Zintegrowany system CAD/CAM/FEM

Autorzy artykułu są pracownikami firmy Datacomp, www.datacomp.com.pl

Oprogramowanie ZW3D jest niedrogim, zintegrowanym środowiskiem CAD/CAM, pozwalającym na pracę z projektem od momentu pojawienia się pomysłu, aż po wdrożenie go do produkcji. Program wspierany jest przez wbudowany system nauki Show-n-Tell pozwalający we własnym zakresie poznawać tajniki projektowania. Daje również możliwość wymiany danych, pozwalającą na sprawne użycie i udostępnianie projektów z zewnątrz. Wyposażony został m.in. w narzędzia do projektowania form i matryc, bibliotekę części PartSolution oraz inteligentną i adaptacyjną obróbkę CNC od 2 do 5 osi.  ZW3D znalazł zastosowanie w wielu branżach, między innymi w: produktach konsumenckich, przemyśle samochodowym, projektowaniu maszyn, formach odlewniczych i matrycach, przemyśle medycznym, obróbce CNC i wielu innych.

ZW3D pozwala na otwarcie i bezpośrednią edycję plików: SolidWorks, ProEngineer, CATIA 4, CATIA 5, NX, Inventor, SAT. Daje możliwość importu plików: PTC /ACIS/DWG /DXF /IGES /STEP /Parasolid /STL /VDA, oraz eksportu do formatów: DWG/DXF/IGES/STEP/STL/Parasolid.

Pozwala również na tworzenie plików PDF 3D, zapewniając tym samym lepszą komunikację między użytkownikami oraz klientami.

ZW3D w wersji 2013 został wyposażony w nowy wstążkowy interfejs uzytkownika. Możliwość konfiguracji do indywidualnych potrzeb użytkownika w dużej mierze wpływa na przyspieszenie procesu projektowania.

Podstawowe i uniwersalne narzędzia projektowe wykorzystywane najczęściej znajdują się w pasku "Operacje". Dzięki ZW3D można bardzo szybko generować bryły takie jak: prostopadłościan, stożek, kula, czy walec nie posługując się szkicem. Jest to bardzo wygodny i efektywny sposób projektowania, bazujący na funkcji generującej gotowe bryły zaraz po wskazaniu punktu startowego.  Uzyskane przez to kształty są w pełni parametryczne.

Korzystając z podstawowych operacji takich jak: wyciągnięcie, czy dodanie przez obrót, użytkownik może modelować kształty w oparciu o szkice powstałe na płaszczyznach. Możliwość wyciągnięcia po ścieżce i wyciągnięcie po profilach, pozwala na uzyskanie bardziej skomplikowanych i finezyjnych kształtów.

ZW3D umożliwia również klasyczne podejście do modelowania. Opiera się ono na stworzeniu szkicu 2D, a następnie korzystając z operacji wyciągnięcia lub obrotu, uzyskanie zamierzonego modelu trójwymiarowego. Dzięki Szkicowi 3D użytkownik nie jest już ograniczany do rysowania elementów tylko na płaszczyźnie.

Operacje swobodnego formowania pozwalają na tworzenie dowolnych kształtów. ZW3D daje możliwość nie tylko projektowania bryłowego, jest również wyposażony w narzędzia do tworzenia modeli powierzchniowych. Jest to spore ułatwienie dające konstruktorowi możliwość tworzenia projektów 3D nawet o bardzo wyszukanych kształtach.

Dzięki narzędziom do bezpośredniej edycji możemy edytować i dostosowywać do własnych potrzeb modele zaimportowane z innego oprogramowania CAD 3D. Jest to opcja, która w znacznym stopniu ułatwia pracę konstruktora i oszczędza czas poświęcony na wprowadzania zmian w projekcie.

Oprogramowanie ZW3D wyposażono dodatkowo w moduł form wtryskowych – aby poprawnie zaprojektować formę wtryskową, należy posiadać ogromne doświadczenie i świetną wyobraźnię przestrzenną, dlatego każde usprawnienie pracy jest cenne. ZW3D może znacznie ułatwić pracę konstruktorom zajmującym się projektowaniem form wtryskowych.

