Оцифровка, доводка и создание прототипа детали посредством 3D мо. Курсовая работа мдк 01. 02 Методы создания и корректировки компьютерных моделей тема работы Оцифровка, доводка и создание прототипа детали посредством 3D моделирования на примере протезирования
 Скачать 211.91 Kb.
|
 Министерство образования Московской области ГАПОУ МО «Подмосковный колледж «Энергия» КУРСОВАЯ РАБОТА МДК 01.02 «Методы создания и корректировки компьютерных моделей» тема работы: «Оцифровка, доводка и создание прототипа детали посредством 3D моделирования на примере протезирования» Студент 2АТ1-19Б __ ____ ______ А.П. Койлова (шифр группы) (подпись) (инициалы, фамилия) Специальность 15.02.09 «Аддитивные технологии» (наименование специальности) Руководитель ________________ _Н.С. Голденко______ (подпись) (инициалы, фамилия) Работа защищена ________________ Оценка _______________________ (дата) Московская область 2021 г. Министерство образования Московской области ГАПОУ МО «Подмосковный колледж «Энергия» ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ Методы создания и корректировки компьютерных моделей (наименование дисциплины) Студент 2АТ1-19Б Койлова Алексия Павловна (шифр группы, фамилия, имя, отчество) __ Техник-технолог _____________________________________________________________________________ (наименование специальности) Тема работы: Оцифровка, доводка и создание прототипа детали посредством 3D моделирования на примере протезирования Исходные данные по работе: Собрание законодательства Российской Федерации. ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Руководитель:_____________ _Н.С. Голденко____________________________ (подпись, инициалы, фамилия) Дата выдачи задания «___» __________20___ г. Срок сдачи работы «___» __________20___ г. Рассмотрено на заседании цикловой комиссии ____ОГСЭ и ЕН_дисциплин_____________ (наименование комиссии) Протокол № от «» 20 г. Председатель ПЦК ______________________________Н.С. Голденко__________________ (подпись, инициалы, фамилия) Задание принял к исполнению___________________________________________________ (дата, подпись) ОглавлениеВведение 4 Глава 1. Теоретическая основа 3D моделирования на примере протезирования 6 1.1.Связь аддитивных технологий и медицины 6 1.2. Основной аспект исследования 7 1.3. Принтер Formlabs Form 3 9 1.4. Создание моделей при помощи примитивов 11 1.5. Создание моделей при помощи сплайнов 14 1.6. Создание моделей при помощи редактируемых поверхностей 15 Глава 2. 18 Заключение 19 Список используемой литературы 20 Приложения 21 ВведениеАктуальность выбранной темы обусловлена практически повсеместным использованием трехмерной графики в различных отраслях и сферах деятельности, знание которой становится все более необходимым для полноценного развития личности. Требования потребителя диктуют высокие требования к современной технологической продукции. Наряду с высочайшим качеством исполнения, он хочет получить готовые изделия в кротчайшие сроки, и по как можно более низкой цене. Данный фактор является стимулом к использованию в промышленном производстве наукоёмких методом изготовления деталей, более дешёвых и универсальных материалов, быстродействующего оборудования и т.д. В зависимости от назначения изделия и эксплуатационных свойств, к нему предъявляются различные требования. Изделия, не несущие высоких нагружающих сил, рационально изготавливать из соответствующих материалов, например, прототип детали, используемый для оценка визуальных и геометрических свойств нет необходимости изготавливать из металла. Аддитивные методы на сегодняшний день не могут полностью вытеснить классические технологии, но они доказывают экономическую выгоду при прототипировании мелкосерийной продукции и становятся предпочтительным экономически выгодным вариантом для изготовления изделий сложной конфигурации (ограничением тут является точность готового изделия). В итоге, применение технологий трехмерной печати и сканирования позволяет быстрее выводить новые продукты на рынок, а значит, повышает конкурентоспособность предприятия. Цель моей курсовой работы: изучить основы моделирования при помощи примитивов, сплайнов и редактируемых поверхностей в Autodesk 3ds Max 2008. Задачи курсовой работы: Разобрать базу и способы работы в создании 3D моделей на примере протезирования. Разобрать основные аспекты работы. Подробно изучить этапы работы в зависимости от поставленной цели. Глава 