технические средства 3D моделирования

твердотельными объектами и с поверхностями. При этом можно “отрезать” поверхностью часть твердого тела, превращать замкнутый поверхностями объем в твердое тело и т. п. Гибридное моделирование позволяет сочетать все удобства твердотельного моделирования с возможностью построения объектов сколь угодно сложной геометрической формы.
До сих пор очень не хватало поддержки обратного инжиниринга, который позволяет проводить цифровое сканирование существующих элементов и сохранять данные в виде фасетных моделей. Фасетные модели также получаются в результате генеративного проектирования, позволяющего генерировать альтернативные варианты конструкции. Модели для 3D-печати, которые также являются фасетными, необходимо редактировать. Все три метода работают с фасетными данными, при этом ни параметрическое, ни прямое моделирование не поддерживают этот тип геометрии.
Тем не менее технологии для работы с фасетной геометрией существуют. С помощью фасетного моделирования инженеры могут улучшать качество сетки, добавлять или удалять материал. До сих пор основной проблемой было отсутствие CAD - приложения, которое объединяло бы параметрическое и прямое моделирование с фасетным моделированием. В такой ситуации инженерам приходилось без конца переносить геометрию из одного приложения в другое. В результате такого переноса регулярно возникали ошибки. Кроме того, конструкторам нужно было разбираться в интерфейсах разнообразных приложений. Таким образом, тратилось время и падала производительность работы.
На сегодняшний день появляются решения, способные избавить инженеров от этой проблемы. Некоторые CAD - приложения интегрировали параметрическое, прямое и фасетное моделирование в единую среду. Эти решения обещают повысить продуктивность инженеров небольших и средних компаний.
Обратный инжиниринг - один из самых старых методов в истории проектирования. Этим термином обозначают процесс получения геометрии уже готового изделия или физического объекта. Это делается, например, для разработки новой конструкции, которая будет улучшенным вариантом уже существующей, или для создания нового компонента, который нужно вписать в уже имеющийся. Обратный инжиниринг необходим, когда у инженера нет документации или 3D - модели на нужное изделие. Так бывает, когда компания, изготовившая изделие, закрылась или когда изделие было изготовлено еще до начала эры компьютерных технологий. В любом случае, когда нужен обратный инжиниринг, процесс начинается с уже существующего изделия и разворачивается в обратном порядке: от реального объекта к элементу проектирования.
Обратный инжиниринг таких компонентов может включать исследования, физические испытания и демонтаж изделия, который необходим, чтобы понять, как оно работает. Кроме того, цифровое 3D - представление изделия нужно для традиционных последующих этапов, таких как поставка, технологическая подготовка производства, обеспечение качества и т.д. Чтобы получить это цифровое представление, обычно производят 3D - сканирование.
В процессе сканирования физического объекта различные датчики делают тысячи измерений. В результате создается облако точек. Затем при помощи ПО для моделирования между этими точками создаются плоскости и получается геометрия сетки.
В зависимости от конечной цели сценарий обратного инжиниринга может меняться. Цели могут быть следующими:
• cканирование - поверхность. В этом случае инженер хочет отсканировать физический элемент и разработать цифровую 3D-модель его поверхности, - чтобы потом, к примеру, интегрировать ее в конструкцию, созданную методом параметрического или прямого моделирования;
• сканирование - печать. В этом случае инженер сканирует физический элемент, чтобы создать его физическую копию методом 3D-печати. Интересно отметить, что в этом сценарии вообще не используется традиционный подход к моделированию;
• сканирование - траектория. В этом случае инженер сканирует физический элемент, чтобы воспроизвести его с помощью традиционных методов обработки.
У каждого из этих сценариев есть модификации. После сканирования инженер решит добавить отверстия, ребра или что - то еще, что может понадобиться для крепления или присоединения другого объекта. В перечисленных ситуациях работа с фасетной геометрией в традиционных CAD - приложениях разбивается на несколько этапов, поскольку ни одно из них не может предложить необходимую комбинацию возможностей.
Генеративное проектирование, в отличие от обратного инжиниринга, относится к самым передовым технологиям. Общая идея заключается в том, что с помощью программного обеспечения можно создать определенное количество различных конструктивных решений, задав ограничения. Этот метод использует такие технологии, как топологическая оптимизация, которая запускает структурное численное моделирование и убирает материал, не несущий нагружения. В то же время для определения оптимального соотношения веса и прочности в генеративном проектировании используются модели поведения, взятые из природы. Например, рост колоний бактерий или эволюция скелета. Эти модели поведения используются для автоматизации других функций проектирования. Учитывая загруженность современных инженеров, возможность получить альтернативные варианты из независимого источника является огромным преимуществом.
Генеративное проектирование основано на анализе методом конечных элементов, который разбивает конструкции на элементы и вершины. Во время удаления материала программа убирает некоторые элементы из тех, что не несут нагружения. Финальный этап такого анализа конструкции - получение геометрии сетки практически как в обратном инжиниринге.
После того как инженер выбирает один из вариантов, предложенных системой генеративного проектирования, он использует его в дальнейшем процессе разработки. Ситуации могут быть следующими:
• сетка - поверхность. В этом случае инженер хочет сделать на основе фасетной геометрии стандартную 3D - модель. Например, для того