Moduł form wtryskowych wyposażono w narzędzia pozwalające na m.in.:

• analizę i dodawanie pochyleń umożliwiających wypchnięcie wypraski z formy. Narzędzie to ma również możliwość analizy pochylenia modelu w oparciu o określony kąt;
•  tworzenie linii podziałowej, na podstawie której zostanie utworzona powierzchnia podziału;
•  tworzenia powierzchni podziałowej oddzielającej matrycę i stempel;
• narzędzia ułatwiające przygotowanie kanałów chłodzących oraz elektrod;
• tworzenie oprzyrządowania formy, korzystając z biblioteki normaliów form znanych producentów, jak chociażby Meusburger.

Dodatkowo ZW3D ma spore możliwości konfiguracyjne, w wypadku obróbki  CAM można skorzystać z niezależnych modułów obróbki 2 oraz 3 osi.

ZW3D oferuje zaawansowane funkcje CAM w jednym zintegrowanym środowisku, zdolnym do generowania ścieżek narzędzia dla maszyn CNC od 2 do 5 płynnych osi. Automatyczna analiza modelu w ZW3D, dzięki wbudowanemu modułowi optymalizacji strategii, umożliwia identyfikację kieszeni, otworów, topologii, adaptacyjnie dostosowuje najbardziej odpowiednie narzędzia i taktyki.

Taktyki obróbek zgrubnych i wykańczających analizują naddatki i resztki materiału, minimalizując „cięcie powietrza”. W tym czasie adaptacyjny system regulacji prędkości posuwu modyfikuje parametry skrawania, zależnie od użytego narzędzia, zwiększając jego żywotność i poprawiając jakość gotowego detalu. Obróbki HMS (High Speed Milling) pozwalają na pracę z twardymi materiałami, zapewniając wygładzone ścieżki oraz jednorodne i gładkie powierzchnie obrabianego elementu. Obróbka w ZW3D skraca zwykle czas programowania o ok 50%, a czas maszynowy o 30%, dając użytkownikom automatyczny system, z możliwością elastycznej modyfikacji przy obróbkach bardziej skomplikowanych elementów.

Każdy technolog wie, że w 100% samowystarczalny i wydajny park maszynowy ma na stanie oprócz centrów frezujących przynajmniej jedną tokarkę. ZW3D jest uniwersalnym narzędziem, pozwalającym na generowanie G-kodu zarówno na tokarki jak i frezarskie centra obróbcze.

Oprogramowanie wyposażono w sporą bazę darmowych postprocesorów wiodących firm. ZW3D daje również możliwość tworzenia własnych postprocesorów, a zadanie to ułatwia wbudowany edytor postprocesorów.

Geomagic Design to z kolei program do projektowania CAD 3D, który umożliwia parametryczne modelowanie bryłowe. Pozwala przede wszystkim na modelowanie części, modelowanie blach i modelowanie złożeń, oferując jednocześnie możliwość tworzenia dokumentacji montażowej oraz wykonawczej 2D.

Geomagic Design pozwala na projektowanie i „pracę w drewnie” np. projektowanie mebli czy projektowanie elementów drewnianych. Możliwości Geomagic Design pozwalają na wykorzystanie go w firmach związanych z wzornictwem przemysłowym czy projektowaniem form wtryskowych.

Projektowanie parametryczne jest obecnie standardem w projektowaniu 3D urządzeń mechanicznych i produkcyjnych. Parametryzacja oznacza tworzenie „inteligentnych" części, złożeń i rysunków, które mogą być później łatwo aktualizowane przy minimalnym nakładzie pracy. Zmiany są nanoszone wszędzie, gdzie używana jest dana część, np. w złożeniu, tabeli części lub rysunku płaskim.

Geomagic Design został opracowany od podstaw, jako w pełni parametryczne oprogramowanie CAD. Wszystkie moduły są ze sobą powiązane, a zmiany w projekcie są tylko kwestią dwukrotnego kliknięcia wymiaru w oryginalnym projekcie i wpisania nowej wartości. Po otwarciu złożenia zmodyfikowana część aktualizuje się automatycznie. Po otwarciu rysunku 2D aktualizowane są również wszystkie widoki (w tym widoki częściowe) i przekroje. Modyfikowane są także wymiary, dzięki czemu nie trzeba tracić czasu na ponowne wykonanie rysunków 2D.

