (por ejemplo, utilizando el método de elementos finitos) o las comparaciones entre el modelo físico y el equipo. La obtención de la forma digital de un modelo también permite el uso directo de los datos en el uso cada vez mayor de tecnologías de fabricación asistida por ordenador en máquinas de control numérico, fabricación usando la capa de métodos basados en tecnologías como el prototipado rápido, Rapid Tooling, Rapid Manufacturing, etc. La ingeniería inversa es siempre aplicable cuando un modelo de computadora de un objeto físico se requiere. Sus áreas de aplicación incluyen: industria de la construcción de máquinas, la inspección en particular del automóvil (herramientas, la calidad, la restauración de documentación, etc.) industria del embalaje (los productos que tengan diferentes, a menudo atípicos, formas diseñadas por los estilistas)
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industria alimentaria (por ejemplo, el diseño de formas de chocolates y caramelos) medalla de grabado y numismática (monedas y reconstrucción de formas medalla) industria del calzado (digitalización de las pautas y herramientas) joyas y recuerdos de la industria (por ejemplo, las miniaturas de los objetos naturales) medicina (reconstrucción del interior de objetos anatómicos, el diseño de implantes) industria del juguete (formas de producción basadas en proyectos artísticos) historia del arte (el archivo y hacer copias de objetos - esculturas, edificios, etc.) desarrollo de nuevos productos utilizando tecnologías como el Rapid Prototyping y Rapid Tooling [3].
1.1. Campos de aplicación de ingeniería inversa 1.1.1. Industria El proceso de restauración de la geometría de los objetos es muy conocido en la industria manufacturera. Se encuentra aplicación en las tareas siguientes: la introducción de correcciones a los prototipos o se han producido ya los elementos el desarrollo de procesos de fabricación basados en un producto único controles de calidad de los procesos de fabricación de productos la recuperación o generación de documentación de un producto determinado Con el fin de tener éxito en el mercado muchos productos en desarrollo necesitan tener un diseño atractivo, además de sus características técnicas. Antes de acercarse a la labor de diseño, una investigación de mercados se realiza para determinar un conjunto necesario de las características funcionales y preliminarmente establecer el diseño del producto. Es preocupación de estilistas cuidar el diseño exterior de una
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manera más detallada a medida que se preparan utilizando el modelo de arcilla, yeso o madera. Los próximos pasos son la digitalización (fig. 1,1), la creación de documentación técnica y el inicio de la producción del proyecto.
La figura. 1.1. Digitalización de un modelo conceptual de un vehículo [28]
Otra de las tareas de ingeniería inversa en el área de desarrollo de nuevos productos es la introducción de cambios en la documentación técnica. Cuando el primer prototipo de un nuevo producto se crea sobre la base de un modelo de computadora, sucede a menudo que es necesario llevar a cabo varias pruebas. A medida que su resultado, los cambios (por lo general manual) se hacen con el prototipo y después de varias iteraciones de este tipo, se produce una gran discrepancia entre la geometría del prototipo físico y el modelo de ordenador que se basa. Entonces, se hace necesario el uso de digitalización a fin de continuar la ejecución de obras con un modelo 3D obtenido. El atractivo aspecto y funcionalidad de los productos no es suficiente en muchos casos. A menudo es necesario tener en cuenta la ergonomía, que se trata en todas las situaciones, donde los diseños que tengan que ajustarse a la anatomía humana. Tal requisito surge sobre todo de la comodidad y seguridad de utilización, y es particularmente importante en lo que respecta a los productos que los humanos tienen un contacto físico directo con. Un ejemplo de un producto individual puede ser un mango de una raqueta de tenis se presentan en la figura. 5.1. Fue diseñado sobre la base de una huella previamente digitalizada de una mano en un material plástico. A continuación, a partir del modelo, un modelo de estereolitografía fue
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creado y un producto ya preparado que se fabricó con la tecnología de colada en vacío.
La figura. 1.2. Mango de raqueta de tennis personalizado.
La producción de este tipo de productos es a menudo gobernado por normas adecuadas que se deben cumplir por un producto determinado. Al mismo tiempo, un diseño correcto de un producto, teniendo en cuenta tanto su forma ergonómica de la superficie y su estética, es la clave del éxito en ventas. Una gran mayoría de los productores altamente clasificado tienen sus oficinas de diseño propios de la contratación de especialistas distintos ámbitos, incluidos los ergónomos. Su tarea consiste en diseñar soluciones que sería mejor, más cómodo y más fácil de usar cuando se compara con productos de la competencia. Hasta hace poco, el problema principal era la transferencia de las formas naturales, como resultado de la anatomía humana, a un sistema informático donde se creó un proyecto. En este ámbito, un avance se produjo con la aparición de la fibra óptica 3D escáneres. Esto permitió un gran aumento en la
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velocidad de digitalización, en comparación con los métodos de contacto, y sobre todo, el aumento de la precisión de la transferencia de figuras en los formatos del sistema CAD (al valor del orden de 0,1 mm). En varios años, no será un problema para ordenar un producto ajustado a la forma de un cuerpo humano, por ejemplo, un casco de moto adaptado a la forma de la cabeza del propietario. Los datos obtenidos de la digitalización se puede combinar con el modelo de producto y, a continuación una lista de documentación serán pasados a las instalaciones de fabricación, que entregar el producto al cliente individualizada a los pocos días. La producción de envases cuya forma se ajuste al objeto es un asunto similar (fig. 1,3). En el caso de nuevos productos, que tienen sus modelos informáticos, la creación de este embalaje, no causa ningún problema. Es diferente con los objetos sin tal documento - los modelos de ordenador tiene que ser creados para pasar de sistemas de ingeniería inversa. Aunque, posiblemente, el trabajo lento y costoso tal esfuerzo es necesario a veces. Esto afecta especialmente a los objetos invaluables (por ejemplo, objetos de museo), que deben estar debidamente protegidas contra posibles daños durante su manejo.
La figura. 1.3. Embalaje cuya forma se adapta al objeto [19]
Las técnicas de ingeniería inversa son cada vez más ampliamente utilizado en la industria, no sólo como herramientas para el diseño y desarrollo de productos, sino también como sistemas de supervisión de la producción. Permiten una medición de control rápido de prácticamente cada elemento producido. Este examen toma desde
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unos pocos hasta una docena o más segundos y consiste en la digitalización de la superficie total o parcial del producto y comparar los resultados obtenidos con el modelo de ordenador. (Fig. 1,4).
La figura. 1.4. Modelo físico y el resultado de su comparación con el modelo de computadora
Medicina Los diagnósticos médicos Técnicas de ingeniería inversa son ampliamente utilizadas en la medicina y su aparición en forma de dispositivos de imagen, sin duda, se convirtió en un gran avance en el diagnóstico médico. La imagen digital es muy valorado por los cirujanos de todo el mundo. Gracias a
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su aplicación, se hizo posible plan de operaciones no sólo sobre la base de supuestos teóricos y plano de rayos X, pero las imágenes ecográficas o también los de la resonancia magnética y, finalmente, los modelos computacionales tridimensionales. Cuanto más tarde presenten una geometría precisa y la forma de una parte de un cuerpo o un órgano que se va a operar (Fig. 1,5). Es posible ampliar, escala, acercar y alejar el modelo con el fin de observar hasta el más mínimo detalle que pudiera tener una influencia significativa sobre el curso y el éxito de la operación.
La figura. 1.5. Los modelos tridimensionales de partes del cuerpo
Los sistemas de visualización médica, lo que permite observar las estructuras internas del cuerpo humano en la realidad virtual, también tiene una aplicación cada vez mayor. Los modelos de computadora, utilizado en este tipo de visualizaciones, también se crean sobre la base de datos de los dispositivos de imágenes médicas (tomografía computarizada, resonancia magnética) y la aplicación de software adecuado permite no sólo su representación, sino también la realización de operaciones virtuales. Un cirujano equipado con unas gafas especiales y manipuladores es capaz de analizar de forma precisa el ámbito de funcionamiento futuro y planificar las actividades relacionadas con la operación-de una manera mucho más accesible y cómoda. La figura. 1.6 muestra el entorno virtual para la planificación de una operación de hígado.
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La figura. 1.6. La realidad virtual en la planificación de las operaciones [36]
Modelos pre operacionales Para la planificación de operaciones complejas, los modelos físicos preoperatorios se hacen más y más frecuentemente utilizados. Están construidos con tecnologías de prototipado rápido basados en datos de dispositivos de imágenes médicas. Estos modelos son más utilizados en cirugía maxilo-facial, que se requiere una precisión y destreza inusual. La mejor manera de prepararse para esta operación consiste en realizar actividades de prueba en un modelo prediseñado. Tener conocimiento de la geometría de la parte del cuerpo para ser operado en gran medida facilita la planificación de las acciones realizadas durante la operación. Estos modelos pueden someterse a la esterilización, gracias a los cuales son de especial utilidad para el cirujano, también durante el tiempo de funcionamiento. El método más común que se aplica para la producción de estos modelos es la estereolitografía. Dentro de esa tecnología es posible obtener modelos transparentes con las zonas marcadas con otro color, que son de particular interés para el cirujano, por ejemplo, un tumor que debía eliminarse o los nervios que requieren la debida atención (Fig. 1.7).
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La figura. 1.7. modelo pre operacional de la mandíbula inferior con los nervios visibles [22]
Formación Phantoms Incluso operaciones aparentemente sencillas, como poner una inyección, requiere práctica. Es por eso que hay muchos proveedores de los maniquíes de formación para los futuros médicos. Un ejemplo perfecto es un maniquí para aprender a poner inyecciones y transfusiones (Fig. 1,8). Un método natural para diseñar muñecos tal es la digitalización de la anatomía de una persona seleccionada.
La figura. 1.8. Muñecos para aprender a poner inyecciones y transfusiones [11]
Utilizando modelos de computadora, incluso los dispositivos de entrenamiento más complejos se pueden crear, como replicas de los vasos sanguíneos (Fig. 1.9) para los cirujanos practicar sus habilidades.
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La figura. 1.9. El modelo de sangre de los vasos y maniquí para la formación intravascular de operaciones
El diseño de los implantes individuales La ingeniería inversa también se utiliza en el diseño de implantes individuales. Esto afecta especialmente a los tratamientos para reemplazar el tejido del hueso faltante. Gracias a la aplicación de los métodos de digitalización, es posible reducir e incluso eliminar el tiempo necesario para ajustar el implante al hueso del paciente. El implante es preparado ya antes del inicio de la operación, que significativamente reduce el tiempo de la operación, y por lo tanto disminuye el riesgo de su fracaso. Un método de digitalización de aplicación común para la identificación forma tridimensional del hueso es la tomografía computarizada. Sobre esta base, se crea un modelo de computadora, y el próximo, en la tecnología de prototipado rápido, se construye un modelo físico del hueso. Tal reconstrucción no sólo permite ajustar el implante, que va a ser injertadas, sino también para llevar a cabo las consultas posibles basándose en el modelo 3D, en relación por ejemplo, el modo de fijación. Otra forma de usar un implante individualizada es su diseño en un sistema CAD basado en un modelo informático del hueso (fig. 1,10). A continuación, un modelo del implante se crea utilizando la tecnología de prototipado rápido, y sobre esta base se construye una forma y el implante queda listo. Está hecho de un material adecuado
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biocompatible y después de la esterilización, quedaría listo para ser injertado..
Fig. 1.1. Modelo del ordenador del cráneo, el modelo de implante y su prototipo hizo uso de la tecnología de estereolitografía
1.1.2. Arte y Arqueología La ingeniería inversa también ha encontrado aplicaciones en el arte y la arqueología. La posibilidad de crear una representación 3D por computadora de los objetos del museo pronto podría cambiar la actitud hacia la cuestión de la documentación de monumentos. Un registro informático precisa de un sólido en forma de gráficos en 3D tanto de objetos arqueológicos y obras de arte ofrece toda una gama de nuevas aplicaciones. El más básico de ellos es la creación de una documentación digital que representan fielmente la geometría, la textura y el color de la superficie (fig. 1,11).
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La figura. 1,11. modelo de superficie y la visualización de un buque antiguo [7]
Habiendo puesto el modelo a disposición de uno, es posible no sólo elaborar réplicas para las necesidades de los museos y galerías, sino también los producen en serie como elementos de diseño de interiores o recuerdos. Los modelos digitales también se pueden presentar en el Internet o hacer accesible en CD, animando a la gente a visitar la exposición real.
1.2. Métodos de Digitalización Técnicas de adquisición de datos de geometría 3D difieren en el método de medición y de vez en cuando en el tipo de datos obtenidos como resultado de la aplicación de un determinado método. Teniendo en cuenta el nivel de automatización, las mediciones pueden ocurrir en los modos manual, semiautomática o automática. El modo manual, lo
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que requiere el usuario para controlar el dispositivo de medición, se utiliza para leer las dimensiones de los modelos con una forma relativamente simple, más comúnmente prismáticos, cuyo modelo puede ser creado por un ser humano a partir de cero en un sistema CAD. En el modo semiautomático, un dispositivo almacena medición de los elementos de la geometría del objeto analizado que son seleccionados por el usuario, que requiere una definición preliminar de las áreas de medición. En el caso de la medición de la superficie de todo el objeto, puede ser necesario para la búsqueda en varios partidos, seguido por conectar fragmentos individuales de la superficie de escaneado para formar un único modelo digital. Sin embargo, en modo automático de la geometría de todo el objeto examinado se puede adquirir sin necesidad de la intervención manual en el proceso de digitalización por el usuario y los datos de salida se refleja el modelo completo en tres dimensiones del objeto en estudio. Dependiendo del estado del objeto después de examinar el proceso de digitalización, los métodos de medición se clasifican en destructivos y no destructivos, y en relación con el tipo de interacción mutua entre el dispositivo de medición y el objeto, que se dividen en contacto (mecánica) y métodos sin contacto. Los métodos no-contacto puede ser óptico (usando la luz visible, láser, interpherometery) o noópticos (rayos X, radiación electromagnética, ultrasonidos). Algunos métodos (resaltado en la figura. 1,12) permiten examinar la estructura interna del objeto.
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Geometry digitalization methods
Non-destructive
Contact
Destructive
Non-contact
Non-optical
Optical X-ray
Laser
Electromagnetic radiation
White light
Ultrasounds
Interferometery
La figura. 1,12. División de los métodos de digitalización más populares de geometría (resaltado métodos permiten el examen de la estructura interna de objetos)
1.3. Equipos y Software El proceso de reconstrucción geometría 3D se pueden dividir en dos etapas fundamentales: la digitalización y procesamiento de datos. A fin de alcanzar la primera etapa, el equipo adecuado debe estar disponible, que permite registrar la información relativa a la forma de la superficie del objeto. Contacto y escáneres ópticos son los dispositivos más comúnmente usados. No hace mucho tiempo las máquinas de medición por coordenadas fueron la única fuente de datos precisos para la reconstrucción de objetos 3D. Proporcionan información sobre las dimensiones básicas de los objetos, lo que permite su modelado a partir de cero en los sistemas CAD. La construcción y el principio de funcionamiento de las máquinas de medición por coordenadas no permiten una rápida digitalización de grandes superficies sin restricciones. Póngase en contacto con escáneres tratar con dichas tareas mucho más fácil gracias a su construcción, que es similar a la medición de coordenadas máquinas, sin embargo, el uso de accionamientos de los ejes más
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rápido y adecuado de software permiten la exploración continua a altas velocidades. Su principio de funcionamiento se basa en llevar a la sonda a lo largo de la superficie de un objeto y el registro de coordenadas de los puntos posteriores, que están distantes de un intervalo predeterminado. De esta manera se crea una imagen digital de la superficie del objeto en forma de una nube de puntos. Contacto de exploración tiene una desventaja principal, que es la incapacidad para digitalizar objetos hechos de materiales blandos, por ejemplo, de goma. Es necesario en esta situación para aplicar la lectura óptica, que incluye la técnica de escaneo láser. Este método se basa en emitir un rayo láser sobre un objeto. Cuando el rayo cae sobre el objeto, se refleja y registrados por el dispositivo. El software de dicho dispositivo puede medir la distancia de un punto desde el escáner, así como sus coordenadas en el espacio. Esta técnica se puede aplicar tanto para los objetos pequeños (triangulación láser) y objetos de gran tamaño (radar láser), como los edificios y su entorno. Muy a menudo, ya sea un objeto o un escáner se colocan sobre una base giratoria, que permite una digitalización automática de todo el objeto o entorno. Con frecuencia en los dispositivos de digitalización, el método de láser de punto de barrido (triangulación láser) se extiende al método lineal, donde en un ciclo se tiene la información sobre una serie de puntos que están en una línea en la superficie de un objeto. Dicha solución permite un escaneo más rápido y se puede utilizar en los escáneres manuales. En este caso, el principio relativo a la propia medida se mantiene sin cambios, sin embargo, existe la necesidad de medir la posición de la cabeza de exploración. Muy a menudo, un escáner de mano se monta en un brazo de medición, lo que permite una determinación exacta de las coordenadas actuales de la cabeza.
