Изготовление нанокомпозитов на основе эластомеров

Как и любое высокотехнологичное устройство, 3D-принтер для своей работы требует соответствующего программного обеспечения. Это ПО довольно специфично, так как в результате его работы должно быть получено не плоское, а трёхмерное изображение. При этом полученная модель должна полностью соответствовать поставленной оператором задаче.

Для полноценной работы с 3D-принтером необходимы как программы, направляющие работу самого робота - управляющие программы, так и 3D-редакторы, которые позволяют выполнить оборудованию конкретную задачу.  При работе с 3D-принтером используют:

- язык STL (для описания поверхности заданной модели используются треугольники),

- язык X3D (отсчёт идёт от заранее заданного профиля, построен на XML-стандарте),

- стандарт VRML (работает с треугольниками, в которых нет общих точек).

Системы автоматизированного проектирования (САПР) позволяют создавать 3D модели для последующей печати. САПР -  это система, реализующая проектирование, при котором все проектные решения или их часть получают в результате вычисления и составления математических моделей на ЭВМ. В области классификации САПР используется ряд устоявшихся англоязычных терминов, применяемых для классификации программных приложений и средств автоматизации САПР по отраслевому и целевому назначению. По целевому назначению различают САПР или подсистемы САПР, которые обеспечивают различные аспекты проектирования: CAD, CAM, CAE и т.п. Многие системы автоматизированного проектирования совмещают в себе решение задач, относящихся к различным аспектам проектирования CAD/CAM, CAD/CAE, CAD/CAE/CAM. Такие системы называют комплексными, или интегрированными.

С помощью CAD-средств создаётся геометрическая модель изделия, которая используется в качестве входных данных в системах CAM и на основе которой в системах CAE формируется требуемая для инженерного анализа модель исследуемого процесса.

Рассмотрим самые популярные и широко используемые 3D-редакторы и программы для 3D-принтеров, позволяющие создавать 3D модели с последующим сохранением в необходимом формате для применения на 3D принтере. 

SolidWorks (Солидворкс) -- программный комплекс, разработанный в 1993 году, САПР для автоматизации работ промышленного предприятия на этапах конструкторской и технологической подготовки производства. Обеспечивает разработку изделий любой степени сложности и назначения. Разработан компанией SolidWorksCorporation, ныне являющейсянезависимым подразделением компании DassaultSystemes (Франция). Различные конфигурации SolidWorks: Standard, Professional и Premium применяются для разработки изделий любой степени сложности и назначения, включая механизмы, сложные сборки, оснастку, металлоконструкции, промышленные объекты, коммуникации, РЭА, электротехнику, изделия из листового материала, ТНП, упаковку и пр.

Рис. 1. Рабочий лист SolidWorks

Для непосредственного 3D моделирования с последующей подготовкой файла для печати необходима базовая конфигурация SolidWorksStandard, которая включает следующие модули и функционал:

1.Технологии моделирования: твердотельное, поверхностное, каркасное моделирование и гибридное параметрическое моделирование, прямое редактирование геометрии.

2. Специализированные направления проектирования (основные модули):

- Листовой металл. Проектирование от «согнутого состояния», проектирование от «развертки», преобразование твердотельных деталей в листовые, создание кромок, фланцев, каемок, автоматическое формирование внешних и внутренних углов, создание элементов выштамповки и ребер жесткости, создание сварных швов, снятие напряжений в углах, создание вентиляционных отверстий. Расчет развертки по нейтральной поверхности, по припуску на сгиб, по таблице сгибов.

- Изделия из пластмасс. Работа с парой корпус-крышка, создание монтажных бобышек, создание замков-фиксаторов, создание монтажных канавок с замками и без, создание вентиляционных отверстий. Назначение литейных уклонов, анализ распределения толщин детали, анализ литейных уклонов и поднутрений.

- Металлоконструкции. Проектирование по конструктивно-силовой схеме, автоподрезка профилей, создание косынок и торцевых пробок, управление спецификацией металлоконструкции, создание сварных швов.

