Transcript pptx - Computer Science 7

DIY
Personal Fabrication
Dokumentation
Juergen Eckert – Informatik 7
Agenda
• Taxonomie
• Fertigung Top-Down im Detail
DIN8580 1/2 (Klassisch, Stand 2003/09)
1. Urformen (Zusammenhalt schaffen)
– Aus formlosem Stoff ein Werkstück hergestellt wird
– Bsp: Polymer- oder Matelschmelze, 3D Druck
2. Umformen (Zusammenhalt beibehalten)
– Aus festen Rohteilen Werstück durch bleibende
Formänderung erzeugen
– Bsp: Schmieden, Walzen, Biegen
3. Trennen (Zusammenhalt vermindern)
– Aufhebung des Werkstoffzusammenhalts an der
Bearbeitungsstelle
– Bsp: Sägen, Feilen, Schneidendeverfahren
DIN8580 2/2 (Klassisch, Stand 2003/09)
4. Fügen (Zusammenhalt vermehren)
– Langfristige Verbinden oder sonstige
Zusammenbringen mehrerer Werkstücke
– Bsp: Verschrauben, Kleben, Löten, Nieten
5. Beschichten (Zusammenhalt vermehren)
– Aufbringen einer fest haftenden Schicht aus
formlosem Stoff an ein Werkstück
– Bsp: Lackieren, Galvanisieren, Pulverbeschichten
6. Stoffeigenschaften ändern
– Verändern der Eigenschaften des Werkstoffes
– Bsp: Härten, Glühen
Geometrieerzeugung nach Burns
• Subtraktive Fertigungsverfahren
– Abtragen definierter Bereiche
– Bsp. Drehen, Fräsen
• Additive Fertigungsverfahren
– Aneinanderfügen von Volumenelementen
– Aus einzelnen Schichten zusammengefügt
→ Schichtbauverfahren
• Formative Fertigungsverfahren
– Geometrieerzeugung durch Umformung eines
gegebenen Volumens
Burns verfeinert
• Additive Fertigung: Geometrie ändert sich,
Werkstoff verändert seine Eigenschaften
nicht.
• Generative Fertigung: Geometrie und
Werkstoffeigenschaften verändern sich
simultan im bei der Herstellung
Praxis: beide Begriffspaare synonym verwendet
Technologie und Anwendung
Anwendung:
1. Idee
Technologie
2. Design
3. CAM
4. Maschine
Fertigung Top-Down
Idee
CAD Computer Aided Design
Zeichnung
CAM Computer Aided Machining
Steuerbefehle
CNC Computerized Numerical Control
Antrieb
Maschine
Werkstück
CAD (Heute 3D)
• Zuerst Skizze mit Abmessungen
• Design Schritt für Schritt (iterativ)
• Virtuelles Model eines 3D Objektes
• Volumenmodell → Körper-Modell, durch
zusätzliche physikalische Eigenschaften
– Dichte, Elastizität, Bruchfestigkeit, ...
• Geometrische und physikalische Eigenschaften
simulieren
– Belastbarkeit, Gewicht, ...
3D Modell: Zellenmodell
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Bekannt aus 1D: Punkte
Voxel = Volumen + Pixel (oder Trixels)
Objekt definiert sich aus Anzahl von Voxel
Voxel untereinander keinen Zusammenhang
Bsp: 3D Scan, wie CT in der Medizintechnik
z
y
x
3D Modell: Flächenmodell
• Bekannt aus 2D: Linien
• 2D Konturen / Flächen werden rotiert und
extrudiert
• Keine Informationen bzgl. innen und außen
Volumen??
Bild: Wikipedia
3D Modell: Kantenmodell
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•
Bekannt aus 2D: Linien
Objekt durch Kanten repräsentiert
Geometrisch unvollständig
Keine Flächen und Volumenoperationen
möglich
3D Modell: Volumenmodell
• Togologisch geschlossene Flächenverbände
• Standardkörper + boolsche Operationen
• Geometrische und Physikalische
Informationen erfassbar
3D CAD Programme
• Blender
• Openscad
– 3D Interpreter von Script Dateien
• FreeCAD
– Interaktiver Modeller
– WYSIWYG
• PTC Creo, NX, SketchUp...
Konstruktive Festkörpergeometrie
• CSG (Constructive Solid Geometry)
• 3D Modell = Basisobjekte (Primitive) + Boolsche
Operationen
– Würfel, Kugel, Zylinder, ...