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Fig. 1.2. el brazo de medición con un láser de barrido [13]
La solución más eficiente, hasta lo que al momento de la exploración se refiere, es una digitalización simultánea de toda la superficie disponible de un objeto, que es posible con los dispositivos que utilizan la luz estructural. Por lo general, un proyector especial los proyectos de la luz blanca en la superficie de un objeto, que es la sombra de los generadores de patrones del conjunto de franjas paralelas. Un objeto iluminado de esta manera es observado por una cámara CCD que el análisis de la distorsión de las rayas paralelas permite calcular las coordenadas de los muchos puntos de toda la superficie observada. El escaneo de una exposición única por lo general dura varios segundos en un dispositivo de este tipo. Independientemente del equipo aplicado, los datos obtenidos desde el escáner (por ejemplo, la nube de puntos) requieren tratamiento posterior. Es posible con un software especial que lee los datos de medición, posiblemente se fusiona varias bases de datos (en el caso de la exploración de un objeto en varias luminarias), permite la corrección de ellos y finalmente los convierte en la forma de modelos de superficie (malla de triángulos). Un modelo en forma de una malla de triángulos pueden ser luego editado (por ejemplo, cortar con un plano, la superficie de suavizado, escalado, etc.) y se guarda en el formato STL. Aunque la forma de los datos permite su visualización e incluso la construcción de un prototipo físico de la capa de tecnologías basadas, no es apropiado para su posterior transformación en los sistemas CAD.
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Por lo tanto, la siguiente función de los programas para la ingeniería inversa está cambiando los modelos de una malla de triángulos en superficies NURBS (superficies sin restricciones), que se aproximan a la forma de un objeto escaneado. Los datos de este tipo se importan a los sistemas CAD / CAM y permiten la creación de una superficie sólida o incluso cierto modelo, y la introducción de cambios en su geometría deseada en más obras de desarrollo.
1.4. Póngase en digitalización
contacto
con
los
métodos
de
1.4.1. Coordinar las máquinas de medición Coordinar las máquinas de medición - CMM, se aplican ampliamente en la industria de fabricación, donde uno encuentra una demanda creciente de productos de alta calidad y precisión dimensional. Aunque la medición realizada por la máquina CMM no es tan eficiente como el que se realizó mediante los digitalizadores ópticos, sigue siendo el más preciso y relativamente barato método para obtener información sobre objetos 3D. Una tabla de sólidos (generalmente hecha de granito), que es la superficie de referencia para los elementos de medida, es el elemento fundamental de dicho equipo de medición de coordenadas. Un soporte con una sonda de medición (Fig. 2.1) está montado en una barra horizontal, cuyas bases son las columnas verticales. Esa construcción del dispositivo permite mover la sonda de medición en tres ejes. Coordinar equipos de medida, las mediciones de grabación una posición exacta o el movimiento de la sonda de medición en el mismo momento de su contacto con la superficie de un objeto. La realización de una serie de medidas tales permite obtener una cantidad suficiente de información necesaria para construir un modelo 3D en el sistema CAD. Dos métodos básicos de funcionamiento de la máquina se pueden distinguir: manual - cuando el usuario mueve la cabeza de medición con un manipulador, y automático - operada electrónicamente.
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La figura. 2.1. Una Máquina de Medición Por Coordenadas [18]
Durante el uso de una máquina de medición coordinada en el modo manual, se indica un conjunto de puntos de forma manual. Estos puntos son característicos de un objeto, es decir, definir figuras geométricas simples, que son la base de la geometría de un objeto. Con la ayuda de una palanca de manipulador, situado en el panel de control, un operario de una máquina en movimiento y que las mediciones de las posiciones de los puntos siguientes. El modo automático no requiere un operador. Las mediciones son hechas por una máquina, que ejecuta un programa preestablecido. Este programa incluye los siguientes datos de coordenadas, tipo de sonda de medición, la secuencia de tareas a realizar, los caminos de los movimientos de la sonda, los cálculos necesarios y la forma de presentación de resultados. Hay dos maneras, según la cual un programa de CMM [4] se puede preparar: Aprender programación: por primera vez un operador hace las mediciones con respecto a los puntos intermedios (que informar a la máquina sobre el rumbo del movimiento de reposo). Una máquina registra los datos y los transforma en un programa que puede ser ejecutado varias veces posteroormente.
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La programación fuera de línea: un programa se crea en un lenguaje de programación sin la participación de una máquina. Un programador, con la ayuda de un teclado, en cualquier editor, se alimenta en las instrucciones de una máquina y le informa sobre los cursos y las tareas de medición. CAD / módulo CMM también pueden generar estos programas de forma automática. Independientemente del modo de medición, los datos son procesados por una computadora que controla la máquina o ser exportados a un ordenador externo con el software adecuado. Tal exportación de datos se realiza habitualmente en el formato IGES o XYZ.
1.4.2. Escáneres de contacto La variedad de objetos, que están sujetos a la digitalización, requiere la mayor flexibilidad posible a partir de los sistemas de medición. Típicas máquinas de medición por coordenadas permiten una medición precisa de las piezas con una geometría relativamente sencilla. Sobre la base de los resultados obtenidos un usuario puede construir el modelo en un sistema CAD. Este procedimiento produce un error en el caso de objetos complejos con la superficie de forma libre, lo que requiere un gran número de puntos medidos. Póngase en contacto con la exploración de un método simple de adquisición automática de un gran número de puntos de medición se dio cuenta con los escáneres de contacto (Fig. 2.1). Se trata de mantener un contacto con la superficie de un objeto y la medición de una fuerza que actúa sobre la sonda de medición. En el curso de dicho proceso de escaneo, la unidad de control del dispositivo garantiza una fuerza de activación constante de la sonda, detecta sus desviaciones y proporciona una compensación inmediata. Convertidores electrónicos de alta resolución registro de la posición de la sonda de forma continua y enviar los datos al ordenador [12].
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La figura. 2.2. Póngase en contacto con escáner
escáneres de contacto combinan la facilidad de uso y la velocidad de las mediciones que se realizan en contacto por CMM en la funcionalidad de exploración continua y el trabajo con los dos métodos. Adicionalmente, algunos escáneres de contacto también están equipadas con un cabezal láser para una mayor velocidad de exploración continua y permitir la digitalización de objetos hechos de materiales flexibles (no se puede escanear utilizando métodos de contacto). Con los escáneres de contacto se pueden hacer las mediciones de las superficies de varias maneras, a partir de simples medidas geométricas (longitud, diámetro, ángulo, etc.) a través de barrido 2D en una superficie elegida, hasta se dio cuenta de digitalización en 3D de varias maneras (a lo largo del eje X, a lo largo de el eje Y, en cualquier ángulo o radial). También es posible llevar a cabo la digitalización de un modo manual que se basa en el principal estilete de la sonda de forma manual a través de la superficie de un objeto. Una cabeza de barrido (Fig. 2.2), que consiste en una estructura cinemática para detectar el contacto con la superficie de un objeto, es un elemento importante de un escáner de contacto. Una fuente, que inequívocamente determina la ubicación de las tres varas, cualquiera de los cuales se encuentra en dos bolas (contacto en seis puntos), la base de la estructura cinemática. Un soporte de este tipo permite desviar la sonda durante el contacto con la superficie de un objeto, que debe ser impedido por la primavera. Los elementos de contacto están hechos de carburo de tungsteno haciendo que la superficie de contacto
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que es muy pequeño. La cabeza también está equipada con un circuito eléctrico que mide la evolución de la resistencia del circuito durante el contacto de un lápiz óptico de medición con un objeto. La información sobre las coordenadas de un punto que se mide [23] se genera en esta base. La medición de un solo punto se lleva a cabo en una secuencia presentada en la figura. 2,3. Electric coupling
Spring
Settle rods Probe La figura. 2.3. La estructura de la cabeza de un contacto [23]
1. El movimiento de la cabeza en la dirección de un objeto, la primavera ofrece el contacto en todas las pares cinemáticas. 2. Establecer contacto con un objeto. 3. El dispositivo continúa del movimiento, mientras que la fuerza del contacto aumenta causando un momento en el mecanismo, lo que impide el momento procedente de la primavera. Un lápiz óptico está sujeto a una doble importancia. 4. En el momento de la fuerza del contacto empieza a exceder el momento procedente de la primavera y el mecanismo de la aguja empieza a girar alrededor de uno de los pares que causó la pérdida de contacto en los restantes. Provoca la ruptura del circuito eléctrico y detener el movimiento de la cabeza. Al mismo tiempo, la información relativa a la posición actual de la terminación lápiz se genera. 5. Volviendo a la posición inicial.
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1
2
3
de contacto en todos los
máquina movimie t
4 5 eje de rotación - la pérdida de
La figura. 2.4. El principio de funcionamiento de una cabeza de contacto [23]
Debido al principio de medición utilizado en las cabezas de contacto, la selección de una sonda de medición es una cuestión clave. Deberá facilitar el libre acceso a un objeto que está siendo medido y una alta exactitud de medición. Es posible que las sondas de corta duración (mayor rigidez), con el mínimo número de conexiones, deben ser seleccionados para la medición, lo que garantiza su flexibilidad durante el menor contacto con un objeto. Por otra parte, las terminaciones de la sonda deben ser del mayor diámetro posible, lo que reduce la influencia de la rugosidad de la superficie de un objeto bajo examen en la exactitud de la medida (la activación de una sonda). Por lo tanto, es necesario contar con un gran número de sondas de medición de
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repuesto si un dispositivo de escaneo es permitir la digitalización de una amplia gama de objetos.
1.4.3. Medición de Armas Un brazo de medición se hace de una base, algunas varillas unidas por articulaciones y la cabeza terminó con una sonda de medición. Cada articulación está equipada con rodamientos de precisión, lo que garantiza su libre rotación sobre el eje, y contiene un sensor óptico de la medida de su ángulo de rotación. El brazo es de metal rígido con el menor coeficiente de expansión lineal posible. Conocer los ángulos de rotación en todas las articulaciones y las longitudes de todos los elementos, las coordenadas de cada punto se encuentren dentro del alcance del dispositivo puede ser determinante. Un único punto de medición se realiza al tocar la superficie del objeto con el extremo de la sonda, y confirmando la medición con un botón situado en el cabezal de medición. Según este principio, las mediciones de diámetros, ángulos, distancias e intersecciones de elementos geométricos son posibles. Algunas soluciones permiten la grabación continua de puntos de medida en el momento del contacto entre la sonda y el objeto, y la integración del brazo con un láser de la cabeza de exploración.
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La figura. 2.5. Medición de las herramientas [13]
La principal ventaja de los brazos de medición, además de un precio relativamente bajo en comparación con otros sistemas, es su movilidad. Pueden ser utilizados en todos los casos en que el transporte del objeto al laboratorio de medición sería imposible. También forman parte del equipo de producción de línea, usado para llevar a cabo el control instantáneo de dimensiones de las piezas producidas. El dispositivo puede ser montado en un trípode o adheridos a la superficie del objeto que se mide.
1.5. Método de digitalización sin contacto 1.5.1. Métodos basados en el punto óptico En las mediciones del método basado en puntos, ocurren de tal manera que en cada ciclo de medición se obtiene un solo punto. Con el fin de aumentar la funcionalidad de los dispositivos que funcionen en ese principio, están equipados con un circuito adicional óptica que permite la obtención de un mayor número de datos en una sola medición (línea o red eléctrica). Es más frecuente que un espejo giratorio causando un
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barrido de la superficie examinada con un rayo láser, sin movimiento adicional de todo el sistema. Esta solución, sin embargo, aumenta la complejidad y por lo tanto las dimensiones del dispositivo. 1.5.1.1. Método de medición a distancia Este método hace uso de la medición del tiempo con el fin de determinar la distancia de la cabeza del escáner de un objeto. Los impulsos de láser se envían desde el escáner en la dirección de un objeto no transparente y se mide el tiempo, durante los cuales llegar al objeto y - después de reflexionar a sí mismos de su superficie - de regreso al escáner. Objeto
d
Escáner
Por rayo láser
La figura. 3.1. Medida basada en los tiempos del principio de vuelo [14]
La principal ventaja de este método es el hecho de que la exactitud de la medición es constante, independientemente de la distancia de un objeto desde el escáner, sin embargo, depende de la hora del sistema de medición empleada. Permite el uso de dispositivos de medición de objetos a grandes distancias, por ejemplo, edificios o puentes, sin embargo, el tiempo necesario para la grabación de un único punto [5] aumenta considerablemente en este caso. La funcionalidad de los escáneres basados en este método de medición puede ser aumentada mediante el uso de un espejo móvil, sin embargo, entonces es de vital importancia conocer la posición actual del espejo como para determinar las coordenadas de los puntos registrados posteriormente. Actualmente los dispositivos de este tipo no se utilizan para medidas rápidas, especialmente en el caso de objetos pequeños y medianos.
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1.5.1.2. Laser Radar Radar de láser (LIDAR - Luz de Detección y Alcance) también utiliza un método indirecto de medidas de distancia. La aplicación de un haz láser modulado, después de la calibración adecuada, permite medir una distancia basada en el cambio de fase.
Volviendo viga
rayo láser modulado
Fig. 1.3. Laser radar [14].
Haz saliente
Desfasaje Volviendo viga La figura. 3.3. Fase cambio en las medidas con LIDAR [14]
Los dispositivos basados en este principio permiten la medición bastante más rápido y son capaces de adquisición continua de datos, que en este caso puede ser propenso a errores.
1.5.2. Punto basado en la triangulación del láser La triangulación del láser es una de las técnicas más comunes de adquisición de datos 3D. Utiliza una fuente de luz enfocada y una cámara de vídeo con el fin de medir la distancia de un objeto. La figura.
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3.4 ilustra este principio de medición.
objeto
lente
laser
detector triangulación distancia La figura. 3.4. Láser basado en punto de triangulación [5]
El rayo láser es desviado por un espejo en la dirección de un objeto que está siendo escaneado. La luz láser se dispersa entonces sobre la superficie del objeto y grabado por la cámara de video a una determinada distancia del láser (la distancia triangulación). La lente y detectores CCD aplicado en este dispositivo son planos de modo que el ángulo β y la posición del píxel de la luz dispersada son interdependientes Si el ¦ longitud focal de la lente de la cámara se sabe, el análisis de la imagen de vídeo permite determinar el ángulo de incidencia β de la luz dispersa. Además, conociendo el valor del ángulo, que resulta de la posición actual del espejo giratorio, es posible encontrar las coordenadas de un punto en el espacio [15] usando la trigonometría simple. Loa Escáneres, haciendo uso de este método de medición se han diseñado para la medición de la gama pequeña, porque su precisión disminuye con el incremento de la distancia de un objeto desde el dispositivo.
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1.6. Métodos ópticos lineales Los escáneres que utilizan métodos lineales de digitalización, realizan una sola serie de mediciones en forma de líneas en la superficie de un objeto que está siendo escaneado. Si la medición de las coordenadas de los puntos se lleva a cabo al mismo tiempo, este método parece ser mucho más rápido que el método para que los puntos se registren por separado.
1.6.1. Laser de triangulación en línea La triangulación láser se puede extender fácilmente a la triangulación lineal, que permite la medición simultánea de toda la línea de puntos en la superficie de un objeto. Se lleva a cabo mediante el uso de un láser que genera una línea en lugar de un punto de la superficie de un objeto, y un detector en forma de una matriz bidimensional de sensores. Por lo general, se trata de una cámara CCD estándar, en la que las filas de los sensores en el detector se encargan de medir los puntos subsiguientes a lo largo de la línea.
Line generator
CCD camera
La figura. 3.5. La triangulación del láser de línea[14]
Una situación similar, como en el caso de la triangulación, se produce en el método lineal y se manifiesta en el problema de la oclusión. Para superarla, el ángulo entre la cámara y un generador puede ser reducido o dos fuentes de luz se pueden aplicar. Otra forma se refiere a la aplicación de una cámara adicional, sin embargo, requiere la determinación de su posición en relación con los demás. Por lo tanto, nunca el ángulo de triangulación es igual a cero porque siempre existe la probabilidad de oclusión.
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1.7. Métodos basados en la zona óptica Los métodos de área son las formas más eficientes de medición desde la superficie, sin embargo, son mucho más complicados y por lo general requieren de mucha "exposición" de un objeto digitalizado.
1.7.1. Fotogrametría Fotogrametría (estereovisión) es uno de los métodos que se basa en la triangulación. Se saca el máximo partido del hecho de que el registro del mismo punto en varias fotos tomadas desde diferentes posiciones permite una colocación de su ubicación en el espacio. Si las líneas se dibujan perpendiculares desde los puntos coincidentes entre sí, entonces, el punto en cuestión se encuentra en su intersección (Fig. 3.6).