- Пресс-формы и штампы. Усаска изотропная и анизотропная, автоматическое формирование линии и поверхности разъема с возможностью ручной корректировки, создание пуансона, матрицы, знаков. Библиотека стандартных компонентов (плиты, толкатели и пр.) HASCO.

- Проектирование изделий сложной формы. Создание поверхностей разных типов, гладкая стыковка лоскутов поверхностей до второй производной, создание поверхностей на основе кривых, массивов точек и уравнений, использование кривых Безье и NURBS, прямое управление кривизной поверхности, разные способы деформации поверхностей, инструментарий анализа построений и пр.

- Проектирование сборок. Проектирование «снизу вверх» и «сверху вниз». Проектирование от концепции. Работа со сложными сборками: SpeedPak - управление производительностью системы, управление отображениями, управление конфигурациями, работа с мозаичными данными, режим сокращенных сборок и чертежей.

- Эскизное проектирование. Эскизная компоновка изделия, включая отработку движения механизмов. SolidWorksTreehouse - опережающая разработка структуры сборки/изделия.

- Библиотеки проектирования. Единая библиотека физических свойств материалов, текстур и штриховок. Типовые конструктивные элементы, стандартные детали и узлы, элементы листовых деталей, профили прокатного сортамента и т.п. Библиотека стандартных компонентов от поставщиков-производителей.

- Инженерный анализ. Экспресс-расчеты массово-инерционных характеристик, кинематики и динамики механизмов, прочности и аэро/гидродинамики.

- Анализ технологичности модели. Механообработка, обработка листа, литье.

- Оформление чертежей по ЕСКД. Двунаправленная ассоциативность 3D модели, чертежа и спецификации. Поддержка зонирования и ординатных угловых размеров. Использование библиотек оформления КД по ГОСТ: специальные символы, базы, допуски и посадки, шероховатости, клеймение и маркировка, технические требования, элементы гидравлических и электрических схем и т.д.

- Анимация. Создание мультипликации (анимаций) на основе 3D моделей.

Компас (сокращение от «комплекс автоматизированных систем»)-еще один представитель программного обеспечения по созданию моделей для AF технологий, разработанный специалистами АСКОН. Данная программа открывает огромные возможности перед профессиональным пользователем для решения сложных задач, связанных с построением различных поверхностей. Для этого в нём имеется обширная внутренняя база библиотек и развитый инструментарий, как и в SolidWorks, для работы с ней.

«Компас» выпускается в нескольких редакциях: «Компас-График», «Компас-СПДС», «Компас-3D», «Компас-3DLT», «Компас-3DHome». «Компас-График» может использоваться и как полностью интегрированный в «Компас-3D» модуль работы с чертежами и эскизами, и в качестве самостоятельного продукта, предоставляющего средства решения задач 2D-проектирования и выпуска документации. «Компас-3DLT» и «Компас-3DHome» предназначены для некоммерческого использования, «Компас-3D» без специализированной лицензии не позволяет открывать файлы, созданные в этих программах. Такая специализированная лицензия предоставляется только учебным заведениям.

Основные компоненты «Компас-3D» - собственно система трёхмерного твердотельного моделирования, универсальная система автоматизированного проектирования «Компас-График» и модуль проектирования спецификаций.

Система «Компас-3D» предназначена для создания трёхмерных ассоциативных моделей отдельных деталей и сборочных единиц, содержащих как оригинальные, так и стандартизованные конструктивные элементы.Параметрическая технологияпозволяет быстро получать модели типовых изделий на основе однажды спроектированного прототипа.

Многочисленные сервисные функции облегчают решение вспомогательных задач проектирования и обслуживания производства.

Благодаря простоте освоения и в то же время широким возможностям для проектирования, на сегодняшний день является одной из наиболее популярных CAD-программ на российском рынке, основными направлениями ее применения являются машиностроение и строительство.

T-Flex - система автоматизированного проектирования, обладающая всеми современными средствами для разработки проектов любой сложности. Программа объединяет мощные параметрические возможности трехмерного моделирования со средствами создания и оформления конструкторской документации. 