1. Теоретическая основа 3D моделирования на примере протезированияВ сфере медицины на аддитивные технологии стали возлагать большие надежды. Результат: сегодня это одна из самых финансируемых областей исследований. В определенной степени это связано с влиянием сектора частного здравоохранения. Быстрое развитие технологии 3D-печати и неизменно высокий уровень спроса вынудили такие компании, как Siemens и Medtronics, вложить крупные суммы денег в научно-исследовательские работы, чтобы опередить других игроков на рынке. Также у медицинской индустрии есть определенное экономическое преимущество перед другими сферами промышленности, когда речь заходит об инновациях. Возьмем, к примеру, железнодорожную и аэрокосмическую промышленность. Обе эти сферы связаны бюрократическими проволочками, правилами и требованиями местных органов власти. В частности, конструкция самолета должна отвечать нормам летной пригодности. В медицине все по-другому. Здесь ученые всеми силами стараются раздвинуть границы невозможного в попытке повысить качество лечения. Разумеется, в этой сфере тоже есть свои требования к новой продукции. Например, в США каждый хирургический имплантат должен получить одобрение Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов. Уже было несколько случаев, когда оно предоставило разрешение на производство 3D-печатных имплантатов, в том числе 3D-печатных трахеальных шин, которые стали новой вехой в лечении респираторных заболеваний. На данный момент существует три области медицины, в которых недавно начался заметный сдвиг благодаря применению аддитивных технологий: Ортопедические устройства: с появлением аддитивного производства позвоночник, коленные и бедренные суставы, на которые оказывается наибольшая нагрузка и которые чаще всего требуют интенсивной терапии и даже замены, стали предметом для активных исследований. Есть надежда, что в будущем замена суставов 3D-печатными искусственными аналогами (которые в точности будут соответствовать оригиналу) станет обычным делом. Протезы: протезы конечностей уже завоевали определенную популярность, однако на их изготовление уходит много времени, потому что все их детали нужно изготавливать по отдельности. Теперь с помощью 3D-печати можно одним махом изготовить целый протез, причем подогнать его под индивидуальные параметры пациента. Биопечать: олицетворение одной из самых блестящих разработок человечества на сегодняшний день. Это будущее трансплантологии. Аддитивные технологии достигли такого уровня развития, что до искусственного изготовления тканей и органов рукой подать. По крайней мере, так говорят многие исследователи и ученые. 1.2. Основной аспект исследованияДля создания трехмерной графики используются специальные программы, которые называются редакторы трехмерной графики, или 3D-редакторы. 3ds компас является одной из таких программ. Результатом работы в любом редакторе трехмерной графики, в том числе и в приложении 3ds компас, является анимационный ролик или статическое изображение, просчитанное программой. Чтобы получить изображение трехмерного объекта, необходимо создать в программе его объемную модель. Модель объекта в 3ds Max 2008 отображается в четырех окнах проекций. Такое отображение трехмерной модели используется во многих редакторах трехмерной графики и дает наиболее полное представление о геометрии объекта. Если вы видели чертежи деталей, то могли заметить, что на чертеже объект представлен сверху, сбоку и слева. Интерфейс 3ds Max 2008 напоминает такой чертеж. Однако, в отличие от чертежа на бумаге, вид объекта в каждом окне проекции можно изменять и наблюдать, как выглядит объект снизу, справа и т.д. Кроме этого, можно вращать все виртуальное пространство в окнах проекций вместе с созданными в нем объектами. Работа в 3ds Max 2008 напоминает компьютерную игру, в которой пользователь передвигается между трехмерными объектами, изменяет их форму, поворачивает, приближает и т.