Modelare 3D

Modelare 3D introducere/CAD

Introducere:

În cadrul concursului FTC (FIRST Tech Challenge), modelarea 3D joacă un rol crucial în succesul echipelor, fiind un pas esențial în proiectarea și construcția robotului. Acest proces avansat implică utilizarea unor programe de modelare 3D, de tip CAD (Computer-Aided Design), pentru a crea prototipuri virtuale ale componentelor și sistemelor robotului înainte de construcția efectivă. Prin intermediul modelării 3D, echipele pot vizualiza și testa designul robotului într-un mediu virtual, identificând și rectificând eventualele probleme înainte de a trece la faza de construcție fizică.

Computer-aided design (CAD):

CAD este un software frecvent utilizat pentru a ajuta la proiectarea pieselor și sistemelor în inginerie. În FTC, CAD este folosit pentru a realiza modele 3D de roboți, precum și pentru a proiecta piese personalizate.

CAD este de folos din mai multe motive:

1. Software-urile CAD oferă o platformă solidă pentru realizarea unor designuri detaliate și precise, permițând inginerilor tineri să experimenteze cu diferite configurații și mecanisme fără riscul de a consuma materiale inutile.
2. Poate reduce costul construirii unui robot, ajutând la determinarea căror piese aveți nevoie pentru un robot înainte de a cheltui bani pentru a cumpăra acele piese.
3. Educă echipele în privința practicilor moderne de inginerie și design, reflectând realitățile din industrie.
4. Posibilitatea de a include și de a asambla componentele într-un model complet funcțional.
5. Echipele pot simula mișcările și funcționalitatea robotului, asigurându-se că toate componentele acestuia interacționează corect și eficient.
6. Contribuie la dezvoltarea unei strategii de construcție bine gândită și coerentă, reducând timpul și costurile asociate variațiilor de design fizic.
7. Permite generarea desenelor tehnice detaliate, esențiale pentru tăierea și asamblarea pieselor. Aceste desene sunt utilizate în fabricarea robotului, fie că este vorba despre printarea 3D, tăierea cu laser sau frezarea CNC (Computer Numerical Control).
8. CAD este un instrument profesional care este utilizat în multe domenii STEM. Deținerea cunoștințelor și abilităților CAD va fi benefică în viitoarea ta carieră, dacă studiezi și lucrezi în aceste domenii.

Programe CAD cunoscute:

1. Autodesk Fusion

Fusion 360 este un software CAD 3D all-in-one care integrează designul industrial și mecanic, simularea, colaborarea și prelucrarea CAM într-o singură platformă. Oferă funcționalități avansate de modelare, inclusiv modelare parametrică, modelare directă, modelare de suprafață și modelare bazată pe mesh. Este foarte apreciat pentru interfața sa intuitivă, ușor de învățat și de utilizat.

2. Onshape

Onshape este un software CAD bazat pe cloud care permite colaborarea în timp real și accesul de oriunde, fără a necesita instalarea unui software pe computer. Oferă funcționalități complete de modelare parametrică, gestionare a datelor și instrumente de colaborare. Onshape este cunoscut pentru flexibilitatea sa și pentru interfața intuitivă, care permite echipelor să colaboreze eficient.

3. Solidworks

SolidWorks, dezvoltat de Dassault Systèmes, este un software CAD 3D robust și versatil, folosit pe scară largă în industrie pentru proiectare și inginerie. Oferă o gamă largă de instrumente pentru modelare solidă, asamblare, desen tehnic și simulare FEA (Finite Element Analysis). SolidWorks este cunoscut pentru ușurința de a fi utilizat și pentru interfața intuitivă.

4. Autodesk Inventor

Inventor este un software CAD 3D de la Autodesk, specializat în modelarea mecanică și inginerie. Oferă funcții puternice pentru modelare parametrică, simulare dinamică, analiza tensiunilor și generarea de desene tehnice. Inventor este cunoscut pentru capacitatea sa de a crea ansambluri complexe și pentru instrumentele sale avansate de simulare.

5. PTC Creo

Creo este un software CAD parametric de la PTC, cunoscut pentru capacitățile sale avansate de proiectare și inginerie. Oferă instrumente puternice pentru modelare 3D, analiză structurală, simulare termică, simulare de mișcare și optimizare. Creo suportă atât modelarea parametrică, cât și cea directă, oferind flexibilitate în procesul de proiectare.

*Echipa Velocity recomandă Fusion deoarece este ușor de utilizat și de învățat, are interfață simplă, putere de procesare mare, graficiă detaliată a obiectelor și numeroase funcții.

*De asemenea Onshape este un software bun, versatil, fiind autohton pe cloud; are anumite funcții folositoare pe care Fusion nu le are, dar grafica obiectelor modelate este mai proastă, puterea de procesare mai slabă și este greu de învățat și de acomodat (dacă ai învățat deja cu Fusion).

Fusion 360

Fusion 360 este un software de modelare 3D, proiectare industrială, simulare și manufacturare dezvoltat de Autodesk. Este conceput pentru a oferi o platformă completă pentru designeri, ingineri și fabricanți, permițându-le să creeze modele 3D detaliate, să simuleze comportamentul acestora și să pregătească fișierele necesare pentru printare.