Cámara 2
Cámara 1 Punto de medición
La figura. 3,6 Fotogrametría [14]
La aplicación de este método requiere tomar varias fotos de la misma escena desde diferentes posiciones. Puede ser realizado por una sola cámara en movimiento alrededor o con varias cámaras, sin embargo, sólo si el sistema permite mediciones simultáneas. Por otra parte, también es posible utilizar una cámara estática equipado con un lente objetivo de distancia focal variable. La modificación de la distancia focal es equivalente a mover la cámara a lo largo del eje óptico, que permite a las triangulaciones. Uno de los inconvenientes fundamentales de la fotogrametría es la necesidad de buscar puntos coincidentes entre sí en varias fotos. La fotogrametría tradicional requiere de un usuario para indicar los puntos
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manualmente, lo que es más fácil, cuando una superficie que está escaneando tiene una textura. La mejor manera de lidiar con esta dificultad, mientras que la digitalización de los objetos que la textura es la falta de uso de iluminación estructural en la forma de un patrón.
1.7.2. Perfilometría La triangulación también puede ser utilizada para las mediciones de superficie con el uso de una línea láser en movimiento (una modificación de la triangulación láser de línea) o una proyección simultánea de varias líneas. Un patrón generado se proyecta sobre la superficie por un proyector y observa a un ángulo determinado por una cámara. Mediante el uso de una imagen de referencia o al registrar varias fotos con la trayectoria ligeramente desplazadas, es posible determinar la ubicación de cada punto. Generalmente, el proceso de exploración de superficie dura varios segundos, por lo tanto, es necesario inmovilizar un objeto cuando se mide.
Proyector
Patrón de
CCD de camera
la superficie
vídeo
La figura. 3.7. Perfilometría [14]
1.7.3. Moire Interferometría Interferometría moiré es un método de superficie de medición óptica de alta precisión - mayor que la exactitud de digitalizadores láser. La interferometría tradicional se basa en iluminar la superficie de un objeto en estudio con el patrón del moiré (fig. 3,8) y luego tomar fotos con una
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cámara CCD, desplazando a la modalidad de varios micrómetros cada vez que.
La figura. 3.8. La imagen del patrón de moiré en un objeto sometido a examen [27]
Al tomar las fotos de la superficie objeto de los cálculos y saber que fueron tomadas con un volumen diferente de la luz, es posible determinar una posición exacta de los puntos. Un método de medición tradicional es caro y lento, que es causada por la necesidad de desplazar el patrón de precisión. Por lo tanto, no es aplicable en situaciones que requieren la medición del tiempo corto. Un considerable aceleración del proceso de digitalización se puede llegar a usar la exploración por interferometría moiré (fig. 3,9), no es otra cosa sino una modificación del método clásico. Al sustituir la cámara CCD por una de tres líneas de barrido (Fig. 3.2), también es posible determinar, en tiempo real, la intensidad de la luz para cada punto, sobre la base de que la topografía de la superficie puede ser reconocida. Este proceso es continuo, lo cual acorta el tiempo de escaneado; aún, esta técnica es útil sobre todo cuando se trata de objetos estáticos.
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La figura. 3.9. Escaneo de Interferometría Moire [30].
1.8. La Tomografía Axial Computarizada Tomografía computarizada (TC) es un método de digitalización de reconstrucción de un objeto a partir de una serie de imágenes, que constituyen siguientes secciones transversales del objeto analizado (Fig. 3.10). El proceso de creación de un solo corte transversal se realiza una vez por todo el objeto.
La figura. 3,10. Tomográfica, fotos de pies humanos
La TC es un método no destructivo que permite escanear objetos con formas complejas sin interferencia física en su interior. Loa exteriores y dimensiones internas pueden ser medidas con precisión, existiendo incluso 0,002 mm (microtomografía). Un examen de TAC también proporciona información sobre la densidad del material, lo que
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permite inferir de su tipo. Como resultado de la digitalización y la superposición de análisis posteriores (rodajas radiográfica llamada de la información), una imagen precisa de la geometría interna y externa del tema que emerge. El examen deberá ser distinto, dependiendo de qué nivel de detalle de resultado queramos, una distancia adecuada entre las rebanadas posteriores serán seleccionadas dependiendo de lo antes mencionado. Un solo corte se compone de un gran número de píxeles cuyo tamaño depende de la resolución del dispositivo.
Rotaciòn
Detector
X-ray lamp
La figura. 3.11. Tomógrafo médico por ordenador [29], una estructura tomógrafo [31]
La tomografía computarizada se usa ampliamente en la medicina y uno de los exámenes radiológicos, se utiliza la radiación X. Durante el examen, un paciente, colocado sobre una mesa especial, se está moviendo en el interior del dispositivo (llamada pórtico) (Fig. 3.11). En el interior del pórtico, un tubo de rayos X rota la creación de un haz de radiación en la forma de un ventilador con un espesor de ajuste (dependiendo del grosor deseado de la capa que se va a examinar, por
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lo general dentro del rango de 0,5 a 10 mm). La radiación atraviesa el cuerpo del paciente es absorbida por un dependiente de grado sobre el tipo de tejido (por ejemplo, al pasar por los huesos, los rayos X se convierte en mucho más débil, mientras que cuando en el caso del aire, el debilitamiento es mínima). Gracias a esto, es posible diferenciar los tejidos individuales en el cuerpo del paciente. Las imágenes resultantes de cada rotación del tubo alrededor del cuerpo del paciente son analizadas por una computadora y aparece en el monitor como una imagen de las estructuras anatómicas, en forma de capas transversales del cuerpo del paciente. Debido a suponer soluciones constructivas, la capa se va a examinar está contenida en un plano que es perpendicular al eje del paciente (por lo general es posible desviar por un ángulo, no mayor que 15 °). Cada elemento de la imagen reconstruida representa el factor promedio de la absorbencia de radiación en una unidad de volumen del tejido en la capa se va a examinar. El valor numérico del elemento de la imagen se expresa en la escala Hounsfield (en unidades Hounsfield HU), muy común en la tomografía computarizada. El valor de un elemento se calcula utilizando la siguiente fórmula [1]:
HU
TISSUE H O 1000 H O 2
2
donde: μ - la densidad del material del objeto analizado. La extensión de la tomografía computarizada clásica es la tecnología de capacidad múltiple. Se trata de adquirir información acerca de dos o más simultáneamente, que se convirtió en posible gracias a la aplicación de varias filas de detectores. Las ventajas de la tomografía computarizada de múltiples capas son el acortamiento del tiempo de análisis y la disminución del número de errores que ocurren, gracias a la tramitación de un área más grande en un solo ciclo. En consecuencia, el tiempo necesario para el tubo para hacer una rotación alrededor del paciente se ha reducido a menos de 1 seg. en los dispositivos modernos. Facilita el examen de las partes del cuerpo como el pecho, y cuyas partes individuales se pueden escanear en una sola inspiración. Hoy en día, la tomografía espiral es el más común, cuando se utilice el acoplamiento del movimiento longitudinal de la mesa y movimiento de rotación de los emisores en el pórtico. Este tipo de solución se acorta el tiempo de exploración aún más, ya que elimina las demoras necesarias para detener el movimiento de rotación del tubo, moviendo la mesa con el paciente y establecer el tubo de rayos X en
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movimiento otra vez. También provoca el acortamiento del tiempo cuando el paciente está expuesto a la radiación X. Los datos obtenidos durante un examen de TAC permiten visualizar los órganos reflejados en varios planos (axial, coronal y sagital) y crear reconstrucciones en tres dimensiones (Fig. 3,12).
La figura. 3.12. Reconstrucción tridimensional basada en datos de la tomografía computarizada [1]
La tomografía computarizada Juega sin Papel CADA alcalde Vez En La Industria. Gracias Elementos una tomografía computarizada es la Posible digitalizar de Máquinas Alta precisión en contra. Esto afecta especialmente una Objetos organismos europeos de normalización, Que Tienen Una Estructura interna compleja Que es imposible de escanear utilizando MÉTODOS Otros no destructivos. Tomografía Industrial es una análoga la tomografía Médica, Pero utiliza la Energía Radiación alcalde en contra, debido a un alcalde la Tasa de debilitamiento de Rayos X en Los Metales. Por Otra instancia de parte, en Soluciones Industriales de El Objeto Que Se examen en sí Pone en Movimiento, y la Fuente de Radiación Detector de Movimiento y uno lo largo del Eje vertical del Dispositivo. La figura. 3,13 presentación en sí de las Naciones Unidas Modelo Ejemplo de las Naciones Unidas Marco de Aluminio obtenido en El Proceso de Digitalización utilizando Una tomografía de Tomohawk Técnicos Realizados Por AEA Technology.
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La figura. 3.13. Los datos de un tomógrafo de técnicas: modelo 3D, sección transversal y una sola imagen de la sección transversal del bastidor de aluminio [32]
1.9. Imágenes por Resonancia Magnética Imagen por Resonancia Magnética (MRI) es muy similar a la tomografía computarizada. La diferencia entre ellos es que se basan en diferentes fenómenos físicos. En resonancia magnética se aplica, mediante un campo magnético y ondas de radio, que son casi inofensivos para un organismo vivo, mientras que en la tomografía - es la radiación de rayos X.
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La figura. 3.14. Un ejemplo de un dispositivo de resonancia magnética nuclear [21]]
La RM es ampliamente aplicada en la medicina. El examen de este tipo se basa en la colocación de un paciente en una cabina (fig. 3,1), en un campo magnético constante de alta energía. Hace que las líneas del campo magnético, que pertenecen al núcleo del átomo en el cuerpo humano, se fijan en paralelo en la dirección del campo magnético creado. El aparato emite ondas de radio que al llegar a un paciente y su particular los tejidos del cuerpo, inducen la formación de ondas de radio similares en ellos (este fenómeno se llama resonancia), que se reciben como una retroalimentación del dispositivo [25]. En la práctica, el núcleo de un átomo de hidrógeno se utiliza como un "resonador". El número de núcleos de hidrógeno en ciertos tejidos es diferente, además de otras cosas, permite la aparición de una imagen. Un equipo realiza todos los cálculos complejos y se presentan los datos obtenidos en forma de imágenes de las estructuras anatómicas. A petición del operador, los cálculos se pueden hacer de tal manera que la imagen anatómica, se presentarán en cualquier plano seleccionado. Las imágenes de las estructuras bajo estudio en particular a los pacientes se registran en una tienda de informática. Posteriormente, estas imágenes también pueden ser irradiadas por una cámara especial en una película normal de rayos X (Fig. 3.2).
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La figura. 3.15. Una fotografía de una articulación de la rodilla se toma con la utilización del método de resonancia magnética
Imagen de Resonancia Magnética este método también se aplica en la industria, sin embargo, a pequeña escala. Aún así, con la utilización de este método, no se puede digitalizar las piezas metálicas de máquinas e incluso si los dispositivos que usan, es de 1 mm de precisión en las mejores condiciones.
1.10. La ecografía 3D La ecografía utiliza la emisión de ultrasonidos. Sin embargo, los sistemas que utilizan esta tecnología son las menos exactas y deben permitir las mayores distorsiones geométricas, entre otros dispositivos de imagen medial. En la actualidad, la construcción de imágenes espaciales por la aplicación de los ultrasonidos se basa en el registro y el uso de una serie de consecutivos de tomógrafos, obtenidos y registrados por medio de desplazamiento de un cabezal especial de ultrasonido o al hacer girar a lo largo de la superficie a examinar. Las cabezas pueden ser de tipo convexo o sector y de una frecuencia adecuada y, sin embargo, con el fin de obtener una imagen tridimensional, los tomógrafos registrados previamente deben ser de alta calidad - por lo tanto, la aplicación de los patrones con mayor frecuencia es aconsejable. La obtención de imagen espacial está conectado con un ordenador de varios segundos de procesamiento de datos (8-20 segundos, dependiendo del tamaño de una estructura gráfica), por lo tanto, si un objeto se moviese un poco, la imagen va a ser ligeramente distorsionada.
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La figura. 3.16. Imágenes de los buques en torno a un cambio de centro de coordinación en una presentación 3D [34].
Con excepción de la ecografía 3D, también existe la ecografía 4D. Una ecografía en tres dimensiones permite obtener imágenes estáticas espaciales, que se llegó en el proceso de tratamiento informático de los datos de un examen de dos dimensiones. La ecografía 4D permite mostrar una imagen dinámica espacial, y es por eso que hay una imagen en movimiento en tres dimensiones en la pantalla (Fig. 3.1). Las principales ventajas de la ecografía 3D y 4D son los siguientes: la posibilidad de análisis y evaluación de un área seleccionada en el plano más adecuado, una medición precisa del volumen y la forma de las estructuras, un equipo de registro y la posibilidad de llevar a cabo un análisis de las sucesivas exámenes por parte de los examinadores de diferentes [6].
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La figura. 3.17. La imagen de la cara del feto ecografía en 4D [33].
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2. Escaneo destructivo. Una de las formas de la digitalización, que permite reconocer una estructura interna de un objeto, es el escáner destructivo. Es el método más sencillo de este tipo y no requiere ningún equipo especializado caro, como sucede en el caso de imágenes médico. Sin embargo, sólo se aplica cuando uno puede permitirse una pérdida de un objeto que se examina. El escaneo destructivo se basa en un corte cíclico de una fina capa de un objeto y tomar fotos de una superficie expuesta. El espesor de la capa de tales es elegido con anterioridad con el fin de obtener una precisión satisfactoria. Un modelo tridimensional de un objeto se crea sobre la base de un conjunto de fotos presenta las capas posteriores de una muestra representativa, que es en realidad similar a las técnicas de imágenes médicas. Antes de proceder a la digitalización, un objeto se vierte con una resina endurecible que lo protege contra daños durante el proceso y se asegura un contraste adecuado de las fotografías tomadas. Dark resina se aplica sobre los objetos de colores brillantes y al revés. A fin de garantizar la exactitud de los datos que se obtienen de la resina tiene que adherirse firmemente a un objeto y rellenar todos los orificios [24], por lo tanto, después de verter un formulario con un objeto, éste se coloca en una cámara de vacío para eliminar el aire [9].
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La figura. 4.1. El esquema de proceso destructivo de exploración [9]
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La figura. 4.2. Un dispositivo para la medición de objetos mediante el método destructivo [9]
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3. Digitalización de la geometría 3.1. Fases de la digitalización El proceso de digitalización en 3D de la geometría puede ser dividido en las cuatro fases siguientes (figura 5.1)
Process planning
Data acquisition
Data processing
CAD model creation
La figura. 5.1. Fases de la digitalización
El primer paso se refiere a la digitalización en 3D de la planificación del proceso, cuya tarea es seleccionar el equipo de medición, la forma de medición y la forma de salida de datos, elaborar las estrategias de medición, así como establecer los parámetros de digitalización. Adquisición de datos, que se basa en una aplicación adecuada de los dispositivos de entrada con el fin de obtener información sobre la geometría de un objeto, es otra fase. Por lo general, los datos de salida se obtienen de esta manera, son en forma de un conjunto de x, y, z las coordenadas de puntos situados sobre la superficie de un objeto y se hace referencia a un sistema de coordenadas local. Además, estos puntos pueden ser ordenados, sin embargo, es determinado por el método de medición aplicado. La tercera fase se basa en la aplicación de programas informáticos, con la ayuda de los cuales es posible leer los datos de medición en forma de una nube de puntos cuyo tratamiento se basa principalmente en datos de corrección y conversión de una forma superficial hasta que se llega al (una red de triángulos). La representación de un objeto permite su uso tanto en la visualización de objetos (realidad virtual), así como para
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generar los programas de procesamiento en las máquinas herramientas controladas numéricamente. También es posible construir un modelo físico de la capa de tecnologías basadas en esta fase (Rapid Prototyping, Rapid Tooling y Rapid Manufacturing). Estas aplicaciones requieren a veces las intervenciones básicas de edición que permite a las actividades, tales como: ampliación de un modelo, de corte mediante un plano seleccionado o alisar su superficie. Un modelo en forma de una malla de triángulos se pueden exportar (formato STL) a los sistemas de análisis numérico y CAD / CAM, sin embargo los datos de este formulario incluir demasiada información, lo que impide la manipulación de un modelo y ralentiza los cálculos. También la mayoría de los sistemas CAD, que permiten la exportación e importación de los modelos en formato STL, no ofrece oportunidades de hacer nueva edición. Entonces, es necesario cambiar un modelo que se presenta en forma de triángulos, en superficies NURBS (superficies sin restricciones), que se aproximan a la forma de un objeto que está escaneando. Los datos de este tipo se importan a los sistemas CAD / CAM y permitir la creación de un objeto sólido y la introducción de los cambios deseados en su geometría.
3.2. Planificación del proceso de digitalización La planificación es una fase de gran importancia en el proceso de digitalización y que influye considerablemente en su curso, así como el efecto final. Se refiere a los siguientes puntos: la selección de un método y un aparato de medición, medición de las estrategias de planificación, determinar la forma de datos de salida. Por lo general, las tareas de digitalización se puede hacer con la ayuda de varios tipos de dispositivos, sin embargo, aparte del aspecto de la accesibilidad de equipos, hay un par de factores que influyen en la selección de un método de medición adecuado. Se trata principalmente de la precisión requerida y el momento de la medición, pero también ocurre que el tipo de un objeto, especialmente sus dimensiones estructurales, son de gran importancia también. Es crucial en el caso de dispositivos que tengan un espacio de trabajo limitado. Sin embargo, la mitad de estos dispositivos permiten un cambio que afecte a su situación en relación a un objeto que está siendo digitalizado, y también permite una combinación de ordenadores posteriores de exploraciones sucesivas en un modelo completo, que es su relación con la pérdida de precisión.
