Обратный инжиниринг – моделируем 'микрошкатулку'

На выставке «РОСМОЛД – 2013» на одном из стендов, посвященных 3D печати, представитель компании предоставил нам образец своей продукции – маленькую коробочку с крышкой на резьбе. Сейчас не помню название компании, но мне очень понравилась эта «микрошкатулка». По габаритам - примерно 30х30х30 (миллиметров :) ). Не понятно, что можно хранить в ней? Может быть, какие- нибудь мелочи, вроде бисера или чего-то другого.

Когда у меня появился 3D принтер «Evolution» летом того же года, я решил его испытать. Сможет ли мой принтер напечатать такой же «наноларчик»? Но, сначала, нужно получить математическую модель. Я покажу, как такую деталь можно смоделировать в CATIA. «Но где взять CATIA?», - скажете вы. Здесь есть два варианта:

• Пойти работать на крупный завод в качестве ИТР. Подойдут ГАЗ, ВАЗ, УАЗ и многие другие заводы :) . Смотрите Google, Yandex и прочие информационные ресурсы.
• Реализовать те же идеи построения, но только в ваших любимых программах.
  
  

В свое время, когда CATIA V5 еще не существовала, я прочитал в книге, обучающей 3DSMax, про один интересный прием в моделировании. Там моделировался банан. Тот, что на пальме растет :) . Поясняю, чтобы потом не было недопонимания и споров о формообразующей :) . Так, вот, банан получался «протаскиванием» шестиугольника вдоль центральной дуги. Вся «фишка» была в том, что сечение при «движении» масштабировалось в соответствии с заданным законом. «Закон» можно было нарисовать графически. 3DSMax-а у меня не было, поэтому я на работе использовал CATIA V4 для этого «трюка». В пятой версии, которая для персоналок, такой «трюк» не предусмотрен, зато там множество других возможностей. После «четверки», «пятерка» показалась мне настолько простой, что я решил, что даже школьник в первый же день освоения сможет спроектировать космический корабль или что-нибудь подобное по сложности ;) . Тем удивительней мне было читать в комментариях многих постов 3DToday о сложности использования CATIA V5. Желая выступить в защиту любимой программы, я и написал этот пост.

1 шаг: Заходим в модуль «Поверхностное моделирование» («Surface design»). Моделируем в каком-нибудь «Геометрическом набор» или создаем новый. «Геометрический набор» отображается в «дереве модели» желтой иконкой. Рисуем шестиугольник . 2 шаг: переносим (копируем) шестиугольник на нужную высоту.3 шаг: рисуем две вертикальные линии, как показано на рисункеОбратите внимание, что линии мы рисуем не «одна под другой», а со смещением.

4 шаг: рисуем сплайн – указываем начальную и конечную точки и, обязательно, указываем к каждой точке «свою» прямую (условие касательности). Можно и без касательных, но получится не так красиво. :)5 шаг: копируем сплайн вращением вокруг центральной оси. (Ось не показана, чтобы не загромождать рисунок)6 шаг: Используем команду «Поверхность лофта». Это построение поверхности по сечениям. Можно задать направляющие и условия касательности для всех участвующих кривых. Выбираем первый шестиугольник, потом второй. Направляющими назначаем все 6 сплайнов. Касательность можно не назначать.7 шаг: Переходим в модуль «Проектирование деталей» («Part design»). Моделируем в «твердом теле» (или создаем новое) («Solid» по терминологии CATIA V4 или «Part» по терминологии CATIA V5). Используем команду «Замыкание поверхности» («Close»). Указываем построенную нами ранее поверхность. Команда создает «твердое тело» замкнутое нашей поверхностью и двумя плоскостями сверху и снизу. Если в вашей поверхности кромка отверстия не является плоской кривой, такое отверстие нужно «заделать», и можно будет применять эту команду. В нашем случае, оба отверстия – плоские.Теоретически, можно пойти другим путем. У меня не получилось. Можно было бы «запустить» шестиугольник вдоль прямой, и задать ему поворот от нуля до 60 градусов. В «твердых» телах CATIA V5 эту возможность не поддерживает, а в поверхностях она «заупрямилась» :) . Пришлось идти «дальним» путем.

8 шаг: Скругляем кромки.9 шаг: Создаем оболочку нужной толщины. Никакие грани не указываем. Внутри модели образовалась полость, но мы ее увидим позднее.10 шаг: строим горлышко: чертим окружность на верхней грани, потом «протягиваем» ее на нужную высоту с помощью команды «Призма» («Pad»).11 шаг: «Сверлим» горлышко командой «Полость» («Pocket»).Мне пришлось внутри скруглять острые кромки отдельной командой, но если наружные радиусы больше, чем толщина стенки, то внутренние радиусы получатся автоматически.

Построение резьбы.

На «микрошкатулке» резьба была своя, нестандартная.

12 шаг: снова возвращаемся к «Поверхностному моделированию» и к «Геометрическому набору». Команда: «Винтовая линия» («Helix»). Здесь нужно указать начальную точку, откуда начнется пружина, ось вращения, шаг, высоту. Строим от основания горлышка вверх с запасом. 13 шаг: Запускаем команду «Сдвиг» («Sweep»). Тип профиля: «Окружность», подтип: «Центр и радиус». Центральная кривая – указываем нашу пружину, пишем нужный радиус. 14 шаг: Нам понадобится не вся резьба, а один ее виток. Определяем плоскости в начальной и конечной точке резьбы.15 шаг: Находим линии пересечения плоскостей и винтовой поверхности, которую мы нарисовали с запасом.16 шаг: Отрезаем лишнее. Резать нужно окружностями, а не плоскостями.На концах резьбы можно нарисовать маленькие сферы тем же диаметром. Половины сферы обрезать кромкой винтовой поверхности и соединить в единую винтовую поверхность. Потом используем уже известную команду «Замыкание поверхности» («Close»), предварительно перейдя в модуль «Проектирование деталей» («Part design») и в то же самое твердое тело, в котором мы строим «микрошкатулку».Шкатулка построена!

Построение крышки

1 шаг: Строим призму из шестиугольника.

2 шаг: Строем круглую полость.

3 шаг: строим два отверстия, как на оригинале.

4 шаг: Резьбу строим на основе той же винтовой линии, но увеличиваем радиус и используем команду «Рассечение» («Сплит»).

Получение STL файла.

CATIA V5 позволяет создавать STL файл. В случае, если вы моделируете «твердотельные» детали, вы получите нормальный STL файл, который без доработки можно отправить на 3D печать.

У меня сама «микрошкатулка» получилась нормально. Крышка с выставочного образца на нее легко навинтилась. А, вот, резьба на крышке не получилась, забилась материалом. Сейчас, после модернизации принтера, крышка должна получиться. Впрочем, эксперимент покажет…