MECCATRONICA Modulo 9: Prototipazione Rapida

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1 MECCATRONICA Modulo 9: Prototipazione Rapida Soluzioni (concetto) 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 Università Tecnica di Breslavia, Polonia Concetto europeo per la Formazione Continua in Meccatronica di personale esperto nella produzione industriale globalizzata Progetto UE no Minos, durata dal 2005 al 2007 Progetto UE no. DE/08/LLP-LdV/TOI/ MINOS ++, durata dal 2008 al 2010 Il presente progetto è finanziato con il sostegno della Commissione europea. L autore è il solo responsabile di questa pubblicazione (comunicazione) e la Commissione declina ogni responsabilità sull uso che potrà essere fatto delle informazioni in essa contenute.

2 Partners per la creazione, valutazione e diffusione dei progetti MINOS e MINOS**. - Chemnitz University of Technology, Institute for Machine Tools and Production Processes, Germany - np neugebauer und partner OhG, Germany - Henschke Consulting, Germany - Corvinus University of Budapest, Hungary - Wroclaw University of Technology, Poland - IMH, Machine Tool Institute, Spain - Brno University of Technology, Czech Republic - CICmargune, Spain - University of Naples Federico II, Italy - Unis a.s. company, Czech Republic - Blumenbecker Prag s.r.o., Czech Republic - Tower Automotive Sud S.r.l., Italy - Bildungs-Werkstatt Chemnitz ggmbh, Germany - Verbundinitiative Maschinenbau Sachsen VEMAS, Germany - Euroregionala IHK, Poland - Korff Isomatic sp.z.o.o. Wroclaw, Polen - Euroregionale Industrie- und Handelskammer Jelenia Gora, Poland - Dunaferr Metallwerke Dunajvaros, Hungary - Knorr-Bremse Kft. Kecskemet, Hungary - Nationales Institut für berufliche Bildung Budapest, Hungary - Christian Stöhr Unternehmensberatung, Germany - Universität Stockholm, Institut für Soziologie, Sweden Articolazione del materiale didattico Minos : moduli 1 8 (manuale, soluzioni e esercizi): Conoscenze fondamentali/ competenze interculturale, gestione del progetto/ tecnica pneumatica/ azionamenti elettrici e controlli automatici/ componenti meccatronici/ sistemi meccatronici e funzioni/ attivazione, sicurezza e teleservizio/ manutenzione remota e diagnosi Minos **: moduli 9 12 (manuale, soluzioni e esercizi): Prototipazione Rapida/ robotica/ migrazione/ Interfacce Tutti i moduli sono disponibili nelle seguenti lingue: tedesco, inglese, spagnolo, italiano, polacco, ceco e ungherese Per ulteriori informazioni si prega di contattare Dr.-Ing. Andreas Hirsch Technische Universität Chemnitz Reichenhainer Straße 70, Chemnitz Tel.: + 49(0) Fax.: + 49(0) minos@mb.tu-chemnitz.de Internet: oder

3 1. Che cosa è un CAD? CAD è l'acronimo di Computer Aided Design. Questo tipo di software permette di progettare un elemento di dettaglio o un meccanismo inventato da un ingegnere. I sistemi CAD supportano i processi di costruzione e di progettazione, e sono utilizzati per il disegno e la modellazione geometrica. 2. Che cosa è la modellazione geometrica? La modellazione geometrica è una tecnica utilizzata per descrivere le forme di un oggetto. I sistemi CAD consentono di migliorare il processo di progettazione, nonché di ridurre i tempi di sviluppo del prodotto. 3. Come velocizzare il design? I sistemi CAD includono librerie di oggetti pronti (viti, cuscinetti, ecc) che possono essere utilizzati in opere di design. Un costruttore non ha modo di utilizzare vari tipi di cataloghi, mentre cerca un qualsiasi elemento. Questi possono essere trovati nel sistema di base o è possibile scaricare il modello 3D per il proprio design. 4. Quali sono le caratteristiche principali dei sistemi CAD? Le principali caratteristiche dei sistemi CAD sono: modellazione geometrica di oggetti creazione e modifica della documentazione di costruzione il risparmio e la conservazione di documentazione in forma elettronica sia come file o database lo scambio di dati con altri sistemi la creazione di progetti tridimensionali di elementi costruiti la creazione di schemi di montaggio di diverse parti separate Lavorare su un singolo progetto a molte persone aggiornamento automatico di tutti i disegni di montaggio dopo la sostituzione di uno di loro stima dei costi automatica, cooperazione con il magazzino, ecc 5. Quali sono i vantaggi derivanti dall'utilizzo di sistemi CAD? Vantaggi dell'utilizzo di sistemi CAD: possibilità di determinare la soluzione ottimale di progettazione miglioramento della qualità della soluzione ottenuta (precisi modelli matematici) alleviare il progettista dalle perdite di tempo delle tipiche e noiose routine (messe in tavola, calcoli) maggiore possibilità di utilizzare soluzioni progettuali esistenti, grazie alle banche dati informatiche alle norme e cataloghi esistenti