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Para los dispositivos que utilizan la luz del láser, es esencial para la superficie en cuestión con las propiedades ópticas que sean adecuadas (por ejemplo, falta de transparencia), que también es importante durante el uso de un dispositivo con una sonda de contacto, es decir, es importante que la superficie por ejemplo, no sea muy flexible. Sin embargo, en el caso de las tareas de digitalización típico, dos factores principales, que a su relación con la mayoría de los dispositivos están en conflicto unas con otras, desempeñan un papel crucial - la velocidad y precisión. En la figura. 5,1, hay una comparación de varios dispositivos de exploración de este tipo, con la reconstrucción de objetos típicos que van desde unos pocos hasta varios centímetros.
błędy 1 mm
100 m
systemy fotogrametryczne skanery laserowe
10 m
maszyny współrzędnościowe
1 m sekundy
minuty
godziny
czas
La figura. 5.2. Una comparación de características de dispositivos de escaneo diferentes [3].
La precisión está estrechamente relacionada con el método de medición aplicado y que sólo se refiere a los datos de salida del escáner, que son un conjunto de puntos en el espacio. Una nube de puntos que describen la geometría de un objeto se somete a la conversión en un modelo 3D, lo que implica la alimentación de los errores adicionales. Por lo tanto, debe quedar claro que, a pesar de la solicitud de los equipos precisos, la exactitud de un modelo de resultado nunca sería igual a la precisión de un dispositivo. Es difícil estimar su valor, por tanto, en el caso de que dicha información es vital, un proceso de digitalización de un objeto, cuyas dimensiones son
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conocidas, deben llevarse a cabo, después de la conversión en un modelo CAD, debe ser evaluada. El tiempo es un factor de conflicto con exactitud, sin embargo, en algunas situaciones es de gran importancia. Parece que sí en los casos de escanear los objetos que se puedan mover durante la digitalización, como por ejemplo, cuerpo humano. En el mercado, hay escáneres ópticos, que pueden digitalizar un objeto en un programa especial - el modo rápido (exposición única) en tiempo de 0,3 s (por ejemplo, Konica Minolta VI-910 [19]), pero aún así, ocurre a costa de menor precisión en comparación con un modo normal de trabajo. Con frecuencia, el momento de la digitalización de las cantidades de varios minutos en los sistemas ópticos de hasta unas pocas horas en el caso de máquinas de medición por coordenadas y los escáneres de contacto. Una tarea importante durante la planificación de un curso consiste en decidir si será posible escanear un objeto en un montaje o de hacerlo en varias etapas. En el caso de escanear un objeto en varios soportes (escáneres de contacto), o desde varios lados (escáneres ópticos), una nube de puntos, que luego debe ser unido en su conjunto, es el resultado de la (Fig. 5.3).
La figura. 5.3. Objeto de análisis en varias etapas
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La figura. 5.4. Nubes de puntos del análisis las fases posteriores
Es igualmente importante para determinar la forma de datos, en el que debería ser unos modelos obtenidos convertidos, que determina los requisitos de software. Si el modelo obtenido se supone que es la base de cálculos numéricos, gran exactitud no se requiere, sin embargo (por su velocidad), un tamaño pequeño, posiblemente, de los datos es importante. Es diferente en una situación en que un objeto que está siendo escaneada se va a ser la base para la introducción de las modificaciones -, entonces, un mayor énfasis se pone en la precisión. Si el resultado de la digitalización sirve para copiar un objeto, basta con que la superficie de un objeto se presenta en forma de una malla de triángulos, pero el software debe permitir generar un programa en una máquina herramienta de Carolina del Norte.
3.3. Adquisición de datos La adquisición de datos se basa en la transformación de un modelo físico en una forma digital gracias a la lectura de las coordenadas que pertenecen a determinados puntos, que se encuentran en la superficie de un objeto tridimensional. Se realiza con la ayuda de máquinas de medición por coordenadas espaciales y escáneres. Los datos obtenidos se presentan en forma de un conjunto de x, y, z las
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coordenadas relacionadas con un sistema de coordenadas local y se les llama una nube de puntos (fig. 5,1).
La figura. 5.5. Un Objeto digitalizado en forma de Una nube de Puntos
Estos puntos por lo general no se piden, sin embargo, en algunos de los métodos de medición (por ejemplo, escáneres de contacto y máquinas de medición por coordenadas), es posible determinar los límites (Fig. 5,2) y la dirección de la exploración, lo que da de hecho un punto de nube se asemeja a un conjunto de curvas permanece en la superficie de un objeto (Fig. 5.3). Le da la oportunidad de procesar los datos de salida de forma manual a fin de obtener un modelo 3D precisos.
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La figura. 5.6. 2D perfil como una frontera de exploración
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La figura. 5.7. 2D perfil con áreas de solapamiento de escanear otra dirección
3.4. Procesamiento de datos y la construcción de modelos CAD El software utilizado en la ingeniería inversa puede tener un montón de herramientas que permite la edición y manipulación de los datos recogidos durante la digitalización, pero su tarea principal es la conversión de una nube de puntos, procedentes de escáneres, en una representación más útil en forma de un triángulo de malla o NURBS sin superficies restringidas de una gran precisión, posiblemente. En un caso general, cuando los datos de salida es una nube de puntos, procesamiento de datos se basa en la realización de las siguientes tareas: 1. 1. Una importación de una nube de puntos, muy a menudo se registran en forma de archivos, como por ejemplo: XYZ, DXF o IGES. 2. 2. La evaluación de datos completos y una edición posible de la nube de puntos basado en la eliminación de los puntos inapropiados (Fig. 5.1). La mitad de los puntos, que son conocidos por ser plano, puede ser removido de la superficie en
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esta fase. Se limitará el número de triángulos que se creará en el próximo paso. Si varios objetos estaban sujetos a la digitalización de forma simultánea, la nube de puntos se debe dividir en partes más pequeñas que representan objetos particulares.
La figura. 5.8. Edición de una nube de puntos - retirada del punto inadecuado
3. "Cobertura" la nube de puntos con una malla de triángulos (Fig. 5.2).
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La figura. 5.9. La conversión de la nube de puntos en un triángulo de malla
La figura. 5.10. La eliminación de agujeros "en el triángulo de malla
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3. 3. Una edición posible de la malla de triángulos basándose en una reparación de errores, tales como: agujeros en la malla, se cruzan triángulos, etc. (Fig. 5.3). En el caso de que un objeto fue escaneado en varios soportes, los pasos 1-3 se realizan con todos los datos, y en esta etapa, los fragmentos obtenidos de la superficie del modelo se conectan para dar un modelo (Fig. 5-4). Si un modelo poligonal es la forma requerida de datos de salida, uno puede detenerse en este punto y anotar el resultado en forma de un archivo, tales como: STL o VRML. En las aplicaciones de visualización (realidad virtual), una gran fluidez de la prestación es necesario, que se ve dificultada por el número demasiado grande de triángulos en un modelo. Por lo tanto, los programas permiten llevar a cabo la reducción del número de triángulos, que de alguna manera influye en la exactitud de la proyección (fig. 5,5).
La figura. 5.11. La combinación de varios fragmentos de la superficie del modelo
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a) b)
La figura. 5.12. Reducción del número de triángulos a partir de 100% (a) 10% (b)
4. 4. La conversión de la malla de triángulos en superficies NURBS, se utiliza cuando una descripción más precisa de la forma del modelo es necesario. Esta operación puede hacerse automáticamente o manualmente y consiste en la difusión de superficies libres en la malla de triángulos. Estas superficies suelen ser áreas rectangulares y el modelo debe estar dividido en áreas como el fin de obtener la proyección detallada de su superficie. Cuanto más la forma de una zona determinada se desvía de la de un rectángulo, peor su adaptación al triángulo de malla es.
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La figura. 5.13. Error en la superficie NURBS
Con mayor frecuencia, en el caso de modelos complejos geométricamente, la conversión automática en una superficie NURBS no conduzca a errores (Fig. 5.13). Entonces, tiene una solución para convertir manualmente en una superficie NURBS que consiste en la realización de las siguientes acciones:
Detección de bordes del modelo (Fig. 5,14),
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La figura. 5.14. Detección de bordes
División del modelo en áreas y su edición con el fin de obtener una cuadrícula que sería tan rectangulares como sea posible (Fig. 5,15),
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La figura. 5.15. Creación y edición de los parches
Creación de la red (Fig. 5,16),
La figura. 5.16. Creación de la red
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El montaje de una superficie NURBS (fig. 5.17).
La figura. 5.17. El montaje de una superficie NURBS
5. 5. Comparando la superficie NURBS creado con los datos procedentes del escáner - la nube de puntos (fig. 5.18)
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La figura. 5.18. La comparación de una superficie NURBS a la nube de puntos
6. El último paso es guardar el modelo en forma de un archivo IGES en uno de sus tipos: 128, 143 o 144. Es el formato más común para la transferencia de las superficies NURBS a aplicaciones CAD / CAM. Algunos dispositivos proporcionan al usuario más control sobre el proceso de digitalización, lo que permite especificar el número de puntos sumados y los parámetros de medición de las secuencias posteriores. Ayuda a minimizar la cantidad de datos de entrada para garantizar la posibilidad de construir un modelo 3D. Tal método de reconstrucción de objetos puede ser aplicado con éxito en el caso de objetos de forma libre con grandes superficies, que puede ser descrito usando algunas curvas. El usuario, la exploración de unas pocas a docenas o más perfiles en tres dimensiones, puede crear un mapeo de la superficie NURBS un fragmento del objeto sin necesidad de escanear todo. Este tipo de digitalización, sin embargo, no excluye la posibilidad de utilizar una malla de triángulos y transformarla en una superficie NURBS. Aunque sea necesario recoger una cantidad mucho mayor de datos.
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1. El curso de dicho proceso de adquisición de datos y transformación en superficies NURBS se produce en los siguientes pasos: 2. 3. 1. Evaluación de la superficie del objeto sobre la división en áreas rectangulares y la identificación de los perfiles que pueden ser sus fronteras. Si no es posible determinar un área rectangular en la superficie, debe decidirse cómo se distorsionan. 4. 2. Digitalización de las fronteras y los perfiles de las áreas determinadas como una serie de puntos. Los perfiles deben ser perpendiculares a las fronteras predeterminadas (fig. 5.19) y cuanto más haya mejor será el ajuste de la superficie. Para una superficie pequeña con una curvatura baja, es suficiente utilizar 3 a 5 perfiles.
La figura. 5.19. Bordes y perfiles de la zona digitalizada como una serie de puntos
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5. 5. Carga de los datos en una ingeniería inversa o la aplicación de modelado de superficies y la conversión de una serie de puntos, que corresponden a los perfiles individuales, en poli líneas (Fig. 3.1).
Fig. 3.1. Bordes y perfiles de la superficie digitalizadas como poli líneas
6. 6. Difundir una superficie NURBS en poli líneas creadas en el punto 3 (Fig. 5.21). Los pasos 3-4 se debe repetir para todas las áreas nombradas.
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La figura. 5.21. Difundir una superficie NURBS en un conjunto de curvas
7. Guardar un modelo en forma de un archivo IGES. Otro método de reconstrucción de objetos, lo que permite limitar la cantidad de datos de entrada, pero que requieren un dispositivo que proporciona al usuario un control grande sobre el proceso de digitalización, es el modelado a partir de cero en un sistema CAD, basándonos en los datos de medición y los perfiles del escáner. Es significativo en el caso de los objetos prismáticos, donde basta para digitalizar sus formas (2D perfil) en un solo plano y medir su altura, y el próximo, crear un modelo en un programa de CAD con ese perfil. Este método también se refiere a elementos con una geometría ligeramente más complejo, que se crearon sobre la base de un modelo de computadora prediseñados y dan la posibilidad de "adivinar" las operaciones geométricas utilizadas en el proceso de modelado. Esta forma de realización de proyección difiere de los métodos antes mencionados, el objeto resultante es un modelo perfecto paramétrico, no una copia fiel de la superficie del objeto físico. Es
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especialmente importante cuando el objetivo es ser objeto de nueva edición de software de CAD, como la obtención de un objeto paramétrico de CAD es el mejor resultado posible de la digitalización de un objeto físico. La precisión de un modelo CAD resultante, en comparación con los datos de un dispositivo de digitalización, suele ser un poco menor que la precisión de un modelo de superficie creada sobre la base de una nube de puntos completa. Parcialmente, es el resultado de la negligencia (en el curso del modelado) de inexactitudes provenientes del proceso de producción del producto (por ejemplo, la contracción de moldeo por inyección o colado), que puede, en muchos casos, esta sería otra ventaja de este método. Si bien la planificación de un proceso de digitalización, por el bien de este método, se ha demostrado que fragmentos de la superficie del objeto que se escaneen como perfiles (serie de puntos), y cuáles deben ser escaneados como nubes de puntos y, además, las mediciones de determinadas dimensiones geométricas se pueden llevar a cabo (fig. 5.21). Estos datos más tarde convertidos en una referencia para las operaciones geométricas realizadas en un sistema CAD y para futuras comparaciones entre un modelo CAD y los datos procedentes de digitalizadores, realizado en software de inspección. La construcción de un modelo final (fig. 5.23) más frecuentemente requiere varias iteraciones que consisten en la introducción de correcciones y la evaluación de la precisión de proyección actual.
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La figura. 5.22. Modelo físico y los datos de entrada para el modelado (perfiles, nube de puntos)
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Fig. 3.2. 3D CAD modelo y el resultado de la comparación con los datos de escáner
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4. Geometría de dispositivos de digitalización 4.1. Escáner lineal láser Este dispositivo utiliza un método de triangulación láser. Una línea de luz láser, cuyo curso es seguido por una cámara de vídeo digital, se ilumina un área que está siendo escaneado. Sobre la base del análisis de la curvatura de las líneas, se crea un modelo espacial en la superficie del elemento que está escaneando. Un ejemplo de funcionamiento del dispositivo en ese principio es Konica Minolta VI-910. Este escáner, además de la adquisición de datos espaciales, también almacena una imagen de color de un elemento, que luego se pueden aplicar en un modelo espacial como una textura. Gracias a ello, este tipo de digitalizadores de encontrar una aplicación no sólo en tecnología y diseño, sino también en la publicidad, la animación por ordenador, embalaje gráficos en 3D para sitios web, la arqueología y la documentación de los monumentos [19].
Fig. 4.1. Konica Minolta VI-910 con láser digitalizador [19].
La luz láser emitida por el digitalizador es seguro para el ojo, por
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lo que se puede utilizar para crear retratos tridimensionales (Fig. 4.2).
Fig. 4.2. retrato tridimensional realizada con escáner de Konica Minolta VI-910 [19].
El escáner no es grande, y es compacto, y sobre todo, muy rápido y fácil de usar. Es capaz de digitalizar un objeto tridimensional en sólo 0,3 segundos, el ahorro no sólo en las formas, sino también de colores de 24 bits. VI-910 es un dispositivo portable y puede ser utilizado sin la necesidad de comunicar con un ordenador. Adquirida datos pueden ser guardados directamente en una tarjeta de memoria extraíble (Compact Flash), y la operación del escáner y examen preliminar de los resultados se puede hacer con el uso de una pantalla integrada LCD. El usuario puede elegir entre dos modos de funcionamiento: FAST - destinado a la adquisición rápida de datos, FINE - destinados a mediciones precisas. El modo FAST se utiliza generalmente en el caso de la exploración de objetos que puedan moverse durante la digitalización, como un cuerpo humano. El momento de la adquisición de datos en ese modo es 0,3 segundos, mientras que en el modo FINE, haciendo una sola medición tarda 2,5 segundos. El dispositivo está equipado con tres lentes desmontables objeto: TELE: f = 25 mm, f = 14mm MEDIO y WIDE f = 8 mm. Ellos pueden ser
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fácilmente intercambiados en función del tamaño del objeto y su distancia al escáner. El equipo estándar de Minolta VI-910 también incluye software de edición dedicada, EL Polígono Herramienta, con las siguientes características: controlar el escáner de trabajo, almacenamiento individuales,
y
la
combinación
de
las
exploraciones
Edición de datos: los orificios de llenado, suavizar superficies, filtros, convertir los datos en varios formatos. Apoyado formatos de entrada de datos: CAM, VVD, SCN, MDL, y STL. Exportar a: DXF, VRML, Wavefront, Open Inventor, SOFTIMAGE, ASCII y STL.
4.2. Laser de Punto de escáner
Fig. 4.3. FARO LS escáner láser [13].
