Praca z plikami STL w NX – inżynieria odwrotna i nie tylko

Z biegiem czasu obserwuje się rosnące zainteresowanie obróbką brył wielokątowych, np.: z formatu STL. Ma to związek z coraz większą dostępnością technologii skanowania 3D, a także chęcią wykorzystania plików spoza programów CAD. W odpowiedzi na zapotrzebowanie klientów, program NX oferuje szereg zróżnicowanych narzędzi do obróbki tego typu modeli. W niniejszym wpisie zostaną one przedstawione i porównane ze sobą, w zależności od tego, jaki jest oczekiwany efekt pracy.

Narzędzia do obróbki plików STL można podzielić, przede wszystkim, ze względu na finalny efekt pracy. W zależności od wybranej metody rezultatem będzie bryła BREP, model hybrydowy lub wielokątowy. Poniżej zamieszczono diagram pokazujący proces decyzyjny, który ma określić, jaką metodę przyjąć.

Rys. 1. Diagram prezentujący proces wyboru metody pracy na modelach STL.

Polygon Modeling

Polygon modeling jest zbiorem operacji, które umożliwiają bezpośrednią edycję bryły STL. Zaliczyć do nich można te podstawowe, skupiające na łataniu otworów, wygładzaniu i usuwaniu niedoskonałości powierzchni. Ponadto w ich skład wchodzą operacje modyfikujące kształt, tj. nadawanie faz i zaokrągleń, czy odsuwanie powierzchni.

Rys. 2. Wygładzanie bryły STL

Rys. 3. Tworzenie zaokrąglenia na byle STL 

Efektem pracy jest bryła STL, którą można następnie obrobić w środowisku CAM lub przesłać bezpośrednio na drukarkę za pomocą aplikacji Additive Manufacturing. 

Convergent modeling

Convergent Modeling jest autorską technologią firmy Siemens. Umożliwia ona edycję brył wielokątowy standardowymi operacjami CAD. W pierwszej kolejności należy tutaj wymienić możliwość zastosowania operacji Boole'a, tj. dodawania/odejmowania STLi od konwencjonalnych brył oraz na odwrót.

Rys. 4. Efekt odjęcia bryły STL od konwencjonalnej bryły za pomocą operacji Boole'a

Na przeszkodzie do użycia standardowych operacji przy edycji brył wielokątowych jest ich brak podziału na ścianki. W tym celu utworzono operacje, które mają na celu wyodrębnienie ścianek na STLach. Można do nich zaliczyć:

1. Podziel ściankę uproszczoną – do podziału powierzchni STLa na wybrane obszary, przy zachowaniu początkowej struktury modelu. Model końcowy nadal zbudowany jest w całości z wielokątów
2. Zastąp siatkę ścianką – która zastępuje fragment STLa ścianką parametryczną: płaską, walcem, stożkiem lub sferą. Model końcowy jest modelem hybrydowym, ponieważ składa się częściowo z wielokątów, a częściowo z parametrycznych ścianek.

Rys. 5. Zastępowanie fragmentu bryły STL za pomocą analitycznej ścianki

Więcej informacji >>

Inżynieria odwrotna

Inżynieria odwrotna jest procesem odzyskania pierwotnej geometrii CAD na bazie wymiarów rzeczywistego elementu, np.: uzyskanych za pomocą skanowania 3D. Jest to termin bardzo szeroki. W niniejszym artykule oznacza on odzyskiwanie ścianek pojedynczo, na podstawie analizy kształtów podstawowych lub krzywizny bryły STL. Cechuje się on dużą czasochłonnością oraz wymaga umiejętności zaawansowanego modelowania powierzchniowego. Jednak pozwala on na uzyskanie bryły BREP o jakości nieodbiegającej od modeli oryginalnych.

Rys. 6. Przykładowy proces inżynierii odwrotnej

Rapid surfacing

Aby przyspieszyć proces inżynierii odwrotnej, użytkownicy programu NX mogą skorzystać z polecenia Rapid Surfacing (z obiektu STL). Pozwala ono na odzyskanie fragmentu modelu, zaznaczonego granicą. Dla zmniejszenia odchyłki tworzonej ścianki od pierwotnej geometrii polecenie to pozwala na regularny podział obszaru na zadaną liczbę części. Podział ten różni się on naturalnego podziału, który można uzyskać poleceniami opisywanymi w poprzednim punkcie. Jednak za cenę gorszej jakości i często większej odchyłki, proces ten jest zdecydowanie szybszy i łatwiejszy do przeprowadzenia.

Rys. 7. Przykładowe zastosowanie operacji Rapid Surfacing 

Realize Shape

Jest aplikacją do szybkiego tworzenia designu. Posiada szereg poleceń umożliwiający plastyczne kształtowanie modelu, m.in.: Struktura z obiektu uproszczonego. Pozwala ona na automatyczne odbudowanie całości lub fragmentu bryły z obiektu STL. Ze względu na charakter tej aplikacji bryły te jednak cechują się dużą płynnością kształtów. Dlatego najlepiej sprawdzi się ona do naturalnych kształtów, najlepiej pozbawionych ostrych krawędzi i gwałtownych zmian krzywizny.

Rys. 8. Odzyskanie fragmentu bryły STL za pomocą narzędzia Realize Shape