Рис. 2. Рабочее окно T-flex

Система T-FlexCAD полностью параметрическая, основанная на принципиально новом подходе к созданию САПР и к интуитивно понятному проектированию параметрических моделей. В T-FlexCAD элементы модели могут быть связаны параметрами и геометрическими отношениями (параллельность, перпендикулярность, касание и т.д.). Все параметры чертежа могут быть выражены с помощью переменных, рассчитаны по формулам, выбраны из баз данных. Любой чертеж или 3D модель могут быть включены в пользовательскую библиотеку, а создание библиотек не требует обращения к разработчикам или программистам. Не требуется и приобретение специальных модулей создания библиотек - все входит в стандартную поставку системы. Благодаря широкому набору инструментов T-FLEXCAD является отличным выбором для решения любых проектных задач в различных отраслях промышленности: машиностроении, приборостроении, авиастроении, станкостроении, мебельном производстве, строительстве и т.д.

Основные модули и функционал T-FlexCAD:

-                   быстрое 2D-эскизирование

-                   параметрическое 2D-проектирование

-                   подготовка конструкторской документации

-                   3D-моделирование деталей

-                   создание 3D-сборок

-                   геометрический анализ 3D-моделей и сборок

-                   инженерный анализ деталей и конструкций

-                   оптимизация деталей и конструкций

-                   создание фотореалистичных изображений

NXUnigraphics - система автоматизированного проектирования, от мирового лидера в разработке программного обеспечения SiemensPLMSoftware.

NXUnigraphics (сокращенно UGS) обладает мощными и функциональными инструментами, интегрируя все аспекты процессов «от проектирования до производства» в единое высокотехнологичное решение для создания полного цифрового макета изделия. Построенный на открытой технологии, NX предлагает неограниченные возможности для достижения максимальной производительности на всех этапах создания изделия.

NXUnigraphics значительно превосходит обычные САПР в вопросах промышленного дизайна, являясь полным решением для создания новых конкурентоспособных инновационных изделий. NX позволяет учитывать форму и функциональность изделия наравне с другими требованиями, выдвигаемыми в ходе подготовки производства. Гибкие средства проектирования базируются на надежной платформе, обеспечивающей однородность данных и ассоциативную связь компонентов изделия, и способствуют рождению инновационных идей. Конструкторские и дизайнерские службы получают все необходимые инструменты для разработки стиля и конструкции изделия, а единая система гарантирует легкий переход между этапами жизненного цикла изделия от идеи разработки до запуска в производство.

Широкие возможности моделирования, анализа и визуализации в NX обеспечивают разработчику полную свободу создания концептуального дизайна изделия. Система позволяет создавать идеи, как «сырые» и требующие последующей проработки концепции изделия, так и выполненные с высокой степенью детализации, вплоть до создания фотореалистичных изображений уже спроектированных изделий.

Начиная с версии NX 9 разработчиками создана специальная инструментальная панель создания объемных моделей для AF-технологий (рисунок 3).

Рис. 3. Инструментальная панель АМ

Она позволяет создавать не только модель, но распределять поддерживающий каркас и необходимые элементы, определить ориентацию построения, разбить деталь на элементарные единицы и т.п.

 Конструкторско-технологическая подготовка к применению AF-технологий в производстве базируется на основных нормативных документах:

- ГОСТ 2.051-2013 «Единая система конструкторской документации. электронные документы. Общие положения.» - стандарт устанавливает общие требования к выполнению электронных конструкторских документов изделий всех отраслей промышленности

- ГОСТ 2.052-2006. «Единая система конструкторской документации. Электронная модель изделия. Общие положения» - стандарт устанавливает общие требования к выполнению электронных моделей изделий (деталей, сборочных единиц) машиностроения и приборостроения

- ГОСТ 2.503-2013. «Единая система конструкторской документации. Правила внесения изменений» - стандарт устанавливает правила внесения изменений в конструкторские и технологические документы.