д. Любые трехмерные объекты в программе создаются на основе имеющихся простейших примитивов - куба, сферы, тора и др. Создание трехмерных объектов в программе 3ds компас называется моделированием. Для отображения простых и сложных объектов 3ds компас использует так называемую полигональную сетку, которая состоит из мельчайших элементов - полигонов. Чем сложнее геометрическая форма объекта, тем больше в нем полигонов и тем больше времени требуется компьютеру для просчета изображения. Если присмотреться к полигональной сетке, то в местах соприкосновения полигонов можно заметить острые ребра, поэтому, чем больше полигонов содержится в оболочке объекта, тем более сглаженной выглядит геометрия тела. Сетку любого объекта можно редактировать, перемещая, удаляя и добавляя ее грани, ребра и вершины. Такой способ создания трехмерных объектов называется моделированием на уровне подобъектов. В реальной жизни все предметы, окружающие нас, имеют характерный рисунок поверхности и фактуру - шершавость, прозрачность, зеркальность и др. В окнах проекций 3ds компас видны лишь оболочки объектов без учета всех этих свойств, поэтому изображение в окне проекции далеко от реалистичного. Для каждого объекта в программе можно создать свой материал - набор параметров, которые характеризуют некоторые физические свойства объекта. 1.3. Принтер Formlabs Form 3F  ormlabs Form 3 – это доступный профессиональный 3D принтер промышленного уровня. Form 3 использует новейшую технологию стереолитографии низкой мощности (LFS) с гибким резервуаром и линейной подсветкой, которая обеспечивает безупречное качество печати и надежность принтера.Рисунок 1. Принтер Formlabs Form 3 Formlabs Form 3 способен создавать самые сложные формы с высокой точностью размеров и гладкой безслойной поверхностью. Обладает высокой производительностью и простотой использования. Он создан для профессиональных инженеров и производств. Преимущества Form 3: Низкоинтенсивная стереолитография Передовая технология низкоинтенсивной стериолитографии – для превосходных результатов. Точность Специально разработанный блок обработки света (LPU) внутри принтера использует компактную систему линз и зеркал для получения точных, воспроизводимых моделей. Разрешение по оси XY составляет – 25 микрон Лазер высокой плотности Мощность лазера - 250 мВт. Лазер высокой плотности пропускается через пространственный фильтр, чтобы гарантировать чистоту лазерного пятна. Диаметр лазерного пятна – 85 мкм. Последовательная печать Параболическое зеркало гарантирует, что лазер печатает перпендикулярно плоскости, обеспечивая равномерное качество печати по всей платформе. Улучшенная четкость деталей Благодаря улучшенной регистрации слоев и отделке поверхности технология LFS позволяет печатать прозрачные материалы с большей четкостью, чем когда-либо. Непрерывная печать Form 3 постоянно отслеживает производительность печати, встроенные датчики помогают поддерживать идеальные условия и отправляют оповещения о состоянии принтера. Калибровка по замкнутому циклу Оптические датчики постоянно корректируют масштаб и мощность, и даже могут обнаруживать пыль. Простое управление материалами Возможность переключения материалов за считанные секунды с помощью простой системы картриджей. Легко заменяемые компоненты Блок обработки света, ролики и окно оптики могут быть заменены на месте, что значительно сокращает время на обслуживание принтера. Печать прямо из коробки 3D-принтеры Formlabs готовы к подключению и печати прямо из коробки, не требуя специального обучения. Простое управление Отправляйте файлы на печать по WiFi, перепечатывайте предыдущие задания и управляйте своей очередью печати с помощью интуитивно понятного сенсорного интерфейса принтера. Планируйте свою очередь печати в PreForm и управляйте ею, а также управляйте принтерами и группами с помощью онлайн-панели. Программное обеспечение Простой импорт OBJ и STL файлов из стандартных CAD программ в программу подготовки печати PreForm. Постобработка Легкая обработка готовых моделей с помощью Formlabs Form Wash и Form Cure. Просто отсоедините легкие сенсорные опоры и установите в Form Wash и Form Cure для ополаскивания и последующего отверждения моделей. 1.4. Создание моделей при помощи примитивовПримитивы служат инструментами построения и моделирования при создании составных объектов. Простыми геометрическими примитивами (категория Standard Primitives (Простые примитивы)) в 3ds компас являются следующие объекты. Box (Параллелепипед) - параллелепипеды и кубы с любым соотношением сторон; Sphere (Сфера) - параметрические объекты типа сферы или купола. Базовый объект создает квадратичные секции, похожие на линии долготы и широты глобуса; Cylinder (Цилиндр.) - цилиндры, цилиндрические секторы и многогранные призмы любых пропорций; Torus (Top) - кольца с круглой формой поперечного сечения. Может быть создан также тороидальный сектор; Teapot (Чайник) - объект, демонстрирующий возможности 3ds Max. Чайник является сложным параметрическим объектом, состоящим из частей; Cone (Конус) - общие формы, напоминающие цилиндры; два радиуса позволяют в любой момент поместить результирующий объект в управляемый конус; GeoSphere (Геосфера) - параметрические объекты, похожие на сферу и представляющие различные способы определения сферических объемов, которые обеспечивают три различных геометрии сферы и купола. Геосфера создает треугольные секции, подобно геодезическим куполам; Tube (Труба) - объекты, подобные цилиндру, но с продольным отверстием внутри. Можно также создавать секторы и многогранные призмы с отверстиями; Pyramid (Пирамида) - пирамиды (в том числе усеченные) с прямоугольным или квадратным основанием; Plane (Плоскость) - прямоугольный фрагмент сетчатой оболочки. Единственный примитив, не являющийся трехмерным объектом; В число сложных примитивов (категория Extended Primitives (Улучшенные примитивы)) входят следующие объекты: Hedra (Многогранник) - пять разновидностей многогранников с множеством управляющих параметров. Все объекты определяются заданием точки центра и величиной радиуса; ChamferBox (Параллелепипед с фаской) - параллелепипеды и кубы с любым соотношением сторон. В отличие от объекта Box (Параллелепипед), при использовании объекта ChamferBox (Параллелепипед с фаской) существует возможность задания фасок на краях; OHTank (Цистерна) - цилиндры с основаниями в виде сферических сегментов с ярко выраженной границей между основаниями и средней частью объекта. На базе этих объектов можно также строить цилиндрические секторы; Spindle (Веретено) - цилиндры с коническими основаниями, а также цилиндрические секторы на базе этих объектов; Gengon (Многогранная призма) - многогранные призмы с фаской и без нее; RingWave (Круговая волна) - инструмент для создания труб, внешняя и внутренняя поверхности которых могут быть волнообразно деформированы; Prism (Призма) - инструмент для создания призм с различным соотношением сторон основания; Torus Knot (Тороидальный узел) - объект, который строится на основе узлов различного вида. Можно изменять как форму сечения, так и базовую форму объекта; ChamferCyl (Цилиндр с фаской) - цилиндры, цилиндрические секторы и многогранные призмы любых пропорций с возможностью задания на краях фаски, срезанной под углом 45°; Capsule (Капсула) - цилиндры с основаниями в виде полусфер, а также цилиндрические секторы на базе этих объектов; L-Extrusion (L-тело экструзии) - плоскость L-образной формы с выдавливанием по высоте; C-Extrusion (С-тело экструзии) - объект, аналогичный L-Extrusion (L-тело экструзии), отличающийся базовой формой, представленной в виде буквы "П"; Оба тела экструзии являются базовым материалом для моделирования архитектурных конструкций; Hose (Рукав) - инструмент для создания гофрированных рукавов, шлангов и других объектов аналогичной формы. "Привязав" основания Hose (Рукав) к двум другим объектам, можно получить подобие анимированной пружины. Любой примитив, созданный в 3ds компас, характеризуется набором параметров, которые определяют его геометрическую форму. Изменяя настройки объекта, вы тем самым изменяете его форму. Каждый из примитивов имеет свой уникальный набор параметров. Например, для примитива Box (Параллелепипед) такими настройками являются Length (Длина), Width (Ширина) и Height (Высота). Одна из характеристик, присущих любому примитиву, - Segments (Количество сегментов). Этот параметр определяет количество полигонов в структуре объекта. Чем большее значение принимает параметр Segments (Количество сегментов), тем точнее отображается поверхность трехмерной модели. Количество сегментов может определяться не одним, а несколькими настройками. Например, объект Box (Параллелепипед) имеет три таких параметра - Length Segs (Количество сегментов по длине), Width Segs (Количество сегментов по ширине) и Height Segs (Количество сегментов по высоте). 