Современное моделирование. Применение 3д-моделирования в произво. Современное моделирование
 Скачать 25.47 Kb.
|
|
Современное моделирование Данная тема является достаточно актуальной в наше время так как компьютеры и технологии развиваются достаточно стремительно, и не всегда можно предположить, сможет ли новая программа, изделие, картинка и все тому подобное достичь своего определенного назначения. Если не провести определенные сложные расчеты и сразу создавать какой-либо проект, то возможно данный проект будет неудачным. Для предостережения данного исхода в наше время существуют интересные для изучения компьютерные программы, которые и способствуют созданию различных моделей (3д, изображения, уменьшенные модели, примеры отдельных программных кодов и т.п.). В данной работе я хочу остановиться на компьютерном моделировании. Практическая значимость данной работы заключается в популяризации 3D–моделирования и 3D-печати. Естественно, не все разбираются в 3D-программах и умеют моделировать объемные объекты. Отсюда и востребованность профессии в области 3D моделирования. 3D-графика (трехмерная графика) – это область конструирования, в которой объемная модель создается при помощи специальных компьютерных программ. Для работы этих программ необходимо соответствующее оборудование: компьютеры, планшеты и оргтехника. Моделирование включает в себя несколько этапов: построение геометрической основы, наложение материалов, постановка света и рендеринг – максимально приближенная к реальности визуализация выбранных видов модели. Результатом рендеринга является красивая картинка, почти не отличимая по качеству от фотографии. На основе 3D-графики можно разработать высокоточную копию существующего объекта или создать нечто совершенно новое. Можно воплотить в жизнь самые смелые творческие мечты. Компьютерное математическое моделирование Компьютерное моделирование - основа представления знаний в ЭВМ (построения различных баз знаний). Компьютерное моделирование для рождения новой информации использует любую информацию, которую можно актуализировать с помощью ЭВМ. Прогресс моделирования связан с разработкой систем компьютерного моделирования, которые поддерживает весь жизненный цикл модели, а прогресс в информационной технологии - с актуализацией опыта моделирования на компьютере, с созданием банков моделей, методов и программных систем, позволяющих собирать новые модели из моделей банка. Автономные подмодели модели обмениваются информацией друг с другом через единую информационную шину - банк моделей, через базу знаний по компьютерному моделированию. Особенность компьютерных систем моделирования - их высокая интеграция и интерактивность. Часто эти компьютерные среды функционируют в режиме реального времени. Вычислительный эксперимент - разновидность компьютерного моделирования. Можно говорить сейчас и о специальных пакетах прикладных программ, текстовых, графических и табличных процессоров, визуальных и когнитивных средах (особенно, работающих в режиме реального времени), позволяющих осуществлять компьютерное моделирование. Компьютерное моделирование и вычислительный эксперимент становятся новым инструментом, методом научного познания, новой технологией из-за возрастающей необходимости перехода от исследования линейных математических моделей систем (для которых достаточно хорошо известны или разработаны методы исследования, теория) к исследованию сложных и нелинейных математических моделей систем (анализ которых гораздо сложнее): «наши знания об окружающем мире - линейны и детерминированы, а процессы в окружающем мире - нелинейны и стохастичны». Применение моделирования в наше время Методы трехмерного моделирования нужны там, где нужно показать в объеме уже готовые объекты или те объекты, которые существовали когда-то давно. Преимуществ у трехмерного моделирования перед другими способами визуализации довольно много. Трехмерное моделирование дает очень точную модель, максимально приближенную к реальности. Современные программы помогают достичь высокой детализации. При этом значительно увеличивается наглядность проекта. В трехмерную модель очень легко вносить практически любые изменения. Вы можете изменять проект, убирать одни детали и добавлять новые. Ваша фантазия практически ничем не ограничена, и вы сможете быстро выбрать именно тот вариант, который подойдет вам наилучшим образом. Передовые технологии позволяют добиваться потрясающих результатов. 