El principio de funcionamiento de un escáner láser de punto consiste en iluminar un objeto con un rayo láser, cuya incidencia en el objeto se refleja y registrados por el dispositivo. Sobre esa base, software de equipos de control puede determinar la distancia entre el
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punto y el escáner, por lo que su coordenadas espaciales. La determinación de la distancia del punto puede ocurrir como la medición de tiempo de vuelo del rayo láser, su cambio de fase o sobre la base de la triangulación. Un ejemplo, el escáner de punto FARO LS (fig. 6,3). Funciona como un radar láser (LIDAR) y utiliza un haz de infrarrojos para la medición, cuyo objetivo es el objeto que se mide mediante un espejo giratorio. Después de reflexionar en contra del objeto, el haz vuelve al dispositivo, y sobre la base de medida de desplazamiento de fase entre la salida y retorno del haz, se determina la distancia entre el escáner y el objeto. Esta distancia y la información sobre la posición actual del espejo y el ángulo de rotación del escáner permite grabar X,Y y Z coordenadas de cada punto [13]. FARO Scanner LS divide el rayo láser en tres componentes con diferentes longitudes de onda: 76m, 9,6 millones y 1,2 m (Fig. 6,4). La distancia entre el objeto y el escáner se determina sobre la base de 1,2 millones de modulación, que garantiza alta precisión, pero con esta longitud de onda, el escáner sólo se puede medir objetos de hasta 1,2 m de distancia. La distancia de 2m medido en 1,2 millones de la modulación sólo se puede leer como de 0,8 m, debido a que el punto de medición se encuentra en el segundo período de la onda. Este fenómeno se llama "inambiguity" de medida. Para eliminarla y permitir una medición precisa de más puntos distantes, se utilizan dos modulaciones adicionales , que permiten determinar el período de la onda de 1,2 m de un punto que se encuentra el pulg: Gracias a ello, el escáner puede realizar medidas hasta la distancia de 76m.
Fig. 4.4. Principio de funcionamiento de FARO Scanner LS [13].
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La principal ventaja de este tipo de dispositivos es la posibilidad de trabajar a la velocidad de 120 000 puntos por segundo, lo que supera la velocidad de los escáneres "range-finder" (basado en medir el tiempo entre el envío de una viga y la grabación de un rayo reflejado) por 100 veces . El acortamiento del tiempo de medición influye significativamente en la eficacia del dispositivo y el coste-efectividad de la medida. FARO LS consta de cuatro módulos extraíbles: módulo básico, espejo módulo de módulo, láser y un ordenador PC (fig. 6,5). Se permite el uso de módulos intercambiables para las mediciones de largo alcance y las medidas concretas, que extiende significativamente la funcionalidad del escáner, y el uso de incorporado en el ordenador permite la realización de la digitalización sin necesidad de utilizar un equipo adicional. El escáner también tiene la posibilidad de detectar el brillo de la superficie que se está midiendo, lo que puede conducir a la obtención de un efecto de primer plano a una fotografía en tres dimensiones en blanco y negro (Fig. 6.6). La aplicación de la opción de color adicional permite difundir imágenes digitales en una nube de puntos, lo que permite la obtención de las exploraciones de color. Plantea la posibilidad de utilizar el escáner y es especialmente útil durante la digitalización de objetos complejos, donde se facilita más fácil la identificación de sus componentes.
mirror
laser
basic mod le
PC
Fig. 4.5. Estructura modular de FARO LS [13].
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Fig. 4.6. Resultado de la exploración con FARO LS [13].
FARO LS escáner láser funciona con software FARO Scene, que permite definir los parámetros de funcionamiento del dispositivo (por ejemplo, la resolución, velocidad de exploración). Desde el nivel de la programación, también es posible para establecer el área de barrido si es diferente de la máxima (360 x 320 grados), ejecuta el proceso de digitalización y vista previa de los datos ya adquiridos en la pantalla del ordenador. Para una total digitalización de los objetos, que son sólo parcialmente ubicados dentro de la vista del escáner, se utilizan los marcadores en forma de bolas. Se colocan en la zona de medición y algunas medidas se realizan con distintas posiciones del escáner. Después de ensamblar los datos, los marcadores en forma de bolas se pueden distinguir en las imágenes individuales, que posteriormente se combinan en un solo modelo tridimensional. Después de terminar la medición, el usuario puede ver los datos en 2D o 3D y también en la forma de una nube de puntos, y hacer mediciones básicas. También hay una opción de una vista previa rápida de los datos recogidos en una visión esférica que representa la perspectiva del escáner.
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4.3. Escáner de contacto Un escáner digitaliza objetos en contacto con la lectura de coordenadas de los puntos posteriores que se extienden en su superficie. Estos puntos son determinados por la ubicación actual de la sonda de medición que se desliza sobre la superficie exterior del objeto. Un ejemplo de un escáner es un dispositivo utilizado para la digitalización del ciclón por Renishaw (Fig. 6,7). Es un sistema autónomo destinado a semi-automática de exploración y las medidas geométricas de tamaño medio de los objetos (área de trabajo estándar: 600 x 500 x 400mm). Combinado con el software Tacecut, que permite recoger y modificar datos de geometría desconocidas y la preparación de un programa de procesamiento de una máquina herramienta de control numérico [23]..
Fig. 4.7. Renishaw Ciclón escáner [23].
1. La máquina puede equiparse con una sonda de contacto analógico con una fuerza de salida baja y asegurar la alta precisión, o con una sonda láser sin contacto destinados
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a escanear materiales delicados. Una larga mesa opcional está también disponible, que permite escanear objetos voluminosos. Ciclón escáner se puede utilizar en una oficina o ambiente de taller para los procesos de digitalización rápida de superficies desconocidas. Su construcción es muy ligero, gracias al cual es posible alcanzar velocidades muy altas de la exploración, hasta 3m/min. 2. Escaneo con un contacto (analógico) consiste en una cabeza deslizándose con una sonda de medición en la superficie y la lectura de coordenadas de puntos de medición posteriores. El dispositivo está equipado con servo accionamientos, que controlan el movimiento de la cabeza y aseguran su contacto con el objeto. La medición de la posición de la sonda se produce de manera continua (de ahí el nombre: la cabeza analógico), y el registro de puntos de medición que sucede con un plazo previamente establecido. El sistema permite varias estrategias de barrido (Fig. 6,8): 1. escaneo paralelo al eje X, 2. escaneo paralelo al eje Y, 3. exploración en un ángulo de costumbre, 4. radiales de escaneo. 1) 2) 3) 4)
Fig. 4.8. Escaneo estratégico [23].
Antes de iniciar la digitalización de un objeto, independientemente de la elección de la cabeza de exploración, se calibra en un elemento de referencia. Una cabeza de contacto, es una bola de rubí montado permanentemente en el dispositivo, mientras que en el caso de un cabezal láser, se utiliza una bola de metal con un diámetro de 50 mm, montada en la mesa de medición para el momento de la calibración.
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Después de inicializar el escáner, se puede proceder a establecer los parámetros del proceso de digitalización. El primer paso en la digitalización de objetos por lo general es la definir un sistema de coordenadas local, lo que permitirá establecer el momento óptimo de exploración. Es posible: - Establecer el plano Z sobre la base de 3 puntos; - X-y la alineación del eje Y sobre la base de 2 puntos; - La determinación de origen de coordenadas: a través del borde Datum, Datum Bore, Boss o Esfera Datum Datum; - El establecimiento de la orientación del sistema local por la alimentación de los parámetros en la ventana de diálogo; - Desplazamiento del plano XY en el eje Z sobre la base de 1 punto (Datum Z). La siguiente etapa es la determinación de la superficie de escaneo y la cesión de uno de las cuatro posibles estrategias de exploración. Varias áreas rectangulares con diferentes estrategias de exploración, que son las mejores para un determinado fragmento de la superficie de un objeto, se pueden establecer para un objeto. La determinación de las zonas puede llevarse a cabo de diversas maneras y se limita a la especificación de las coordenadas de dos esquinas rectángulo se extiende en diagonal. Estos datos se pueden dar desde un teclado o tomadas de los dispositivos por el desplazamiento de la cabeza de medición en un lugar adecuado. Es un poco diferente en el caso de la digitalización radial, donde el área de medición puede ser un círculo, anillo o de sus fragmentos. Sin embargo, las maneras de definirla son similares, y con el fin de determinar los límites, las coordenadas de un origen, radio interno y externo, y el ángulo de inicio y final son obligatorios. Durante la selección de las estrategias de exploración, se determinan las zonas de los límites de los objetos con formas irregulares, el perfil de 2D, lo que debería hacerse antes del comienzo de la exploración de determinación de parámetros, puede ser muy útil. Tal perfil puede utilizarse como frontera de la exploración, sin embargo, sólo se refiere a la digitalización de los ejes X e Y, y los ángulos. La figura. 6.3 muestra un ejemplo de un objeto y su perfil en 2D, así como las zonas marcadas de la digitalización.
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Fig. 4.9. Selección de las estrategias de exploración [23].
Además, para cada zona de acuerdo a los parámetros de digitalización deberá configurar las siguientes: - Pitch nominal - la distancia entre dos puntos sucesivos en la dirección de la exploración; - Paso-a distancia - la distancia entre el pase sucesivas de la cabeza; - Desviación de exploración - deformación admisible de la dirección de la exploración; - Velocidad de escaneo - máxima velocidad con la que el dispositivo se intenta escanear un objeto; - Alcance de la altura en los que el estudio se llevará a cabo. Después de determinar todos los parámetros de digitalización es necesario, el proceso de digitalización, que ya no requiere de la participación de un usuario, se iniciara automáticamente.
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Tracecut no es sólo el software que permite la adquisición de datos del escáner, pero también tiene funciones de redacción para permitir la introducción de modificaciones por una nube de puntos obtenida. Ellos van de la siguiente manera (Fig. 6.4): 1. La multiplicación de los modelos con la posibilidad de aplicar un reflejo en el espejo (útil durante la creación de múltiples herramientas de impresión), 2. XYZ escalamiento, 3. Triple escalado zona, 4. Creación de positivos y negativos, 5. Rotación de una modelo, 6. Combinar dos o más modelos, 7. Generación de una cara rota.
Original 1)
4)
2)
5)
3)
6)
Fig. 4.10. Opciones de edición en Tracecut [23].
El software permite la grabación de los datos recogidos (una nube de puntos) en diferentes formatos CAD para llevar a cabo una nueva edición hasta la forma de un modelo de superficie. También permite la continuación del tratamiento de datos en el módulo CAM en la dirección de desarrollar un programa de procesamiento. Tracecut ofrece una amplia gama de opciones y estrategias de procesamiento, que son completamente independientes de los parámetros de barrido y
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4)
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el cabezal de medición aplicado. Permite generar los programas de procesamiento de diversos tipos de máquinas controladas numéricamente. Con el fin de elaborar un programa de CNC, las estrategias de procesamiento se apliquen las siguientes (Fig. 6.5): 1. procesamientos concéntricos, 2. procesamiento radial, 3. procesamiento lo largo del camino tornillo (sólo para palas eólicas de exploración módulo), 4. procesamiento a lo largo de camino en espiral, 5. terraza de transformación, 6. la transformación en una dirección paralela al eje X, 7. la transformación en una dirección paralela al eje Y, 8. procesamiento en un ángulo de costumbre.
1)
2)
5)
3)
6)
7)
4)
8)
Fig. 4.11. Estrategias de procesamiento disponible en Tracecut [23].
1. La creación de un programa para máquina herramienta controladas numéricamente no siempre requiere la información sobre la geometría del objeto completo, en muchos casos, sólo una parte de ella es relevante. Así, además de las cuatro etapas de la exploración de estrategias, un sistema ofrece funciones adicionales de adquisición de datos, tales como: (Fig. 6,6): 1. Perfil 2D individuales,
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2. Perfil de múltiples 2D (varias alturas en el eje Z), 3. Perfil de múltiples 2D (la misma altura en el eje Z), 4. un perfil de cambio de altura, 5. escaneado de fotos gratuito en el lápiz óptico de la sonda manual de modo principal (cabeza analógica).
1)
2)
3)
4)
5)
Fig. 4.12. Otras posibilidades de adquisición de datos [23].
Renishaw escáner ciclón también puede servir como un dispositivo de medición. Aunque no tiene la funcionalidad de las máquinas de medición, que permite realizar sencillas medidas geométricas. El software ofrece opciones para medir las coordenadas de puntos individuales, distancias, ángulos y diámetros de los cilindros, los orificios y superficies esféricas. Los resultados obtenidos se pueden imprimir en forma de un informe.
4.4. Escáner Luz Blanca Los escáneres de luz blanca permiten la digitalización simultánea de toda la superficie del objeto a disposición. Es posible gracias a la aplicación de una iluminación adecuada de las estructuras. Por lo general, un proyector especial arroja luz blanca sobre la superficie del objeto, que es la sombra de un patrón que genera una serie de franjas paralelas. El objeto, queda iluminado de tal manera, que es observada por una cámara de vídeo CCD. Un ejemplo de funcionamiento del dispositivo sobre la base de la triangulación es la luz blanca del escáner óptico ATOS (fig. 6.13). Los proyectos de dispositivos en un conjunto de rayas en la superficie del objeto, son observados con dos cámaras de vídeo colocadas a ambos lados del proyector. Basándose en las ecuaciones de transformación óptica, un ordenador calcula automáticamente x, y, z las coordenadas de cada píxel se asientan dentro de unos pocos segundos.
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Dependiendo de la resolución de las cámaras de vídeo, es posible grabar hasta 4 millones de puntos en el curso de una sola medición. Un método avanzado de la proyección se asegura la obtención de datos de alta calidad con alteraciones mínimas, que también ofrece la posibilidad de medir las superficies con un brillo bajo nivel [16]..
Fig. 4.13. Proyección de rayas y la regla de triangulación [16].
El proyector y cámaras de vídeo están integrados en una cabeza compacta de barrido (Fig. 6.14), y el conjunto se monta sobre un soporte. Debido a la configuración geométrica de la cabeza y los errores de las lentes, antes de las mediciones de arranque, el dispositivo se ha calibrado utilizando un panel de calibración o cruz. Después de esta operación, que está dispuesta a trabajar y no requiere hacer ninguna configuración adicional. El objeto que está siendo escaneado se coloca de manera arbitraria en la vista del dispositivo y la medición se lleva a cabo. ATOS no requiere herramientas adicionales como una mesa giratoria o un robot. El sistema controla la calibración y la influencia de las condiciones externas de la precisión de la medición, lo que permite aplicarla con éxito en condiciones industriales sin temor a perder la precisión del modelo final. Gracias a las lentes desmontables, el dispositivo se puede ajustar fácilmente a la exploración de objetos con formas diferentes. Áreas disponibles rango de medición entre 35x28mm y 1.7x1.36m.
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Fig. 4.14. Escáner óptico ATOS II [16].
Para obtener una digitalización completa de un objeto, varias mediciones son usualmente requeridas desde distintas direcciones. La transformación del sistema coordenado global se produce de forma automática gracias a la aplicación de los puntos de referencia. El resultado de cada medición se muestra directamente en la pantalla del ordenador, y cada uno de los siguientes análisis se añade a los datos adquiridos con anterioridad. Además, permite una evaluación actual de los datos completos y en caso necesario, para hacer una medida adicional de los detalles que faltan. Un programa de control del trabajo de un dispositivo también proporciona información sobre la desviación de registro (conexión) de exploraciones particular, que permite controlar la precisión de la digitalización de todo el objeto de forma dinámica. Después de haber hecho las mediciones de cada lado de un objeto, una malla de triángulos, que describe todo el objeto, se genera, sin embargo, las copias de los datos se eliminan. Un modelo completo se puede luego exportar a los formatos de intercambio de datos universal. En el caso de objetos de gran tamaño, los puntos de referencia (marcadores) se colocan directamente sobre un objeto que se mide (Fig. 5,1), y el dispositivo detecta y registra su ubicación en el espacio durante la medición. Sin embargo, un objeto o de un dispositivo debe ser manipulado de tal manera que en el curso de las mediciones ulteriores en un área de medición, hay por lo menos 3 visible y matriculados con anterioridad, los marcadores. El software, que controla los dispositivos y permite un control dinámico de la situación actual de los sensores, así como el área de medición, es de gran ayuda en esta situación.
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Fig. 4.15. Un objeto con marcadores aplicados
Los objetos grandes pueden también ser digitalizada por medio de la aplicación de escáner ATOS, junto con un conjunto de mediciones fotogramétricas TRITOP (Fig. 6,4). El set se compone de una cámara digital de alta definición, conjunto de elementos con marcadores codificados y bares de escala (la construcción). Antes de comenzar a escanear, estos marcadores se colocan cerca del objeto (Fig. 6.17) y una serie de fotos del objeto son tomadas de varias direcciones. A continuación, las fotos tomadas se envían a la computadora, que en su base calcula las coordenadas de todos los marcadores. En el siguiente paso, la exploración se lleva a cabo con el uso de escáner ATOS, y los resultados de las mediciones individuales se ajustan automáticamente a los marcadores registrados previamente. La figura. 6,18 registrado presenta marcadores con resultados superposición de tres exploraciones y un modelo completo después de medir el objeto entero.