1.5. Создание моделей при помощи сплайновОдин из эффективных способов создания трехмерных моделей - использование техники сплайнового моделирования. В конечном итоге создание модели при помощи сплайнов (трехмерных кривых) сводится к построению сплайнового каркаса, на основе которого создается огибающая трехмерная геометрическая поверхность. Сплайны - это двумерные примитивы (например, линия, окружность, текст), имеющие, как и трехмерные, различные параметры задания форм. Сплайновые примитивы представляют собой такой же рабочий материал, как и простейшие трехмерные объекты, создаваемые в 3ds Max 2008. Сплайновый инструментарий программы включает в себя следующие фигуры: Line (Линия); Circle (Окружность); Arc (Дуга); NGon (Многоугольник); Text (Сплайновый текст); Section (Сечение); Rectangle (Прямоугольник); Ellipse (Эллипс); Donut (Кольцо); Star (Многоугольник в виде звезды); Helix (Спираль). По умолчанию сплайновые примитивы не отображаются на этапе визуализации и используются как вспомогательные объекты для создания моделей со сложной геометрией. Однако любой сплайновый примитив может выступать в сцене как самостоятельный объект. За отображение объекта в окне проекции и на этапе визуализации отвечает свиток настроек Rendering (Визуализация). Если установить флажок Enable In Renderer (Показать при визуализации), объект на этапе визуализации становится видимым. Установленный флажок Enable In Viewport (Показывать в окне проекции) позволяет визуализировать сплайновый примитив в окне проекции с учетом формы сплайна, которую можно выбрать округлой или прямоугольной, установив переключатель в положение Radial (Округлый) или Rectangular (Прямоугольный). На основе сплайновых фигур можно создавать сложные геометрические трехмерные объекты. Для этого используются модификаторы Surface (Поверхность), Lathe (Вращение вокруг оси), Sweep (Выгнутость), Extrude (Выдавливание) и BeveL (Выдавливание со скосом), а также составной объект Loft (Лофтинг). 1.6. Создание моделей при помощи редактируемых поверхностейЕще один используемый в трехмерной графике способ моделирования - работа с редактируемыми поверхностями. Программа 3ds Max 2008 позволяет работать со следующими типами редактируемых поверхностей: Editable Mesh (Редактируемая поверхность); Editable Poly (Редактируемая полигональная поверхность); Editable Patch (Редактируемая патч-поверхность); NURBS Surface (NURBS-поверхность). Практически любой объект 3ds компас можно преобразовать в один из этих типов поверхностей. Для этого правой кнопкой мыши вызовите контекстное меню, щелкните на пункте Convert To (Преобразовать) и в появившемся подменю выберите один из типов. Все эти методы построения поверхностей схожи между собой, различаются они настройками моделирования на уровне подобъектов. Переключаясь в различные режимы редактирования подобъектов, можно перемещать, масштабировать, удалять, объединять подобъекты. В объектах типа Editable Mesh (Редактируемая поверхность) модель состоит из треугольных граней. Для работы с Editable Mesh (Редактируемая поверхность) можно использовать режимы редактирования Vertex (Вершина), Edge (Ребро), Face (Грань), Polygon (Полигон) и Element (Элемент). В объектах типа Editable Poly (Редактируемая полигональная поверхность) модель состоит из многоугольников. Для работы с такими объектами можно использовать режимы редактирования Vertex (Вершина), Edge (Ребро), Border (Граница), Polygon (Полигон) и Element (Элемент). В объектах типа Editable Patch (Редактируемая патч-поверхность) модель состоит из лоскутов треугольной или четырехугольной формы, которые создаются сплайнами Безье. Особенность этого типа редактируемой поверхности - гибкость управления формой создаваемого объекта. Для работы с Editable Patch (Редактируемая патч-поверхность) можно использовать режимы редактирования Vertex (Вершина), Edge (Ребро), Patch (Патч), Element (Элемент) и Handle (Вектор). NURBS Surface (NURBS-поверхность) - это поверхность, построенная на NURBS-кривых. Этот метод создания поверхностей основан на неоднородных рациональных В-сплайнах (Non Uniform Rational B-Splines). Чаще всего данный способ используется для моделирования органических объектов, анимации лица персонажей. Этот метод является самым сложным в освоении, но вместе с тем самым гибким. Объект Editable Mesh (Редактируемая сетка) предназначен для создания основных форм трехмерных моделей. Он не является параметрическим объектом, то есть у него нет параметров, как, например, у примитивов. Практически любой трехмерный объект можно преобразовать в редактируемую сетку (поверхность). После преобразования его можно использовать для полигонального моделирования. NURBS - это поверхности или кривые, форма которых описывается неоднородными рациональными В-сплайнами. Глава 2.ЗаключениеСписок используемой литературыПриложенияПриложение 1 Приложение 2 Приложение 3 |