– Vereinigung (∪), Difference (-), Schnitt (∩)
• Operationen nicht kommutativ
→ hierarchisch ordnen und in Baumstruktur
überführen
– Blatt=Primitiv, Knoten=Operation, Ergebnis=Wurzel
Beispiel mit OpenSCAD
• K = ((c1 ∪ c2) – z1) – z2
• K = (c1 – z1) ∪ (c2 – z2)
z1
z2
c1
c2
Von 2D nach 3D
1. 2D Sketch ( = Grundriss) erstellen
2. 3D Extrude (aufpolstern)
Beispiel FreeCAD 1/2
• 2D Sketch (5x15mm) rotiert um Z-Achse im
Abstand 20mm
Beispiel FreeCAD 2/2
• 2D Sketch (Ring mit 25mm ∅) extrudiert in ZAchse um 30mm
Schnittstelle: CAD → CAM
• ∃viele verschiedene Abspeicherungsarten
STL (Surface Tesselation Language)
• (Quasi-) Standard vieler CAD-Programme
• Geschichte: Stereolithografie-Schnittstelle
Stereolithografie-Anlagen (SLA) erste kommerziell
verfügbaren Anlagen
• Veröffentlicht: 1989
• Schlechte Nachbearbeitung, Keine Farben, ...
Surface Tesselation Language (STL)
• Beschreibung der Oberfläche von 3D-Körpern
mittels Dreiecksfacetten
V2
N
V1
V3
• 3 Eckpunkte und 1 Flächennormale (zeigt vom
Volumen weg)
STL File Format
• ASCII oder Binär
solid name
facet normal n1 n2 n3
outer loop
vertex p1x p1y p1z
vertex p2x p2y p2z
vertex p3x p3y p3z
endloop
endfacet
endsolid name
N x Dreiecke
Computer-Aided Manufacturing (CAM)
Weitere
Angaben
CAD-Daten
CAM-Kern
-
Maschineneigenschaften
Materialeigenschaften
Werkzeugbewegung
Postprozessor
Simulation
Maschinenbefehle
Vorschau
Zusatzinformationen
CAD-Zeichnung ist noch keine eindeutige Beschreibung
der Fertigung!
• Konstruktion an Fertigung anpassen
(Stützstrukturen, Stege)
• Festlegen der Bearbeitungsgänge (Features)
–
–
–
–
–
Welcher Teil der Zeichnung?
Wie bearbeiten? z.B. Innen/Außen fräsen
Welches Werkzeug?
Parameter wie Drehzahl, Vorschub, Temperatur, ...
bei 2D-CAD für 3D-Werkstück: Tiefenangabe
• Teilweise „automatische“ Verarbeitung möglich (Profil)
CAM Slic3r
• Objekt wird in Schichten (Slice) geschnitten
• STL (und andere) sind Einheiten los
→ Annahme: mm
• Profilsammlung für
– Maschinen
– Materialien
• Output: G-Code
Alternativen z.B. Fräsen: VCarve (2D)
Foto: skinshift.com
CAM → CNC
Steuerbefehle: G-Code
• genormt (DIN 66025) + „Dialekt“
• 1950er (Lochstreifen-Zeitalter)
• Klartext (ASCII)
• zeilenweise Ausführung
• fast alle Anweisungen
modal, d.h. solange gültig
bis man sie überschreibt
Foto: Wikipedia
Beispielprogramm: Schlitz fräsen
(leicht vereinfacht)
Code
Erklärung
% Beispielprogramm
Programmname
N01 M06 T3
Wechsle auf Werkzeug 3
N02 M03 S1500
Frässpindel anschalten, 1500 U/min, Rechtslauf
N03 G00 Z40
Fahre im Eilgang nach Z=40 mm
N04 G00 X100 Y100
Fahre im Eilgang nach X=100 mm, Y=100 mm
N05 G01 F20 Z17.5
Fahre Gerade mit 20 mm/s nach Z=17,5 mm
N06 X75
Fahre Gerade mit 20 mm/s nach X=75 mm
N07 G00 Z40
Fahre im Eilgang nach Z=40 mm
N08 M02
Spindel aus
N09 M30
Programmende und Zurückspulen
Befehl G01 bleibt bestehen (Lochstreifen sparen!)
Nächstes mal bei DIY
• 3D Druck
• Fräsen und Drehen
• Inklusive „Dos and Don‘ts“
– Schluss mit Theorie, wir drucken!
• Mechanik eines 3D Druckers
– Lager
– Antrieb