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Fig. 4.16. TRITOP establecido para las mediciones fotogramétricas [16].
Fig. 4.17. Objeto preparado para las mediciones fotogramétricas [16].
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Fig. 4.18. Grabado con marcadores de los resultados de tres mediciones y un modelo completo [16].
Durante la exploración de grandes cantidades similares o mismos objetos, es posible construir una estación de medición automática para facilitar el rendimiento de la digitalización de los artículos. Es por eso que el software que controla el trabajo de un escáner ATOS es compatible con una mesa giratoria y el robot industrial (Fig. 6.19). La cabeza del escáner se instala en cualquier robot disponible en el mercado y un total digitalización de los primeros entre los temas se hace a mano, al girar el brazo del robot y la recopilación de datos necesarios de todas las direcciones. Una interfaz amigable permite recordar todas las posiciones del robot utilizado para la digitalización, y permite crear un programa que se podría ejecutar cualquier número de veces sin intervención del operador. Se aporta una perspectiva para el escáner ATOS para ser utilizado como una herramienta de inspección en el proceso de producción.
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Fig. 4.19. El escaneo automático con un robot [16].
El software proporcionado con el dispositivo, además de controlar el trabajo del escáner y la recogida de datos, también permite su modificación. Es posible seleccionar y editar fragmentos de una malla de triángulos, triángulos individuales, e incluso puntos, así como agujeros de rellenado en el modelo basado en la curvatura de la superficie. Una herramienta utilizada para la reducción del número de triángulos en un modelo poligonal es también provechosa. Permite limitar la cantidad de datos utilizados para describir la superficie de un sólido sobre la base del análisis de su geometría. El resultado es la disminución del número de triángulos en las partes del modelo, que se caracterizan por una curvatura menor (Fig. 4.20).
Fig. 4.20. Fragmento de una superficie después de la reducción de los triángulos
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El sistema, además de la posibilidad de exportar el triángulo de malla generada a otros programas que permitan su tratamiento posterior, compatible con el método tradicional de creación de superficies NURBS libre, ya que contiene herramientas para crear una serie o secciones individuales transversales del modelo en cualquier dirección . Las curvas generadas de tal manera se pueden guardar en un archivo y sentar las bases para la creación de superficies NURBS en los programas de CAD. Una parte importante del software es el módulo de inspección de la comparación de un modelo digitalizado con el perfecto modelo CAD. La herramienta es ampliamente utilizado en los controles de calidad, donde se facilita la recogida de información sobre las desviaciones reales del producto y que indican las áreas, que son excesivamente deformado. Como resultado, el usuario obtiene un mapa de las desviaciones de color (Fig. 6.21), donde, además, puede colocar etiquetas que informen sobre el valor de la desviación en un determinado lugar. Permite la interpretación rápida y fácil de información, que luego pueden exportarse a varios formatos (Word, Excel y HTML) en forma de un informe.
Fig. 4.21. Mapa de la desviación [16].
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La ubicación mutua del modelo escaneado y el modelo CAD tiene una influencia significativa en los datos obtenidos en el módulo de inspección. El usuario puede aplicar mallas de triángulos de dos formas: manual o automática. La primera consiste en la colocación de elementos de referencia en forma de primitivas geométricas (planos, superficies cilíndricas, líneas, puntos, etc.), y el próximo establecimiento de las relaciones entre ellos. Da la posibilidad de determinar la zona de medición adecuada y mayor control sobre la orientación mutua de los modelos. Otro método es utilizar la opción de mejor ajuste, que se le aplican automáticamente los objetos de manera que la resultante de las desviaciones es lo más bajo posible. ATOS II en combinación con un sistema de mediciones fotogramétricas también ofrece la opción de adquirir información acerca de los colores de una superficie y facilita su aplicación automática en el modelo digital (Fig. 6.22). Para ello, se utilizan marcadores y una serie de imágenes que se toman con la ayuda de un dispositivo TRITOP. En su base, se calculan las coordenadas de los marcadores, en el que las mediciones posteriores se superponen hizo con el escáner ATOS. El modelo obtenido en forma de una malla de triángulos se importa en el sistema de photogrammetery, donde se aplica la información sobre el color de la superficie de forma automática sobre la base de información sobre la ubicación de los marcadores de colores e imágenes realizadas con el dispositivo TRITOP.
Fig. 4.22. Modelo con información automáticamente aplicada sobre la superficie de color [16].
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Dentro del software, también hay un grabador de macros que le da la posibilidad de guardar la configuración, la medición de la secuencia o el método de selección de datos y la forma de su representación en un informe, que es útil en el caso de las mediciones que se repiten a menudo. ATOS también puede trabajar en la tecnología inalámbrica, con un equipo móvil, que permite una medición inalámbrica de objetos y mejora significativamente la movilidad del sistema.
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5. Ingeniería Inversa del Software 5.1. Programas para Geometría Reconstrucción de una nube de puntos Un tipo de base de datos de salida de los dispositivos de digitalización de la geometría es una nube de puntos. Es por eso que las herramientas para la transformación de nubes de puntos en los modelos, en forma de mallas de triángulos, y más tarde en los modelos CAD de superficie, hacen un gran grupo de programas para ser utilizados en la ingeniería inversa. Estos programas suelen hacer soluciones completas para una representación inversa de las superficies objeto físico y varios módulos se pueden distinguir en cada uno de ellos. Por lo general hay tres módulos básicos responsables de la realización de las distintas fases de la reconstrucción de objetos físicos: las operaciones en una nube de puntos, la creación de una malla de triángulos y su transformación en una superficie libre NURBS. Un ejemplo de este tipo de software puede ser Geomagic Studio (estudio de la geometría), que contiene un conjunto de herramientas para el procesamiento de datos a partir de la digitalización en la forma de tres módulos integrados: Captura, envolver y Forma. Geomagic Captura, (captura de la geometría) facilita el procesamiento de ordenadas y desordenadas datos que provienen de la digitalización, lo que permite un trabajo simultáneo de varios o de nube de puntos. El programa, además de apoyar universal formatos de intercambio de datos, permite la carga de nubes de puntos directamente en los formatos de muchos digitalizadores 3D. La combinación de nubes de puntos se produce tanto en el modo automático y en el manual una, mediante la indicación de uno o varios puntos correspondientes, los cuales, en una etapa posterior, permite que el programa para adaptarse a la adaptación y conectarlos (Fig. 7,1). También es admisible crear grupos de objetos, lo que da la posibilidad de que su registro jerárquico [15]..
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Fig. 5.1. Punto de nubes de registro (fusión) en Geomagic Studio
El software también permite la edición de una nube de puntos, que consiste en la disminución de los errores procedentes de escáneres, llenando huecos y la supresión de dobles (superposición) de datos. Por otra parte, es posible reducir el número de puntos en una nube que consiste en un uniforme aleatorio o muestreo basado en la curvatura. Geomagic Wrap permite convertir una nube de puntos en una malla de triángulos, que se editó con el fin de crear un modelo digital del elemento que se digitalizadas. El modelo puede ser utilizado en Rapid Prototyping, cálculos numéricos, las comparaciones y visualizaciones. El proceso de transformación de una nube de puntos es totalmente automático, sino que permite al usuario controlar los parámetros de ajuste de la triangulación y el resultado de sus propias necesidades. El módulo también proporciona herramientas de edición, realizando las siguientes tareas:
- Orificios de llenado y defectos en una malla de triángulos teniendo en cuéntala curvatura de superficie, - Los bordes de afilar, - Encontrar intersección de triángulos,
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- Diezmado el número de triángulos hasta un valor determinado o la tolerancia, - Las superficies de alisado y bordes de un modelo, - Características de detección y extracción (planos, cilindros, etc.), - Recorte de un modelo con un plano o una curva, - Usando operaciones booleanas en los modelos completo, - Grabado en relieve o un texto personalizado en una superficie, - Superficie (Shell), el desplazamiento. Un modelo se puede guardar en muchos formatos, tales como: el Instituto (tipo 106), STL, OBJ, PLY, 3DS y VRML.
Geomagic Shape transforma mallas de triángulos en superficies NURBS libre para ser utilizado en aplicaciones CAD / CAM. La operación se produce automáticamente cuando el usuario no requiere un control avanzado sobre sus parámetros. En el caso contrario, es posible extender manualmente una superficie NURBS en un modelo mediante la realización de una detección de bordes del modelo, dividiendo el modelo en las áreas y su edición con el fin de obtener toda la rejilla rectangular de lo posible, la creación de la red y, por último , ajuste de la superficie NURBS. El usuario puede guardar la red creada como un modelo y aplicarlo cuando se trabaja con objetos similares. Creado superficies se pueden guardar en formatos tales como: el Instituto (tipo 128), el STEP (203 y 214), Parasolid. x_t y. x_b, así como VDA, PRT y SAT. Por otra parte, Geomagic Studio ofrece la posibilidad de controlar el nivel de precisión de lo creado y el modelo poligonal NURBS en relación con los datos de entrada, y contiene herramientas que facilitan el trabajo con muchos objetos idénticos. Guardado macros se pueden ejecutar muchas veces, repitiendo los pasos registrados para cada conjunto posterior de los datos de entrada sin intervención adicional del usuario de.
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5.2. Programas de Inspección El siguiente grupo de programas de ingeniería inversa es las herramientas utilizadas para la comparación de modelos CAD con los datos de digitalizadores. Dos tipos de dicho software se pueden discernir. El primero de ellos permite una inspección fuera de línea, donde se importan tanto un modelo CAD y nubes de puntos para el programa. A continuación, el software compara y muestra la desviación entre las dimensiones nominales y reales. El otro tipo permite la colaboración directa con los dispositivos de digitalización y de inspección en tiempo real. Gracias a esto, es posible evaluar de inmediato la exactitud dimensional en cada punto medido. También hay programas que combinan las funciones, trabajando tanto en tiempo real y fuera de línea. Un ejemplo de tal programa es PowerINSPECT. Contiene las siguientes funciones:
guía de medición, utilizados para el control de formas predefinidas, durante el cual el software le guía de forma dinámica la punta de contacto hasta el punto de medición correcto.
curvas NURBS que permite la creación de representaciones inversa mediante la generación de secciones transversales y curvas 3D y su posterior exportación a formato IGES.
Base de la determinación del sistema sobre la base de un plano, línea y punto, y en caso de que sea imposible establecer la base - el mejor ajuste posible de los objetos (mejor ajuste).
encontrar la geometría, que permite al usuario para alimentar a los valores de la medida nominal de un archivo CAD (mediante la selección de una forma en una imagen) para medir los elementos, lo cual elimina la necesidad de ellos de entrada de forma manual.
forma y la tolerancia de localización (perpendicularidad, planitud, paralelismo, concentricidad) - iniciado con el uso de un creador, que conduce al usuario paso a paso.
Opciones de visualización con la posibilidad de utilizar "confetti" (Fig. 7,2) facilitar la observación de un punto medido y su identificación en el árbol de puntos medidos. También es posible crear etiquetas para cada punto de medición y para cada medida forma geométrica.
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Fig. 5.2. CAD vista del modelo de "papel picado" que muestra el resultado de la medición
importación de cualquier número de archivos CAD a partir de los siguientes formatos: VDA, IGES, CATIA, CADDS, SET, UNISURF, VDAFS, PARASOLIDS, Pro Engineer, STEP, Unigraphics, SolidWorks y STL. El tamaño del archivo CAD importados sólo está limitada por la capacidad de la memoria del ordenador. Además, es posible cambiar los colores de los objetos ', colocando los modelos individuales en diferentes capas, sus puntos de vista espejo, etc.
opciones de automatización que permite la sustitución de la repetición de tareas con macros y scripts.
PowerINSPECT permite la creación automática de informes de los datos de exportación a Microsoft Excel. También es posible personalizar a fondo los informes generados tanto en Excel y PowerINSPECT. PowerINSPECT se puede utilizar con la mayoría de los escáneres disponibles y coordinar las máquinas de medición, la medición de las armas, así como equipo de medición de máquinas de control numérico.
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5.3. Los programas de modelado, Superficiales Si bien la creación de representación inversa, sucede con frecuencia que la digitalización completa de la superficie del objeto no se realiza, sólo sus perfiles seleccionados se adquieren (secciones con más frecuencia de cruz). En su base, es posible crear un modelo cuya funcionalidad rebasa con creces el ámbito de la ingeniería inversa, el uso de programas de modelado de superficies. Este tipo de software está más extendido y, a menudo constituye un módulo del programa CAD. Rhino 3D es un programa avanzado para el modelado de superficies. Se activa la construcción de objetos con formas personalizadas y dimensiones usando las curvas NURBS y (racionales no uniformes, B-Spline) las superficies. El programa proporciona herramientas para la creación de ambas curvas en 3D, la edición (modificación de los puntos de control, suavizado, elevar el grado, aplanar, añadiendo nodos, la eliminación de nodos), así como para la generación de las curvas de las superficies libres (intersección, contorno de la sección, proyección, dibujo, etc.) modelado de superficie libre es posible en muchos sentidos, con la función de la construcción de superficies sobre la base de las redes de curva o conjuntos de curvas independientes, que es especialmente útil para las representaciones inversas.
Rhino 3D también integra la superficie y de modelado de sólidos (superficies unidos por sus bordes) y se ha incorporado en las bibliotecas de las primitivas de sólidos (cubo, esfera, cilindro, cono, elipsoide, toro). Se garantiza su libre combinación con las superficies y se divide en sub-superficies, modificar y reconstruir en sólidos.
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Interfaz de usuario (Fig. 7.3) permite una configuración personalizada del espacio de trabajo mediante el uso de un número ilimitado de ventanas para ser visto, la posibilidad de configurar el botón central del ratón o la barra de herramientas emergente con los comandos más utilizados.
Fig. 5.3. Interfaz gráfica en Rhino 3D
Rhinoceros contiene todas las opciones útiles para la transformación y edición de modelos creados (incluyendo la modificación de la forma de la superficie usando los puntos de control, flexión o deformación de modelos, etc.), y gracias a las operaciones lógicas y el módulo de análisis de los modelos creados con el análisis de los ángulos de inclinación de la superficie y la curvatura, puede ser utilizado con éxito para las formas de modelado. El software también coopera con los dispositivos de digitalización 3D (FARO, MicroScribe, Cimcore) y permite su uso directo para la modelización dinámica de los objetos basándose en los datos registrados. El programa soporta 2D y 3D más populares formatos gráficos: 3DS, LWO, IGES, DXF, STEP, STL, VRML, y casi todos los formatos 2D. Una opción de exportación para el proyecto de complejo permite el intercambio de datos entre los diversos sistemas CAD.
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5.4. Programas para la TC y la RM de procesamiento de datos Este grupo de programas se utiliza para transformar los datos de escáneres médicos o técnicos, utilizando la interacción penetrante, en los sistemas CAD formatos de archivo. Estas utilidades permiten la visualización y la segmentación de imágenes tanto de la tomografía computarizada y la resonancia magnética o la ecografía 3D. Las herramientas también pueden utilizarse para el diagnóstico y la planificación de intervenciones quirúrgicas. Un ejemplo de dicho software es MIMICS (Interactive Materialise's Medical Image Control System). Es un programa capaz de procesar cualquier número de imágenes en dos dimensiones que constituyen siguientes secciones transversales de un objeto que se examina. La única limitación puede ser la configuración del hardware, en la que la tarea se lleva a cabo [20]. La esencia de ese tipo de programas es la posibilidad de segmentación, que es la división de una imagen en regiones, que tienen una característica común (por ejemplo, brillo de la imagen). Con el fin de distinguir las áreas de la estructura anatómica que son de interés para el usuario, imita máscaras de segmentación. El programa permite a las imágenes de transformación basadas en máscaras de dieciséis colores, cuya creación y modificación son posibles gracias a las siguientes funciones:
umbral - permite seleccionar un área mediante el establecimiento de los valores en escala de grises umbral. Los píxeles cuyos valores se ajustan dentro de los límites seleccionados.
el crecimiento de la región - permite crear objetos separados de las estructuras previamente seleccionado. Durante esa operación, un solo punto de la zona seleccionada se indica, como resultado de una máscara que se crea una nueva que contiene todos los otros puntos relacionados con ese punto. La operación de la Región de crecimiento puede ser usado tanto en una única imagen plana y en toda la gama de datos.
región dinámica en crecimiento - permite la ejecución de la segmentación y la división del objeto basándose en una desviación de la distancia dada en escala de grises y máximo entre los píxeles. La creación de una nueva máscara consiste en seleccionar un único punto de hacer una referencia, y comparando sus niveles de gris con el nivel de puntos vecinos.
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Los píxeles que cumplan una determinada condición se añadirá a la nueva máscara.
Las operaciones de morfología - modifica la forma de la máscara añadiendo o eliminando píxeles en los bordes de la máscara (se erosionan, se dilatan) y la apertura y el cierre de pequeños espacios (abrir, cerrar).