Geomagic Design umożliwia łatwe połączenie wielu elementów w złożenie. Opcje „Chwyć i upuść" oraz „Podgląd w czasie rzeczywistym" pozwalają skupić się na projektowaniu, a nie na mechanicznych aspektach projektu. Geomagic pozwala automatycznie tworzyć widok rozstrzelony, używać go w dokumentacji 2D, sprawdzać właściwości fizyczne, takie jak masa, wykrywać kolizje i łatwo zamieniać lub modyfikować część bezpośrednio z okna złożenia.

Geomagic Design oferuje możliwość publikowania modeli trójwymiarowych części i złożeń do pliku PDF 3D. Umożliwia on prezentację trójwymiarowego modelu projektu kontrahentowi lub klientowi bez konieczności posiadania systemu CAD.

Moduł projektowania elementów blaszanych w Geomagic Design to szybkie i łatwe w użyciu narzędzie do projektowania elementów tworzonych z arkuszy materiału (metalu i nie tylko). Jest on w pełni zintegrowany z przestrzenią roboczą Geomagic Design i ze specjalnymi narzędziami do projektowania elementów czy konstrukcji z blachy.

Narzędzie „Wyciągnięte zagięcie” umożliwia płynne przejście z profilu kwadratowego do okrągłego. W Geomagic Design dostępne jest narzędzie pozwalające przetwarzać elementy bryłowe na konstrukcje z blachy, lub zaginać blachę z użyciem szkicu.

Przetwarzanie modeli 3D i złożeń w rysunki techniczne w Geomagic Design jest możliwe dzięki modułowi „Tworzenie rysunku 2D”. Wybiera się w nim, które widoki modelu chcesz uzyskać, a program automatycznie generuje wymiary, osie, znaczniki środków otworów, opisy otworów gwintowanych i wykorzystując właściwości modelu, uzupełnia tabliczkę rysunkową. Następnie można samodzielnie dopracować rysunek do wymaganej postaci.

Funkcje dokumentacji technicznej takie jak np. widok cieniowany, nie tylko pozwalają na lepsze zrozumienie wizji projektanta, ale i znajdują zastosowanie podczas tworzenia dodatkowych materiałów dla klientów, takich jak instrukcje obsługi czy materiały marketingowe.

KeyShot dla Geomagic firmy Luxion to narzędzie umożliwiające przekształcanie modelu 3D w fotorealistyczny obraz (rendering). Program ten pozwala szybko i łatwo tworzyć realistyczne wizualizacje modeli. Metoda „Przeciągnij i upuść materiał”, ustawienie światła i podgląd w czasie rzeczywistym pozwalają na uzyskanie wspaniałego rezultatu końcowego w bardzo krótkim czasie.

Program posiada minimalistyczny interfejs użytkownika, dzięki czemu bez specjalistycznej wiedzy każdy użytkownik może w prosty sposób wykonać fotorealistyczną wizualizacji. Rendering w czasie rzeczywistym daje możliwość natychmiastowego śledzenia każdej zmiany w programie, i tym samym ocenienia wykonywanych postępów.

Biblioteka programu zawiera setki gotowych do użycia materiałów, których konstrukcja opiera się na rzeczywistych właściwościach fizycznych materiałów. Setki kolejnych materiałów można pobrać bez dodatkowych opłat, tworzonych przez zewnętrznych partnerów firmy Luxion. Użytkownik z łatwością może również tworzyć nowe materiały poprzez edycję już dostępnych.

Program obsługuje pliki graficzne, np. w formacie jpg., pełniące rolę koloru materiału, wskazujące miejsca, w których materiał może lub ma nie odbijać światła, definiujące wypukłości materiału lub miejsca przeźroczystości. Użytkownik może również podczas tworzenia własnego materiału skorzystać z już zaimplementowanych w programie tekstur takich jak np. drewno czy skóra.