Caracteristici și funcții principale:

1. Modelare 3D:
   • Modelare solidă: Fusion 360 oferă instrumente solide și complexe pentru modelarea solidă, permițând utilizatorilor să creeze geometrii complexe prin operații booleene, extrudări, revoluții și alte metode de modelare.
   • Modelare de suprafață: Permite crearea de suprafețe complexe și organice, ideale pentru designul produselor care necesită forme curbilinii.
   • Modelare parametrică: Utilizatorii pot crea modele parametrice care permit modificări ușoare și rapide prin ajustarea parametrilor inițiali.
2. Proiectare industrială:
   • Design conceptual: Fusion 360 oferă instrumente pentru schițare și conceptualizare, permițând rapidă iterarea ideilor.
   • Imagini fotorealistă: Utilizatorii pot crea imagini fotorealistice pentru a vizualiza cum va arăta proiectul final, util pentru portofoliu, documentație, prezentări și competiții.
   • Animații: Permite crearea de animații pentru a demonstra funcționalitatea produsului.
3. Simulare:
   • Analiză structurală: Fusion 360 include module de simulare pentru a testa rezistența și durabilitatea designurilor sub diverse condiții de stres.
   • Analiză termică: Permite analiza comportamentului termic al componentelor.
   • Simulări dinamice: Oferă instrumente pentru analiza comportamentului dinamic al mecanismelor.
4. Producție (Manufacturare):
   • Generare de trasee CNC: Fusion 360 include un modul CAM care permite generarea traseelor pentru mașinile CNC, suportând diverse strategii de prelucrare.
   • Printare 3D: Integrare cu imprimantele 3D pentru a exporta direct fișierele necesare.
   • Documentație tehnică: Oferă instrumente pentru generarea de documentație tehnică și desene de ansamblu, necesare pentru producția și asamblarea pieselor.
   • Adăugarea cotelor și toleranțelor pentru a asigura precizia în timpul fabricației.
5. Colaborare:
   • Partajare și colaborare: Fiind o platformă bazată pe cloud, Fusion 360 permite partajarea ușoară a proiectelor și colaborarea în timp real cu membrii echipei.
   • Gestionarea versiunilor: Permite urmărirea versiunilor și revenirea la versiuni anterioare ale proiectelor, menținând un istoric al modificărilor și dezvoltării proiectului.
6. Extensibilitate:
   • API și documente: Fusion 360 oferă o API care permite utilizatorilor să creeze documente personalizate și să automatizeze procesele repetitive.
   • Integrare cu alte produse Autodesk: Se integrează fără probleme cu alte produse Autodesk, cum ar fi AutoCAD, Inventor și Revit, pentru un flux de lucru mai eficient.

Avantaje

• Interfață intuitivă: Interfața prietenoasă și intuitivă face ca Fusion 360 să fie accesibil mai ales pentru începători.
• Cloud-based: Platforma bazată pe cloud permite accesarea și colaborarea la proiecte de oriunde, fără a necesita un hardware puternic.
• Cost: Fusion 360 oferă subscripții gratuite pentru elevi și studenți, dându-le acces la toate funcțiile software-ului.

Onshape

Onshape este un software de modelare 3D autohton pe cloud, dezvoltat de PTC. Este conceput pentru a revoluționa procesul de proiectare și colaborare în timp real, oferind o soluție completă pentru designeri, ingineri și echipe de proiectare. Onshape combină capabilitățile de CAD, gestionare a datelor produselor (PDM), și colaborare în timp real într-o platformă unificată accesibilă printr-un browser web.

Caracteristici și funcții principale:

1. Modelare 3D:
   • Modelare parametrică: Onshape oferă un mediu solid de modelare parametrică, permițând utilizatorilor să creeze și să editeze geometrii complexe folosind parametri definiți.
   • Feature-based design: Utilizatorii pot construi modele 3D utilizând funcționalități standard cum ar fi extrudarea, revoluțiile, filetarea și multe altele.
   • Asamblare: Onshape permite crearea și gestionarea mecanismelor complexe, inclusiv constrângeri și mișcări relative între componente.
2. Proiectare colaborativă:
   • Colaborare în timp real: Fiind un software bazat pe cloud, Onshape permite mai multor utilizatori să lucreze simultan pe același model, vizualizând în timp real modificările efectuate de colegi.
   • Partajare și permisiuni: Proiectele pot fi partajate ușor cu colegii, clienții sau partenerii, cu control asupra permisiunilor de vizualizare și editare.
   • Comentarii și feedback: Utilizatorii pot adăuga comentarii direct în cadrul proiectului pentru a facilita feedback-ul și discuțiile.
3. Gestionare a datelor produselor (PDM):
   • Gestionarea versiunilor: Onshape automatizează gestionarea versiunilor și reviziilor, păstrând un istoric complet al modificărilor și permițând revenirea la versiuni anterioare dacă este necesar.
   • Filtre și căutări avansate: Utilizatorii pot căuta și filtra componentele și documentele rapid, facilitând gestionarea datelor mari de proiect.
   • Control al documentelor: Control detaliat al accesului și permisiunilor la documente, inclusiv istoricul activităților și jurnalizare.
4. Simulare și analiză:
   • Simulare integrată: Onshape include module de simulare care permit analizarea comportamentului structural al componentelor și mecanismelor.
   • Add-ons și integrări: Utilizatorii pot extinde funcționalitatea Onshape prin adăugarea de module și integrări cu software-uri terțe pentru simulări avansate și analize detaliate.
5. Producție (Manufacturare):
   • Pregătirea pentru manufacturare: Onshape permite exportarea fișierelor în diverse formate pentru printare 3D, tăiere cu laser și alte procese de manufacturare.
6. Extensibilitate și API:
   • Documente și API: Onshape oferă o API puternică și suport pentru documente, permițând automatizarea sarcinilor repetitive și integrarea cu alte sisteme.
   • Marketplace de add-ons: Utilizatorii pot accesa și adăuga funcționalități suplimentare din marketplace-ul Onshape, integrându-le cu instrumente de simulare, analiză și management de proiect.