Las operaciones booleanas - permite al usuario realizar varios tipos de combinaciones (resta, unión e intersección) en dos máscaras.
Editar - permite la edición manual de un área seleccionada mediante la adición y la eliminación de píxeles o la restauración de parte de una imagen en escala de grises con un valor preestablecido. La función de edición se utiliza principalmente para la eliminación de los artefactos o la separación de las estructuras. Todas las operaciones de edición de este manual se realizan en la máscara activa.
llenar la cavidad - permite completar las lagunas internas en una sola capa o en un determinado rango de una máscara seleccionada y transferir el resultado a una nueva máscara.
calcular 3D - crea un objeto tridimensional.
Fig. 5.4. Interfaz gráfica en Imita
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El interfaz gráfica de las pantallas, programa cargado de datos en tres puntos de vista (fig. 7,4): capas axial (grabado por un dispositivo), coronal y sagital (secciones creadas por el software). Los datos se pueden mostrar de varias maneras, proporcionando información acerca de los objetos. Imita también facilita la visualización de los objetos anteriormente separados como modelos en tres dimensiones (vista 3D). Las estructuras seleccionado por el usuario se presentan en forma de modelos 3D de color, que puede girar y escalar. También es posible medir los objetos de interés, tanto en 2D y 3D (mediciones).
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6. Bibliografía
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Mecatrónica Módulo 9: Prototipado Rápido
Ejercicios (Concepto) prof. dr. hab. inz. Edward Chlebus dr inż. Bogdan Dybała, dr inż. Tomasz Boratyński dr inż. Jacek Czajka dr inż. Tomasz Będza dr inż. Mariusz Frankiewicz mgr inż. Tomasz Kurzynowski Universidad Politécnica de Wroclaw, Polonia
Proyecto ampliado de transferencia del concepto europeo para la calificación agregada de la Mecatrónica las fuerzas especializadas en la producción industrial globalizada Proyecto EU Nr. 2005-146319 „MINOS“, Plazo: 2005 hasta 2007 Proyecto EU Nr. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110 „MINOS**“, Plazo: 2008 hasta 2010 El presente proyecto ha sido financiado con el apoyo de la Comisión Europea. Esta publicación (comunicación) es responsabilidad exclusiva de su autor. La Comisión no es responsable del uso que pueda hacerse da la información aquí difundida.
www.minos-mechatronic.eu
1. ¿Qué es CAD? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 2. ¿Qué es el modelado geométrico? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 3. ¿Cómo acelerar el diseño? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 4. ¿Cuáles son las principales características de los sistemas de CAD? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 5. ¿Cuáles son las ventajas derivadas de la utilización de los sistemas de CAD? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 6. ¿Cuáles son las etapas del proceso de diseño en el sistema CAD? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 7. Indique los tipos de modelos en CAD.
____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________
____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 8. ¿Qué es la STL?
____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 9. ¿Cómo se construye un modelo STL (un dibujo será de utilidad)?
____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________
____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 10. ¿Decir qué hace el Estado vértice a vértice? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 11. ¿Qué parámetros describen un triángulo?
____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________
12. ¿Cómo puede la orientación de un triángulo ser determinada de la STL?
____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 13. ¿Cuáles son los errores más comunes y los defectos en el formato STL? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 14. ¿Cuáles son las actividades de pre‐proceso en Rapid Prototyping?
____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________
____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 15. Describa al menos 4 operaciones que son posibles en el pre‐proceso de las actividades en Rapid Prototyping. __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 16. ¿Cuál es la estructura de apoyo y para que se usa?
____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________
____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 17. ¿Qué es el Prototipado Rápido? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 18. ¿Qué es lo que diferencia a las tecnologías de prototipado rápido de los convencionales?
____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________
____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 19. ¿Cuáles son las principales aplicaciones de los modelos fabricados con tecnologías de Prototipado Rápido?
____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 20. ¿Cómo son los prototipos utilizados en el diseño convencional?
____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________
21. ¿Cómo son los prototipos utilizados en el concepto de ingeniería concurrente?
____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 22. ¿Cómo se usan los prototipos en Ingeniería Rápida?
____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________
23. ¿Cómo son los métodos de creación de prototipos divididos?
____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 24. ¿Qué hay que tener en cuenta para la toma de decisiones sobre la aplicación de un modelo de prototipo?
____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________
25. Clasificar las tecnologías de RP en lo que respecta a los procesos aplicados y los materiales.
____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 26. ¿Qué es el Rapid Tooling?
____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________
27. ¿Qué materiales se pueden se utilizan en tecnologías de Prototipado Rápido?
____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 28. ¿Cuáles son las ventajas de tecnologías de Prototipado Rápido?
____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________
29. ¿Cuáles son las desventajas de las tecnologías de Prototipado Rápido?
____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 30. ¿Cómo puede ser caracterizado la estereolitografía?
___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ 31. ¿Cómo podemos caracterizar el sinterizado selectivo por láser (SLS)?
____________________________________________________________ ____________________________________________________________
____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ 32. ¿Cómo se puede caracterizar la fusión selectiva por láser de fusión (SLM)? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 33. Nombre por lo menos tres tecnologías que utilizan polvos metálicos como materia prima. __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 34. ¿Qué es lo que diferencia el haz de electrones de la tecnología de fusión de otras tecnologías utilizando polvos de metal? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 35. ¿Cómo se caracteriza el laminado de objetos de fabricación (LOM)?
____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ ____________________________________________________________
36. ¿Cómo se caracteriza un modelo de capas de un material fundido (FDM – Fused Deposition Modeling)? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 37. Cómo se caracteriza la impresión dimensional (3DP)? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 38. ¿Cómo debe ser entendido La Ingeniería Inversa?
___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ 39. Da 2 ejemplos de aplicación de ingeniería inversa en la industria.
___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________
40. ¿Cómo ayuda a la ingeniería inversa con el desarrollo de un producto diseñado por un estilista?
___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ 41. ¿Es posible para hacer un producto nuevo seguir la geometría de un objeto existente? Explique.
___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________
42. ¿Cómo puede una evaluación de un producto de precisión geométrica hacerse con métodos de ingeniería inversa?
___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ 43. ¿Cuáles son los dos métodos principales de clasificación de los métodos de digitalización?
___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________
44. ¿Cuándo es razonable usar un método destructivo de la digitalización?
___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ 45. ¿Qué métodos de ingeniería inversa permiten reconocer la estructura interna de un objeto?
___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________
46. Caracterizar el proceso destructivo de exploración.
___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ 47. ¿Qué es el escaneado por contacto? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 48. ¿Cuáles son las desventajas del escaneado por contacto? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 49. ¿Qué método de digitalización es el más rápido? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 50. ¿Qué es un resultado típico de la digitalización con los métodos de ingeniería inversa? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
51. Nombra métodos ópticos basados en punto. __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 52. ¿Cómo consigue un modelo de superficie en forma de una malla triangular? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 53. Caracterizar las capacidades de medición de los escáneres de contacto. __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 54. ¿Cuáles son las ventajas de la medición de los brazos sobre los dispositivos de digitalización? ¿Cuándo se justifica utilizar las armas? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 55. ¿Qué aspectos deben tenerse en cuenta en la planificación de la digitalización? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
56. ¿Cuándo es suficiente una malla triangular, como resultado de la reconstrucción? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 57. ¿Qué puede ser un efecto de la reconstrucción de un proceso típico de Ingeniería Inversa? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
Mecatrónica Módulo 9: Prototipado Rápido
Solución (Concepto) prof. dr. hab. inz. Edward Chlebus dr inż. Bogdan Dybała, dr inż. Tomasz Boratyński dr inż. Jacek Czajka dr inż. Tomasz Będza dr inż. Mariusz Frankiewicz mgr inż. Tomasz Kurzynowski Universidad Politécnica de Wroclaw, Polonia
Proyecto ampliado de transferencia del concepto europeo para la calificación agregada de la Mecatrónica las fuerzas especializadas en la producción industrial globalizada Proyecto EU Nr. 2005-146319 „MINOS“, Plazo: 2005 hasta 2007 Proyecto EU Nr. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110 „MINOS**“, Plazo: 2008 hasta 2010 El presente proyecto ha sido financiado con el apoyo de la Comisión Europea. Esta publicación (comunicación) es responsabilidad exclusiva de su autor. La Comisión no es responsable del uso que pueda hacerse da la información aquí difundida.
www.minos-mechatronic.eu
1. ¿Qué es CAD? CAD significa Diseño Asistido por Ordenador. Este tipo de software permite el diseño de un elemento o mecanismo detallado inventado por un ingeniero. Construcciones CAD apoya los sistemas y procesos de diseño, que se utilizan para dibujo y modelado geométrico. 2. ¿Qué es el modelado geométrico? El modelado geométrico es una técnica utilizada para describir las formas de un objeto. Los sistemas CAD permiten mejorar el proceso de diseño, así como acortar el tiempo de desarrollo de productos. 3. ¿Cómo acelerar el diseño? En los sistemas CAD en las bibliotecas de objetos listos (tornillos, rodamientos, etc.) que pueden ser utilizados en obras de diseño. Un constructor no tiene que utilizar varios tipos de catálogos, para la búsqueda de cualquier elemento. Se puede encontrar en el sistema base o adicionalmente descargar su modelo 3D para su diseño. 4. ¿Cuáles son las principales características de los sistemas de CAD? • Las principales características de los sistemas CAD son: • modelado de objetos geométricos • Creación y edición de documentación de la construcción • El ahorro y el almacenamiento de documentación en formato electrónico ‐ tanto como archivos o bases de datos • intercambio de datos con otros sistemas • la creación de proyectos en tres dimensiones de los elementos construidos • la creación de planos de montaje de varias partes separadas • trabajando en un proyecto único por muchas personas • Actualización automática de todos los planos de montaje después de cambiar a uno de ellos • estimación de costos automática, la cooperación con el almacén, etc. 5. ¿Cuáles son las ventajas derivadas de la utilización de los sistemas de CAD? Las ventajas de utilizar sistemas de CAD: posibilidad de determinar la solución óptima de diseño mejora de la calidad de la solución obtenida (modelos matemáticos precisos)
aliviar al diseñador de perder el tiempo en aburridas rutinas (redacción,
los cálculos) aumento de las posibilidades de utilizar las soluciones existentes de diseño, gracias a bases de datos informáticas de las normas vigentes y catálogos posibilidad de simular el comportamiento del objeto diseñado en diversas condiciones, tan pronto como en la etapa de diseño 6. ¿Cuáles son las etapas del proceso de diseño en el sistema CAD? Un proceso de CAD consta de 6 etapas: Es necesario el reconocimiento Definición del problema síntesis Análisis y optimización evaluación presentación 7. Indique los tipos de modelos en CAD. Se utilizan dos tipos de modelos geométricos: superficie / plano ‐ con contornos espacial ‐ con ayuda de elementos de tres dimensiones 8. ¿Qué es la STL? STL ‐ Triangulación estándar de lenguajes ‐ es un formato básico de intercambio de datos en procesos de prototipado rápido. La tarea principal del formato es la transferencia de modelos CAD en 3D para dispositivos rápida de prototipos. En la actualidad, la mayoría de CAD / CAM programas tienen la capacidad de guardar el modelo en formato STL, lo que podría ser leído por casi todos los sistemas de prototipado rápido. 9. ¿Cómo se construye un modelo STL (un dibujo será de utilidad)? STL consiste en una lista de las superficies triangulares, también llamado triángulo de la red, que se define como un conjunto de vértices, aristas y triángulos conectados entre sí de tal manera que cada arista y vértice es compartido por al menos dos triángulos adyacentes (el vértices regla‐ vértice). En otras palabras, la red presenta un triángulo de aproximación de las superficies de un modelo 3D guardados en el formato STL. La representación, sin embargo, omite elementos tales como puntos, líneas, curvas, capas y colores.
10. ¿Decir qué hace el Estado vértice a vértice? Versión 1 Cada arista y cada vértice del triángulo son comunes al menos a dos triángulos adyacentes. Versión 2 Cada uno comparte dos vértices del triángulo con triángulos adyacentes y ningún vértice de un triángulo puede acostarse sobre un lado de otro triángulo.
Para el "vértice a vértice" regla que se cumple, en el triángulo 1 debe estar dividido en dos triángulos como se muestra en la figura "b" o triángulos 2 y 3 deberían fusionarse, como se muestra en la figura "c". 11. ¿Qué parámetros describen un triángulo? Un triángulo es descrito por un conjunto de X, Y, Z coordenadas para cada vértice y por el vector normal, dirigido desde una superficie determinada hacia el exterior del modelo.
12. ¿Cómo puede la orientación de un triángulo ser determinada de la STL? 1. Basándose en un vector normal, dirigida exterior. 2. Al observar el modelo desde su exterior, el orden de los vértices es hacia la izquierda.
En la figura anterior, se presentan dos superficies triangulares. La superficie de la izquierda se ve desde el interior, lo que se indica por el acuerdo de las agujas del reloj de los vértices del triángulo y la dirección del vector normal. La situación opuesta ocurre en el caso del triángulo rectángulo, visto desde el exterior del modelo. 13. ¿Cuáles son los errores más comunes y los defectos en el formato STL? Incompatibilidad con la Regla vértice a vértice
Variabilidad (fuga) Superficies "degeneradas. Errores en los Modelos Redundancia 14. ¿Cuáles son las actividades de pre‐proceso en Rapid Prototyping? Un modelo CAD exportados al formato STL debe estar preparado para el proceso de construcción en uno de los dispositivos de creación de prototipos rápidos. Las actividades de pre‐proceso se pueden realizar en uno de los programas dedicados a este uso, que permiten el procesamiento de archivos STL. 15. Describa al menos 4 operaciones que son posibles en el pre‐proceso de las actividades en Rapid Prototyping. Visualización, las mediciones, la manipulación del modelo Fijación de archivos STL, recorte de las superficies, la detección de doble triángulo Preparación de las intersecciones de los archivos de STL, agujeros (perforación), tirando de la superficie Operaciones booleanas, la reducción de los triángulos, suavizado, añadir títulos o signos (caracteres) Detección de la colisión Coloración archivos STL La división de modelos en capas Generación de estructuras de soporte 16. ¿Cuál es la estructura de apoyo y para que se usa? En la opción de estructura de apoyo se pueden encontrar dispositivos que se basan en los materiales en polvo (metales, cerámica, yeso, etc.) Apoyarse en estas tecnologías es necesario para garantizar la estabilidad mientras se quita los elementos producidos, así como para estabilizar las capas iniciales, de modo que, si bien al poner otra capa de polvo de la capa previamente construida y refuerzos de proyectar los elementos del modelo no sería dañado. 17. ¿Qué es el Prototipado Rápido? El prototipado rápido es un método para la rápida, fabricación capa por capa de los modelos físicos directamente de modelos CAD.
18. ¿Qué es lo que diferencia a las tecnologías de prototipado rápido de los convencionales? Todos los métodos son similares entre sí y que se basan en un aumento (sin residuos) del modelo de producción. Por lo tanto, son completamente diferentes de los métodos clásicos de producción modelo físico (debido a torneado, fresado, etc.), donde la conformación de los objetos se lleva a cabo a través de la eliminación mecánica de material (mecanizado de residuos). La creación de modelos utilizando técnicas de RP, donde cada capa subsiguiente es un reflejo exacto de la sección del modelo en un plano determinado, se basa en una adición de material laminado. 19. ¿Cuáles son las principales aplicaciones de los modelos fabricados con tecnologías de Prototipado Rápido? Los prototipos de modelos sirven para llevar a cabo las primeras pruebas para la resistencia, la seguridad, montaje, transporte, etc. No sólo son útiles los manifestantes en el comercio, las negociaciones técnicas y de marketing, sino que también tienden a ser mucho más bienvenidos y fácilmente percibido por la gente que el dibujo estándar en 2D. Una mejor comprensión de un concepto lleva al ahorro de tanto tiempo y dinero. 20. ¿Cómo son los prototipos utilizados en el diseño convencional? En un diseño tradicional, es un prototipo construido en la última fase de desarrollo del producto, poco después de las soluciones se establecen, los materiales seleccionados y el análisis junto con la selección de una variante final terminado. Tal es por lo general una imagen del producto final que se somete a los exámenes funcionales que han de suministrar información acerca de las posibles correcciones técnicas y tecnológicas, así como cuál es el alcance de los parámetros de la explotación y la forma en que el producto debe utilizarse.
21. ¿Cómo son los prototipos utilizados en el concepto de ingeniería concurrente? El diseño y desarrollo de acuerdo con el concepto de ingeniería concurrente no implica ningún efecto especial en cuanto a la fase de creación del primer prototipo. Esto sólo ahorra tiempo en la fase de diseño de este método al ser dueño de un desarrollo simultáneo del producto realizado por un equipo interdisciplinario de diseñadores, que trabaja en un entorno integrado de los sistemas CAD / CAM. Un producto se desarrolla simultáneamente en los ámbitos de la construcción, tecnología, proceso de planificación de producción y suministro de materiales o artículos semi‐acabados. El trabajo de un equipo de diseñadores es basado en tareas y se realiza de conformidad con el calendario establecido de la realización del diseño. El equipo también se encarga de las consultas relativas a los cambios y correcciones en la documentación de diseño. El primer prototipo se crea de manera similar como en el caso del proceso tradicional ‐ después de seleccionar la solución final de la construcción.