W programie jest również możliwe dodane plików graficznych pełniących rolę różnego rodzaju napisów czy całych etykiet, co zwłaszcza znajduje zastosowanie w wszelkiego rodzaju wizualizacjach mających głownie zastosowanie marketingowe.

Moment of Inspiration (MoI) jest prostym w użyciu programem do modelowania powierzchniowego. Szybkie i koncepcyjne modelowanie stanowi bramę do świata modeli CAD 3D. Swoje projekty tworzone w MoI można przenieść do praktycznie każdego programu graficznego (takiego jak Blender, SketchUp czy Maya).

Bezpośrednia edycja jest zestawem narzędzi do edycji importowanych plików z modelami 3D i składa się z narzędzi, które zostały zaprojektowane specjalnie do modyfikacji geometrii projektu. Używanie narzędzia jest bardzo łatwe. Podczas pracy z plikami pobranymi z internetu lub od dostawcy rzadko można uzyskać plik z pełną historią operacji. Zmiany tych plików zwykle są czasochłonne i często wymagają zastosowania metod inżynierii odwrotnej. Czasochłonne jest również przeprojektowanie modeli CAD na potrzeby analiz FEM (MES) przed wysłaniem ich na zewnątrz przy jednoczesnej ochronie IP. Narzędzie bezpośredniej edycji pomaga rozwiązać każdy z tych problemów.

Alibre Vault działający w oparciu o M-Files jest w pełni zintegrowanym systemem do zarządzania dokumentacją i procesami w firmie. Narzędzie to pozwala na kontrolę kontaktów, projektów, danych CAD, kontrolę wersji i obsługę praktycznie każdego typu plików, oferując jednocześnie szybki i elastyczny mechanizm wyszukiwania.

Wdrożenie Alibre Vault w firmie eliminuje duplikaty dokumentów, zapewnia jeden bezpieczny magazyn plików i system zarządzania przedsiębiorstwem.

Konfiguracje projektu to funkcja dostępna w Geomagic Design, która pozwala na tworzenie typoszeregów części i mechanizmów. Oszczędza czas i ułatwia życie, pozwalając na przechowywanie podobnych części w jednym pliku, zamiast tworzenia i aktualizowania wielu plików oddzielnie.

Geomagic Design Dynamics to narzędzie do symulacji kinematyki i dynamiki ruchu. Umożliwia tworzenie i testowanie funkcjonalności oraz pełną analizę zachowania w ruchu wirtualnych prototypów projektów. Program importuje z Geomagic Design geometrię, właściwości fizyczne, masy oraz relacje. Pozwala na dodanie ruchu do konkretnych elementów modelu w celu uzyskania w pełni funkcjonalnego roboczego prototypu. Symulacja ruchu wykorzystuje zaawansowane algorytmy matematyczne i fizyczne, prezentując wyniki w postaci wielu wykresów lub danych numerycznych. Dzięki temu, możliwe jest szybkie sprawdzenie, czy projekt spełnia stawiane przed nim wymagania, czy też konieczne są do wprowadzenia zamiany.

Geomagic Design Dynamics posiada bogaty zestaw funkcji, pozwalających na budowanie funkcjonalnych prototypów.

Program pozwala na łatwą symulację i wykrycie kolizji poszczególnych części, w takich mechanizmach jak grzechotki, zaciski, uchwyty oraz inne, których działanie opiera się na kontakcie dwóch lub więcej części podczas ruchu. Siły powstałe na styku elementów podczas ich kontaktu lub wynikające z tarcia elementów są wyliczane i możliwe do zobrazowania.

Silniki, napędy liniowe i siły mogą być sterowane w Geomagic Design Dynamics poprzez tworzenie formuł, tabeli danych lub wartości w arkuszu kalkulacyjnym Excel. Symulacja ruchu modelu pozwala na: analizę uruchomienia silnika i określenie jego charakterystyki, zbadanie zmiennych prędkości siłowników lub kontrolerów elektro-mechanicznych.

Geomagic Design Dynamics posiada potężny kreator formuł, który umożliwia symulację ruchu dla wartości globalnych oraz chwilowych lub wyrażeń matematycznych, które możemy  wykorzystywać w danej symulacji. Formuły mogą być także wykorzystane do  definiowania  sposobu wyświetlania wyników.