4 possibilità di simulare il comportamento del manufatto progettato in varie condizioni, nella fase di progettazione 6. Quali sono le tappe del processo di progettazione in un sistema CAD? Un processo CAD è composto da 6 fasi : Riconoscimento dei bisogni definizione del problema sintesi analisi e ottimizzazione valutazione presentazione 7. Specificare i tipi di modelli in un CAD. Nei CAD, sono utilizzati due tipi di modelli geometrici In CAD: piatto/piano con contorni spaziale utilizzandoelementi tridimensionali 8. Che cosa è un STL? STL - Lingua standard di triangolazione - è un formato base dello scambio di dati in processi di prototipazione rapida. Il compito principale del formato è il trasferimento di modelli CAD 3D a dispositivi di Rapid Prototyping. Attualmente la maggior parte dei programmi CAD / CAM hanno la capacità di salvare il modello in formato STL, che potrebbe essere letto da quasi tutti i sistemi di Rapid Prototyping. 9. Come viene costruito un modello STL (un disegno sarà utile)? Un STL è costituito da un elenco di superfici triangolari, chiamato anche la griglia triangolare, che è definita come un insieme di vertici, spigoli e triangoli collegati fra loro in modo tale che ogni spigolo e vertice è condiviso da almeno due triangoli adiacenti (la regola del vertice-avertice). In altre parole, la griglia triangolare rappresenta un approssimazione delle superfici di un modello 3D salvato nel formato STL. La rappresentazione, tuttavia, ignora elementi come punti, linee, curve, livelli e colori.

5 10. Che cosa dice la regola del vertice a vertice? Versione 1 Ogni bordo e ogni vertice del triangolo sono comuni ad almeno due triangoli adiacenti. Versione 2 Ogni triangolo condivide due vertici con i triangoli adiacenti, e nessun vertice di un triangolo può stare su un lato di un altro triangolo. Per soddisfare la regola del "vertice-a-vertice, il triangolo 1 dovrebbe essere diviso in due triangoli come indicato in figura "b" o i triangolo 2 e 3 dovrebbero essere unificati come indicato in figura "c". 11. Quali parametri descrivono un triangolo? Un triangolo è descritto da un insieme di coordinate X, Y, Z, di ogni vertice e dal vettore normale, diretto da una data superficie verso l'esterno del modello. 12. Come può essere determinato l'orientamento di un triangolo in un STL? 1. Basandosi su di un vettore normale, diretto verso l esterno. 2. Osservando il modello dal suo esterno, l'ordine dei vertici è in senso

6 antiorario. Nella figura sopra, sono presentate due superfici triangolari. La superficie sulla sinistra si vede dal di dentro, questo è indicato dalla disposizione in senso orario dei vertici del triangolo e dalla direzione del vettore normale. La situazione opposta si verifica nel caso del triangolo a destra, visto dal di fuori del modello. 13. Quali sono gli errori e difetti più comuni nel formato STL? Incompatibilità con la regola del vertice a vertice Variabilità (dispersion) Superfici degeneri Errori nei modelli Ridondanza 14. Quali sono le attività di pre-processo nel Rapid Prototyping? Un modello CAD esportato in formato STL deve essere preparato per il processo di costruzione su uno dei dispositivi di prototipazione rapida. Le attività di Pre-processo possono essere effettuate in uno dei programmi dedicati, che consentono l'elaborazione di file STL. 15. Descrivere almeno 4 operazioni che sono possibili nelle attività di pre-processo del Rapid Prototyping. Visualizzazione, misurazione, manipolazione del modello Fissaggio dei file STL, ritaglio di superfici, rilevamento dei triangoli raddoppiati

7 Preparazione delle intersezioni nei file STL, fori (perforazione), superficie tirate operazioni booleane, riduzione dei triangoli, smoothing, aggiunta di didascalie o note (caratteri) Rilevamento delle collisioni Colorazione dei file STL Divisione dei modelli in strati Generazione delle strutture di supporto 16. Che cosa sono le strutture di sopporto e dove sono utilizzate? L'opzione di struttura di sostegno può essere trovata su dispositivi basati su materiali in polvere (metalli, ceramica, gesso, ecc.). I supporti in tali tecnologie sono necessari per garantire la stabilità durante la rimozione dell elemento prodotto così come per l irrigidimento degli strati iniziali, in modo che, mettendo un altro strato di polvere di materiale, lo strato precedentemente costruito e la rigidezza dell elemento progettato non vengano danneggiati. 17. Che cosa è la prototipazione rapida? La prototipazione rapida è un metodo per una veloce, fabbricazione strato per strato di modelli fisici direttamente da modelli CAD. 18. Cosa differenzia le tecnologie di Rapid Prototyping da quelle tradizionali? Tutti i metodi sono simili tra loro e si basano su una produzione incrementale (senza sprechi) del modello. Pertanto, esse sono completamente diverse dai metodi classici di produzione di un modello fisico (tornitura, fresatura, ecc), dove la formazione di oggetti avviene attraverso la rimozione meccanica del materiale (lavorazione con residui). La creazione di modelli con tecniche RP, dove ogni strato successivo è un riflesso esatto della sezione del modello in un certo piano, si basa su una aggiunta di materiale laminato. 19. Quali sono le principali applicazioni di modelli realizzati con tecnologie di Rapid Prototyping? I modelli prototipali hanno lo scopo di condurre i primi test per la resistenza, la sicurezza, l'assemblaggio, il trasporto, ecc. Essi non solo sono utili campioni commerciali, nelle negoziazioni tecniche e di marketing, ma essi tendono anche ad essere molto più graditi e facilmente percepiti dalla gente rispetto ai disegni standard 2D. Una migliore comprensione di un concetto porta ad un risparmio di tempo e denaro.