22. ¿Cómo se usan los prototipos en Ingeniería Rápida? La Ingeniería Rápida le permite a un diseñador crear diferentes tipos de modelos físicos que tienen características prototípicas, de acuerdo a sus necesidades. Tal manera de diseñar permite la producción de prototipos en todas las fases de desarrollo de productos, partiendo de la idea y concepto, a través de las conversiones y hasta la solución final. Un modelo CAD geométrica es la condición necesaria para producir un prototipo.
23. ¿Cómo son los métodos de creación de prototipos divididos? En la actualidad, los métodos aplicados en la creación de un prototipo se pueden dividir en lo que respecta a la forma en que se creó un modelo de precisión de la realización, estado de agregación de materiales aplicados o finalmente, el uso futuro de un modelo. Los modelos pueden ser también divididos en lo que respecta a su aplicación, tales como: Las personas aproximadamente que reflejan la forma del producto final y la verificación preliminar de la forma o dimensión prototipos funcionales ‐ que consta de cerca de algunos parámetros o idénticos a los parámetros del producto final y permitiendo su presentación producto terminado producidos utilizando métodos del PO como una serie de muestras que tiene todos los parámetros típicos del producto 24. ¿Qué hay que tener en cuenta para la toma de decisiones sobre la aplicación de un modelo de prototipo? Si bien la determinación de la aplicación de nuestro modelo, uno de los métodos disponibles debe ser seleccionada, así como considera debe ser la de materiales (plásticos, papel, metal, cerámica), dimensiones, precisión de la realización, construcción de modelos y costos de producción.
25. Clasificar las tecnologías de RP en lo que respecta a los procesos aplicados y los materiales.
26. ¿Qué es el Rapid Tooling? El Rapid Tooling es el medio de fabricación de herramientas rápidas. Además, las técnicas antes mencionadas son para servir al propósito de desarrollo de nuevos productos (asignando características de un producto acabado, tales como: la aplicación de materiales adecuados, color, textura, etc., a los modelos de ejemplares mediante métodos RP), y también son obligado a producir un tipo especial de herramientas para la producción de nuevos artículos en series cortas. 27. ¿Qué materiales se pueden se utilizan en tecnologías de Prototipado Rápido? Actualmente, con la ayuda de métodos de desarrollo rápido de prototipos los siguientes materiales pueden ser procesados: (foto) los polímeros, cera, plásticos, nylon, materiales cerámicos, materiales de madera, papel o incluso en polvo de metal. 28. ¿Cuáles son las ventajas de tecnologías de Prototipado Rápido? rápida creación de modelos físicos una parte del modelo está disponible incluso durante el desarrollo de una construcción
son especialmente recomendables en las siguientes situaciones: o piezas de geometría compleja (en su mayoría del interior esquemas) o superficies con formas libres bajo costo de ejercicio, en comparación con otros métodos (fresado, torneado, etc.), especialmente si hay un pequeño número de artículos posibilidad de aplicar diferentes métodos en el rango de toda la cadena de procesos (Rapid Engineering) 29. ¿Cuáles son las desventajas de las tecnologías de Prototipado Rápido? reducidas dimensiones de los objetos construidos Selección de materiales limitados Las piezas de cumplir con los requisitos mecánicos sólo en un ámbito limitado una precisión limitada (alrededor de 0,1 mm), mientras que la calidad de la superficie está condicionada por la técnica de fabricación aplicados con mucha frecuencia un mecanizado de acabado adicional es necesaria 30. ¿Cómo puede ser caracterizado la estereolitografía? La estereolitografía consiste en el endurecimiento de la resina de epoxy o acrílico con láser de baja potencia. Mientras que un modelo de producción, el rayo láser se mueve sobre la superficie de resina líquida fotografía de curado según el contorno de una capa de concreto. Foto‐polimerización – curada en otras palabras ‐ aparece en un lugar donde se irradia la resina por una luz ultravioleta. Cuando se crea, el plano de trabajo se reduce exactamente el valor de un nivel establecido. En ese mismo instante, la resina fluye hacia el modelo de baja y crea otra capa necesaria para la foto‐ polimerización. 31. ¿Cómo podemos caracterizar el sinterizado selectivo por láser (SLS)? La sinterización selectiva por láser ‐ SLS, consiste en solidificar las capas de un material en polvo en lugares específicos a través de una superficie de sinterización de los granos de polvo que se hace por medio de un rayo láser enfocado. En una cámara de trabajo, se coloca una fina capa de polvo (por lo general el espesor de 0.02‐0.2 mm), con la ayuda de un rodillo, en un cilindro por una plataforma de desplazamiento (eje Z). Entonces, un rayo láser de una potencia relativamente alta, controlada por un escáner en el plano XY, hace una sinterización selectiva de polvo de este tipo en un área determinada por la geometría de un determinado corte transversal de un modelo construido, bajo la condición de que la irradiación del haz de láser se regula de tal manera que la fusión de polvo tiene lugar sólo en un área.
32. ¿Cómo se puede caracterizar la fusión selectiva por láser de fusión (SLM)? La fusión selectiva por láser implica la selección (local) de fundición de metales (también de cerámica) en polvo por un rayo láser concentrado, capa por capa, hasta que todo el modelo se ha completado. Las capas del modelo se obtienen mediante la nivelación de una capa fina de polvo de metal y luego de fusión selectiva por láser. El polvo metálico se coloca en un recipiente de muebles con un recorte (hasta incluso la disposición de la capa de polvo), que se alimenta de la bandeja de polvo principal. Después de la fusión de la primera capa del modelo, una plataforma se baja por una distancia determinada (espesor de la capa), entonces la próxima capa de polvo de está puesto, se derrite la capa y la plataforma baja otra vez. 33. Nombre por lo menos tres tecnologías que utilizan polvos metálicos como materia prima. fusión selectivo por láser ‐ SLM El metal sinterizado láser directo ‐ DMLS Manga de fusión electrónica ‐ EBM sinterizado selectivo por láser – SLS 34. ¿Qué es lo que diferencia el haz de electrones de la tecnología de fusión de otras tecnologías utilizando polvos de metal? En la tecnología de la MBE un haz de electrones se utiliza para la fusión de polvo. En otras tecnologías (es decir, SLM) un láser es la fuente de energía. 35. ¿Cómo se caracteriza el laminado de objetos de fabricación (LOM)? LOM consiste en colocar un material, que se encuentra en forma de una lámina delgada, en una pila, pegado por medio de un rodillo calentado y cortar con un láser. Un material de entrada puede ser desarrollado desde un rodillo o puede ser en forma de hojas. Está cubierta (en la parte inferior) con pegamento. La primera capa de una lámina se coloca sobre una plataforma lisa. A continuación, una forma adecuada para una determinada sección de un producto es cortado en una cierta capa de papel de aluminio. Se hace por medio de un láser o, en algunas variaciones LOM ‐ también llamado SAHP en definitiva ‐ con la ayuda de un cortador de control numérico. Después de haber cortado una forma, como pila se mueve por el espesor de la capa, y otra capa se coloca en una de las ya apilados. Se presiona a la pila con la ayuda de un rodillo caliente, y en la fase posterior una forma de sección transversal, que esta vez es adecuado para la nueva capa de un producto potencial, se corta en la capa superficial. Este ciclo se repite hasta que todo el modelo se crea. El material restante, que está fuera de delinear
la forma de un corte transversal, se incide. Esto facilita su retirada después de terminar la construcción de un modelo. Mientras que un modelo se crea, se constituye la estructura de soporte para las capas siguientes. 36. ¿Cómo se caracteriza un modelo de capas de un material fundido (FDM ‐ Fused Deposition Modeling)? FDM implica la colocación de las capas posteriores de una fibra termoplástica aprobada por cabezales térmicos. En el caso de que la construcción de un modelo requiere de apoyo, en cada capa, aparte de la silueta de un modelo adecuado, hay otro material facilitado para la construcción de dicho apoyo. Los materiales para la construcción del modelo y de apoyo se colocan en forma de fibras cruzadas sobre un carrete en la parte posterior de un dispositivo. Entonces, las fibras se desdobla y se pasa a la cabeza y, seguidamente, se calientan a la temperatura de alrededor de 1 ° C superior a la temperatura de fusión del material a fin de obtener un estado semi‐líquido y se colocan en una forma de capa, que se solidifica rápidamente y se combina con la capa anterior convirtiendo en una base para todas las capas posteriores. Las cabezas se mueven en el plano XY, mientras que el plano de espuma, en la que se encuentra un modelo, se mueve en la dirección del eje Z por un valor determinado después de cada capa se crea. 37. Cómo se caracteriza la impresión dimensional (3DP)? La impresión espacial 3‐dimensiones es, en principio, en base a la construcción de un producto añadiendo capas posteriores de la materia. Para implementar este método se utiliza una máquina, cuya construcción contiene una unidad de planos de impresión modificada similares a los utilizados en impresoras de inyección de tinta. Estos chorros (boquillas) están unidos a un carro móvil que se mueve en los ejes X e Y, y que están conectados a un contenedor en el que se almacena el líquido de trabajo. Por otra parte, la construcción contiene dos plataformas móviles colocadas en cámaras. Una cámara se utiliza para la construcción del modelo y en el otro el material de construcción para el modelo se almacena en forma de polvo. Un rollo móvil se utiliza para mover el material de construcción de la plataforma de la cámara de almacenamiento a la plataforma de la cámara de la construcción. La construcción del modelo consiste en la impresión del material de unión en la capa del material de construcción. En la fase inicial de construcción de un producto, la plataforma de la cámara de almacenamiento de material de construcción está poco avanzado, y la plataforma utilizada para la construcción del modelo es avanzado. En el curso de la construcción del producto de las posiciones de las plataformas va a cambiar. Si bien el desarrollo, el despliegue móvil proporciona material de construcción en polvo a la superficie de la plataforma de difusión que para
un espesor suficiente, y la nivelación de su superficie. A continuación, la trama de impresión de chorros de una capa del ligante líquido sobre la capa de polvo dispuestos. El material de unión se dosifica exactamente en esos lugares, que corresponden a la forma de la sección transversal de una capa determinada del producto. Siempre se une a la carpeta de material de construcción y por lo tanto se obtiene la primera capa del producto. El polvo desconectado crea la estructura de soporte, que es una gran comodidad porque no hay necesidad de construir y construir soportes artificiales. A continuación, la plataforma de la cámara en que se asienta el producto se reduce por la distancia correspondiente al espesor de la capa siguiente y la plataforma en la cámara de almacenamiento de los materiales se eleva, lo que permite una dosificación otra "porción" de polvo. Los diferentes rodillos móviles y los niveles de polvo en la superficie creada antes por las capas. En la etapa siguiente, los chorros de impresión proporcionaran material obligatorio en los lugares adecuados. Como resultado de unir el polvo con la carpeta, se crea otra capa, y al mismo tiempo la carpeta hace que la fusión de la nueva capa de polvo de la envolvente con la capa ya creada. De manera similar, las siguientes fases de construcción de modelos se realizan hasta que la totalidad del producto se obtiene. 38. ¿Cómo debe ser entendido La Ingeniería Inversa? La Ingeniería Inversa (RE) es una tecnología de redescubrir las normas de construcción de un objeto ya existente. Se utiliza para identificar los supuestos, según la cual el objeto fue diseñado y realizado. En la industria manufacturera, por lo general incluye la reconstrucción de la geometría de un producto, principio de funcionamiento y a veces también los materiales que se utilizaron para crearlo. 39. Da 2 ejemplos de aplicación de ingeniería inversa en la industria. introducción de correcciones a los prototipos o se han producido ya los elementos la recuperación o generación de documentación de un producto determinado fabricación de productos individualizados Paquete de fabricación provistos por la forma con el producto control de la calidad geométrica 40. ¿Cómo ayuda a la ingeniería inversa con el desarrollo de un producto diseñado por un estilista? El modelo de producto se crea en arcilla, yeso o madera. En el siguiente paso es el modelo digitalizado a un modelo de computadora que puede utilizarse en el desarrollo de productos y su introducción a la producción.
41. ¿Es posible para hacer un producto nuevo seguir la geometría de un objeto existente? Explique. Sí, con ingeniería inversa, podemos digitalizar un objeto físico, y sobre esa base de datos, desarrollar un nuevo producto que ha de proceder que dan forma. 42. ¿Cómo puede una evaluación de un producto de precisión geométrica hacerse con métodos de ingeniería inversa? La evaluación de la precisión geométrica de un producto con ingeniería inversa consiste en la digitalización de un producto fabricado y comparando los datos recibidos de esta manera con la modalidad del modelo del producto. 43. ¿Cuáles son los dos métodos principales de clasificación de los métodos de digitalización? Dependiendo del estado del objeto después de examinar el proceso de digitalización, los métodos de medición de la forma se clasifican en destructivos y no destructivos. Con respecto al tipo de interacción entre el dispositivo de medición y el objeto, los métodos se pueden dividir en contacto (mecánica) y sin contacto. 44. ¿Cuándo es razonable usar un método destructivo de la digitalización? Los métodos destructivos de exploración se utilizan cuando queremos llegar a saber sobre el interior de la estructura y es posible destruir el objeto medido. 45. ¿Qué métodos de ingeniería inversa permiten reconocer la estructura interna de un objeto? La medición de la estructura interna de un objeto es posible con: exploración y métodos destructivos que utilizan los rayos X (tomografía computarizada), las ondas electromagnéticas (resonancia magnética) y ultrasonido (ecografía). 46. Caracterizar el proceso destructivo de exploración. Los procesos destructivos de exploración se basan en un corte repetido de una fina capa de un objeto desde la parte superior y tomar fotografías de la superficie expuesta. Antes de proceder a la digitalización, un objeto está rodeado con una resina curable que lo protege contra daños durante el corte y se asegura un contraste adecuado de fotografías. El modelo digital
del objeto se realiza con base en el set de fotografías de todas las secciones. 47. ¿Qué es el escaneado por contacto? Se basa en llevar una sonda de contacto a lo largo de la superficie de un objeto y el registro de coordenadas de los puntos posteriores, que están distantes entre sí por un intervalo predeterminado. De esta manera se crea una imagen digital de la superficie del objeto en forma de una nube de puntos. 48. ¿Cuáles son las desventajas del escaneado por contacto? Contacto de exploración tiene una desventaja fundamental ‐ la incapacidad de digitalización de objetos hechos de materiales blandos (es decir, de caucho). 49. ¿Qué método de digitalización es el más rápido? La solución más eficiente, por lo que al momento de la exploración se refiere, es una digitalización simultánea de toda la superficie disponible de un objeto, que es posible con los dispositivos que utilizan la luz estructural. 50. ¿Qué es un resultado típico de la digitalización con los métodos de ingeniería inversa? Una nube de puntos:
51. Nombra métodos ópticos basados en punto. Método de Medición de Distancia Radar láser Punto de triangulación láser basado
52. ¿Cómo consigue un modelo de superficie en forma de una malla triangular? Es posible por polígonos de una nube de puntos:
Caracterizar las capacidades de medición de los escáneres de contacto. Con los escáneres de contacto se pueden medir superficies de varias maneras, a partir de simples medidas geométricas (longitud, diámetro, ángulo, etc.) a través de barrido 2D en una superficie seleccionada, hasta se dio cuenta de digitalización en 3D de varias maneras (a lo largo del eje X, a lo largo del eje Y , en cualquier ángulo o radial). También es posible llevar a cabo la digitalización de un modo manual, llevando el lápiz óptico de la sonda de forma manual a través de la superficie del objeto. ¿Cuáles son las ventajas de la medición de los brazos sobre los dispositivos de digitalización? ¿Cuándo se justifica utilizar las armas? La principal ventaja de brazos de medición, además de un precio relativamente bajo en comparación con otros sistemas, es su movilidad. Pueden ser utilizados en todos los casos en que el transporte del objeto al laboratorio de medición sea imposible. ¿Qué aspectos deben tenerse en cuenta en la planificación de la digitalización? El primer paso se refiere a la digitalización en 3D de la planificación del proceso, cuya tarea es seleccionar el equipo de medición, el método de medida y la forma de salida de datos, elaborar las estrategias de medición, así como establecer los parámetros de digitalización. ¿Cuándo es suficiente una malla triangular, como resultado de la reconstrucción?
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56.
La malla triangular es una forma de datos que permite la visualización de objetos, por ejemplo, en sistemas de realidad virtual, y para la fabricación de una réplica del objeto.
57. ¿Qué puede ser un efecto de la reconstrucción de un proceso típico de Ingeniería Inversa? Normalmente se trata de un modelo de superficie NURBS.