Avantaje

• Accesibilitate: Fiind bazat pe cloud, Onshape poate fi accesat de pe orice dispozitiv cu un browser web, eliminând nevoia de un hardware specializat.
• Colaborare eficientă: Funcțiile de colaborare în timp real și partajare ușoară fac ca Onshape să fie ideal pentru lucrul în echipă și pentru proiecte cu mai mulți colaboratori.
• Cost: Onshape oferă subscripții gratuite pentru educație, dându-le acces la majoritatea funcțiilor software-ului.

Solidworks

SOLIDWORKS este un software de modelare 3D și proiectare asistată de calculator (CAD) dezvoltat de Dassault Systèmes. Este unul dintre cele mai populare și utilizate programe CAD, oferind soluții complexe pentru proiectare, inginerie și fabricație. SOLIDWORKS este cunoscut pentru ușurința de utilizare, funcționalitatea solidă și capacitatea de a gestiona proiecte de orice tip.

Caracteristici și funcții principale:

1. Modelare 3D:
   • Modelare solidă și de suprafață: SOLIDWORKS oferă un set complet de instrumente pentru modelarea solidă și de suprafață, permițând utilizatorilor să creeze geometrii complexe cu ușurință.
   • Design parametric: Permite crearea de modele parametric care pot fi ajustate rapid prin modificarea parametrilor de bază, facilitând repetarea designului.
   • Asamblare: Suportă crearea și gestionarea ansamblurilor complexe, inclusiv detectarea coliziunilor și gestionarea constrângerilor.
2. Desene tehnice:
   • Crearea desenelor 2D: SOLIDWORKS poate genera automat desene tehnice detaliate din modelele 3D, inclusiv vedere de sus, secțiuni, detalii și liste de materiale (BOM).
3. Simulare și analiză:
   • SOLIDWORKS Simulation: Include module pentru analiza structurală, termică, fluidă și de mișcare, permițând inginerilor să testeze comportamentul produselor în condiții reale.
   • Analiză structurală: Permite evaluarea rezistenței și durabilității componentelor în diverse condiții.
   • Simulare de mișcare: Analizează mișcarea mecanică a mecanismului, inclusiv dinamica și kinematica.
4. Fabricație (Manufacturare):
   • SOLIDWORKS CAM: Integrează funcții de CAM pentru generarea traseelor de prelucrare CNC, suportând strategii avansate de prelucrare.
   • Pregătirea pentru printare 3D: Permite exportarea fișierelor în formatele necesare pentru imprimantele 3D și oferă instrumente de verificare și ajustare a modelelor pentru manufactura aditivă.
5. Colaborare și gestionarea datelor:
   • SOLIDWORKS PDM: Sistemul de gestionare a datelor produselor (PDM) ajută la gestionarea și organizarea datelor de proiect, asigurând controlul versiunilor și accesul securizat la fișiere.
   • Colaborare în echipă: Permite partajarea proiectelor și colaborarea în timp real între membrii echipei și cu partenerii externi.
6. Instrumente suplimentare și extensibilitate:
   • Add-ins și integrări: SOLIDWORKS oferă o gamă largă de add-ins și integrări cu alte soluții software, cum ar fi SOLIDWORKS Electrical, SOLIDWORKS Plastics și SOLIDWORKS Composer.
   • API și personalizare: Permite personalizarea și automatizarea sarcinilor prin intermediul API-ului său.

Avantaje

• Interfață intuitivă: Ușor de utilizat, cu o interfață prietenoasă și instrumente accesibile atât pentru începători, cât și pentru profesioniști.
• Funcționalitate robustă: Oferă un set complex de instrumente pentru modelare, simulare și fabricație, acoperind toate aspectele procesului de dezvoltare a produsului.
• Comunitate și suport: SOLIDWORKS beneficiază de o comunitate vastă de utilizatori și un suport tehnic solid, oferind resurse abundente pentru învățare și rezolvarea problemelor.