3D-моделирование прочно вошло в нашу жизнь, частично или полностью перестроив некоторые виды бизнеса. В каждой отрасли, в которую 3D-моделирование принесло свои изменения, имеются как свои определенные стандарты, так и негласные правила. Но даже внутри одной отрасли, количество программных пакетов бывает такое множество, что новичку бывает очень трудно разобраться и сориентироваться с чего начинать. Виды 3D-моделирования и где они применяются. Можно выделить 4 крупные отрасли, которые сегодня невозможно представить без применения трехмерных моделей. Это: Индустрия развлечений; Строительство; Медицина (хирургия); Промышленность. С первой мы сталкиваемся почти каждый день. Это фильмы, анимация и 90% компьютерных игр. Все виртуальные миры и персонажи созданы с помощью одного и того же принципа — полигонального моделирования. Полигонами называются треугольники и четырехугольники с вершинами, гранями и ребрами. Чем больше полигонов на площадь модели, тем точнее модель. Полигональное моделирование происходит путем манипуляций с полигонами в пространстве. Вытягивание, вращение, перемещение и.т.д. Что же мы получаем на выходе сделав такую модель? Мы получаем визуальный образ. В основном, полученные образы используются для финальной визуализации изображения в игре / в фильме / для картинки на рабочем столе. Полигональное моделирование незаменимо в производстве фильмов, игр, сайтов и других сферах индустрии развлечений, но оно не подойдет для сферы промышленного производства. В нем невозможно учесть физические свойства материала и технологию изготовления, контролировать необходимые зазоры, сечения. Для таких целей применяются методы промышленного проектирования. Правильное название: САПР (Система Автоматизированного Проектирования) или по-английский CAD (Computer-Aided Design). Это принципиально другой тип моделирования. Чем этот метод отличается от полигонального? Тем, что тут нет никаких полигонов. Все формы являются цельными и строятся по принципу профиль и направление. Оно отлично подходит для проектирования рам, шестеренок, двигателей, зданий, самолётов, автомобилей, да и всего, что получается путем промышленного производства. Но в нем (в отличии от полигонального моделирования) нельзя сделать модель пакета с продуктами из супермаркета, копию соседской собаки или скомканные вещи на стуле. Цель этого метода — получить не только визуальный образ, но также измеримую и рабочую информацию о будущем изделии. Профессиональные программы дают множество преимуществ и изготовителю. Из трехмерной модели легко можно выделить чертеж каких-либо компонентов или конструкции целиком. Несмотря на то, что создание трехмерной модели довольно трудозатратный процесс, работать с ним в дальнейшем гораздо проще и удобнее чем с традиционными чертежами. В результате значительно сокращаются временные затраты на проектирование, снижаются издержки. Специальные программы дают возможность интеграции с любым другим профессиональным программным обеспечением, например, с приложениями для инженерных расчетов, программами для станков или бухгалтерскими программами. Внедрение подобных решений на производстве дает существенную экономию ресурсов, значительно расширяет возможности предприятия, упрощает работу и повышает ее качество. В САПР мы получаем электронно-геометрическую модель изделия (при полигональном моделировании мы получаем визуальный образ) при помощи САПР можно: Сделать чертеж; По ней можно написать программу для станков с ЧПУ; Ее можно параметризировать (это когда изменяя 1 параметр можно изменить модель без переделки); Можно проводить прочностные и другие расчеты. Ее так же можно отправить на 3д печать Сегодня существует огромное количество программ САПР. Отличная для представления программа Autodesk Inventor (программа используется на соревнованиях WorldSkills) и наша отечественная программа Компас-3Д. Технология 3D-печати и 3D-принтер Применение трехмерной печати – это серьезная альтернатива традиционным методам прототипирования и мелкосерийному производству. Трёхмерный, или 3д-принтер, в отличие от обычного, который выводит двухмерные рисунки, фотографии и т. д. на бумагу, даёт возможность выводить объёмную информацию, то есть создавать трёхмерные физические объекты. На данный момент оборудование данного класса может работать с фотополимерными смолами, различными видами пластиковой нити, керамическим порошком и металлоглиной. В основу принципа работы 3d принтера заложен принцип постепенного (послойного) создания твердой модели, которая как бы «выращивается» из определённого материала, о котором будет сказано немного позже. Преимущества 3D печати перед привычными, ручными способами построения моделей — высокая скорость, простота и относительно небольшая стоимость. Например, для создания 3D модели или какой-либо детали вручную может понадобиться довольно много времени — от нескольких дней до месяцев. Ведь сюда входит не только сам процесс изготовления, но и предварительные работы — чертежи и схемы будущего изделия, которые всё равно не дают полного видения окончательного результата. В итоге значительно возрастают расходы на разработку, увеличивается срок от разработки изделия до его серийного производства. 