Geomagic Design Dynamics oblicza przemieszczenie, prędkość i przyspieszenie każdego elementu w modelu podczas ruchu oraz siły reakcji , które działają na każdą część; w tym ruch oraz siły będące wynikiem wszystkich kolizji między częściami. Uzyskane wyniki mogą być wyświetlone w postaci formuł lub tabeli w raporcie HTML. Silniki oraz siłowniki mogą raportować informacje donośnie sił i mocy, aby pomóc projektantowi właściwie określić wymagany rozmiar tych elementów oraz straty wynikające z tarcia.

Czasem pojawia się potrzeba stworzenia animacji poza samą symulacją. Geomagic Design Dynamics wykorzystuje technologie tworzenia klatek kluczowych. Dzięki nim, można określić sposób ruchu, który nie jest oparty na fizyce. Przykładowo można przypisać klatkę kluczową do złożenia w rozstrzeleniu.  Przypisywanie klatek kluczowych do kamery pozwala tworzyć animacje jej ruchu, np. w formie zbliżenia eksponując funkcje produktu. W celu tworzenia złożonych sekwencji ruchów można łączyć przemieszczanie się części wynikające z symulacji ruchu z przypisywaniem klatek kluczowych do kamery.

Geomagic Design Dynamics zawiera moduł do renderingu. Dostępne są różne rodzaje źródeł światła, mapowanie tekstur i cieni oraz inne efekty. W połączeniu z możliwością tworzenia animacji, możliwe jest produkowanie foto-realistycznych filmów obrazujących działanie mechanizmu. Stworzone statyczne obrazy oraz animacje mogę być wyeksportowane do formatów, które umożliwiają umieszczenie plików na stronach internetowych, w dokumentach czy prezentacjach.

Simulate for Geomagic Design umożliwia sprawdzenie funkcjonalności części i mechanizmów, zarówno pod kątem analizy kinematycznej, dynamicznej jak i wytrzymałościowej. W jednym środowisku można wykonywać symulację ruchu i analizę MES i to w jednym czasie. W przypadku złożonych projektów z ruchomymi elementami, analiza kinematyki i dynamiki staje się wyzwaniem, a siły dynamiczne i naprężenia są jeszcze trudniejsze do obliczenia. To oprogramowanie pozwala w łatwy sposób mierzyć: prędkości, przyspieszenia, siły itp., co daje nam możliwość odpowiedzi na podstawowe pytania: „czy to działa?” i „czy to wytrzyma obciążenia?”. Ujednolicone środowisko wykorzystuje dane symulacji ruchu i MES aby uczynić ten proces jeszcze prostszym.

Wyliczenie dynamicznych sił, które należy użyć do symulacji ruchu może być trudne. Dzięki Simulate for Geomagic Design wystarczy na początku zdefiniować ruch mechanizmu i przeprowadzić symulację, a następnie można włączyć analizę MES:

• siły działające na wiązania (np. płaszczyzny styku części) są konwertowane na obciążenia
• obciążenia inercyjne są przekazywane do modelu
• naprężenia i odkształcenia są obliczane na każdym kroku symulacji

Dzięki takiemu podejściu można symulować naprężenia w pełnym zakresie ruchu mechanizmu i analizować wyniki MES jako zmianę naprężenia w czasie.

Simulate for Geomagic Design umożliwia znaczną kontrolę nad wielkością siatki w miejscach, w których kumulują się naprężenia, dla lepszych wyników analizy.

Funkcja H-Adaptivity to nowa jakość tworzenia siatki. Podczas symulacji MES, program oblicza dokładność z jaką podawana są wyniki naprężeń. Te wyniki mogą być wykorzystane do dopracowania siatki polegającym na zagęszczeniu jej oczek w miejscach kumulacji naprężeń. Program przelicza kilkukrotnie siatkę, stopniowo ją zagęszczając, aż błąd nie będzie przekraczał założonego przez użytkownika.

Oprogramowanie umożliwia analizę wielu wyników jak naprężenia, również cieplne, odkształcenia, tworzenie izo-powierzchni, itp. Wyniki analiz można przedstawić w postaci raportu HTML.