3D технологии же позволяют полностью исключить ручной труд и необходимость делать чертежи и расчёты на бумаге — ведь программа позволяет увидеть модель во всех ракурсах уже на экране, и устранить выявленные недостатки не в процессе создания, как это бывает при ручном изготовлении, а непосредственно при разработке и создать модель за несколько часов. При этом возможность ошибок, присущих ручной работе, практически исключается. Технология SLA Технология работает так: лазерный луч направляется на фотополимер, после чего материал затвердевает. В качестве фотополимера могут использоваться самые разные материалы. Их физико-механические характеристики могут сильно различаться между собой. Однако ни одному производителю пока не удаётся создать действительно прочный материал. Характеристики смол по прочности сравнимы с эпоксидной смолой. После отвердевания он легко поддаётся склеиванию, механической обработке и окрашиванию. Рабочий стол находится в ёмкости с фотополимером. После прохождения через полимер лазерного луча и отвердения слоя рабочая поверхность стола смещается вниз. Технология SLS Спекание порошковых реагентов под действием лазерного луча – оно же SLS - единственная технология 3D печати, которая применяется при изготовлении форм, как для металлического, так и пластмассового литья. Пластмассовые модели обладают отличными механическими качествами, благодаря которым они могут использоваться для изготовления полнофункциональных изделий. В SLS технологии используются материалы, близкие по свойствам к маркам конечного продукта: керамика, порошковый пластик, металл. Устройство 3d принтера выглядит следующим образом: порошковые вещества наносятся на поверхность элеватора и спекаются под действием лазерного луча в твёрдый слой, соответствующий параметрам модели и определяющий её форму. Технология LCD Ещё недавно, около 2017 года, 3d-принтеры для печати фотополимером были дорогими. Однако изобретение печати на основе проницаемых матриц LCD изменило ситуацию в корне. На середину 2019 года можно приобрести фотополимерный 3d-принтер хорошего качества примерно за 30 000 рублей. LCD матрица для 3d принтера представляет из себя экран по аналогии с экраном сотового телефона. Сама по себе такая матрица не излучает свет. Она может только изменять степень светопропускания в различных областях. Так формируется картинка слоя печати. А вот источник излучения находится за lcd матрицей. Таким образом для создания подобного 3д-принтера нужно было всего лишь заменить лампу-излучатель на источник ультрафиолетового излучения. Напомним, что подавляющее большинство фотополимеров застывают под действием именно УФ излучения. Технология DLP Технология DLP – новичок на рынке трехмерной печати. Стереолитографические печатные аппараты сегодня позиционируются, как основная альтернатива FDM оборудованию. Принтеры данного типа используют технологию цифровой обработки светом. Многие задаются вопросом, чем печатает 3d принтер данного образца? Вместо пластиковой нити и нагревающей головки для создания трехмерных фигур используются фотополимерные смолы и DLP-проектор. Впервые услышав про DLP 3d принтер, что это такое – вполне резонный вопрос. Несмотря на замысловатое название, устройство почти не отличается от других настольных печатных аппаратов. К слову, его разработчики, в лице компании QSQM Technology Corporation, уже запустили в серию первые образцы высокотехнологичного оборудования. Заключение Подводя итог можно сказать, что 3D моделирование и визуализация – это впечатляет, это востребовано и нужно. 3D технологии развиваются и усложняются с каждым годом, они все больше внедряются в нашу жизнь. Начать изучение трехмерного моделирования с раннего возраста – это значит дать ребенку старт в профессии. К моменту выпуска из института он будет уже на достаточном профессиональном уровне, чтобы стать востребованным молодым специалистом в любой рабочей сфере. Список использованных источников Старт в науке [электронный ресурс] / https://school-science.ru. - Режим доступа: https://school-science.ru/6/4/36380 Обучение построению и использованию 3D-моделей [электронный ресурс] / http://refleader.ru Области применения 3D-технологий в современном мире [электронный ресурс] / https://ucvt.org - Режим доступа https://ucvt.org/blog/oblasti-primeneniya-3d-tehnologij-v-sovremennom-mire Что такое 3d-печать и 3d-принтер [электронный ресурс] / https://make-3d.ru - Режим доступа: https://make-3d.ru/articles/chto-takoe-3d-pechat/ Технологии 3д-печати и их применение [электронный ресурс] / https://top3dshop.ru - Режим доступа: https://top3dshop.ru/blog/tehnologii-3d-pechati-i-ih-primenenie.html |