Case Study

Konstrukce formy trupu prototypového ultra lehkého letounu

reverse01 letadlo 1100x500

Digitalizace
K měření tvarově komplikované geometrie letounu byly využity technologie trojrozměrné digitalizace – fotogrammetrický systém Tritop a 3D optický skener Atos. Systém Tritop se využívá v kombinaci s 3D skenováním z důvodu dosažení vyšší přesnosti při měření rozměrných objektů. Přímým výstupem 3D skenování jsou data ve formě mračna souřadných bodů, které odpovídají geometrii měřeného letounu. Mračno bodů se následně převádí do podoby polygonální sítě (formát STL).
Díky kombinaci obou systémů byla dosažena střední odchylka měření na trupu letounu nižší než 0,08 mm. Kryt motoru byl digitalizován s přesností 0,063 mm pouze pomocí systému Atos. Kompletní měření trupu letounu a krytu motoru trvalo cca 8 hodin.
Samotná digitalizace je však pouze malou dílčí prací z celého procesu RE. Softwarové zpracování naměřených dat do podoby CAD modelu vhodného pro simulaci CNC obrábění bývá časově mnohem náročnější.
Zpracování dat
Polygonální síť byla optimalizována za účelem vytvoření vhodného podkladu pro plošné modelování – síť musí být jednotná, hladká (bez děr a detailů). Odchylky vzniklé optimalizací dosahovaly pod 0,3 mm (kromě oblastí, které byly cíleně tvarově modifikovány). Následné zpracování plošného modelu na povrchu STL sítě bylo časově nejnáročnější fází celého RE procesu. CAD model formy trupu letounu byl vytvořen pomocí softwaru Tebis.
Výsledný model musí splňovat řadu kritérií: jednak kritéria stanovená zadavatelem, tj. maximální odchylka výsledného modelu od skutečného letounu, dále kritéria vyplývající z aerodynamického tvaru letounu, tj. hladkost ploch a jejich tečné nebo křivostní navázání a kritéria vyplývající z využití modelu pro CNC obrábění, tj. maximální mezera mezi navazujícími plochami. Rozložení ploch se řídí křivostní analýzou, v průběhu modelování bylo nutné kontrolovat splnění stanovených kritérií k čemuž slouží řada dynamický i statických analýz. Finální fází bylo odvození geometrie formy. K tomu byly využity standardní nástroje plošného modelování.
Odchylky plošného modelu od STL dosahují na většině modelu do ±5 mm. Větší odchylky vznikly v místech, kde byly eliminovány tvarové nepřesnosti původní měřené geometrie. Kompletní softwarová tvorba modelu formy trvala cca 123 hodin.

Použité technologie: Optický skener Atos, fotogrammetrický systém Tritop

Použité softwary: Atos, Tebis

Výroba aurikulární náhrady

prot2

Ve spolupráci s ING corporation, s.r.o. byla vyvinuta metodiky výroby faciálních protetických pomůcek pomocí 3D optické digitalizace a rapid prototypingu. Kromě ryze technických oblastí lze digitalizační technologie využít i v multidisciplinárních oborech, jako je právě výroba protetických pomůcek. Ztráta orgánu nebo končetiny může být zapříčiněna různými faktory, v případě ucha to bývá často dopravní nehoda.
Výroba vysoce kvalitní náhrady nerozeznatelné od živého ucha vyžaduje použití pokročilých technologií téměř ve všech etapách výroby. Ze zdravého ucha se vyrobí sádrových odlitek, který přesně zkopíruje geometrii.
Digitalizace
Odlitek je pak digitalizován optickým skenerem. Díky softwarovým nástrojům pro práci s polygonálními daty je možné geometrii rekonstruovat i v místech, kam skener nevidí. Získaná geometrická data ucha jsou následně zbavena chyb, je provedeno uzavření děr a finální síť je ozrcadlena. Tím je vytvořen digitální obraz chybějící části těla.
Výroba
Stavba reálného ucha je realizována pomocí technologie rapid prototyping. V případě náhrady ucha byla použita RP technologie tisku pojiva do prášku. Technologie umožňuje realizovat stavbu ve vysokém detailu. Tloušťka vrstky se pohybuje kolem 0,08 mm. prot1
Fyzický RP prototyp je pak dále zpracován technologiemi odlévání do silikonových forem, model je finálně odlit materiálem s vhodnými vlastnostmi pro použití v kontaktu s lidským tělem. Vytvořená náhrada je téměř k nerozeznání od druhého „živého“ ucha. Takto je možné replikovat např. ruce nebo jiné symetrické části obličeje. Podobně lze vytvářet náhrady i nosu, ovšem je potřeba nejprve získat geometrii např. digitalizací z jiného člověka a tato data pak digitálně upravit.
Použité technologie: Optický skener Atos, 3D tiskárna, vakuovací systém
Použité softwary: Atos

Ověření mechanického chování pomocí MKP analýzy

kyl1

Stavba plachetnice nebo menší lodi přináší řadu komplikací a problémů, které je potřeba efektivně řešit. Spojení lodního kýlu s trupem lodi je z hlediska funkce plavidla zcela zásadní a představuje poměrně náročnou operaci svařování a vyplňování kýlu vhodnou zátěží. Kýl musí vydržet namáhání v různých podmínkách plavby a nesmí dojít k jeho odpojení od trupu.
Digitalizace
Vstupní informace pro řešení problému vždy zásadně ovlivňují dosažené výsledky. Proto je velice důležité pracovat s relevantními daty a informacemi, které odpovídají skutečnosti. Pro získání skutečné geometrie kýlu, především v části, která byla deformována nesprávným technologickým postupem při připevnění kýlu k trupu byla použita bezkontaktní optická metoda. Optická digitalizace povrchové geometrie části kýlu v napojení na trup byla provedena 3D skenerem ATOS 1, s měřícím objemem 500mm, díky tomu byly získány data s přesností 0,1mm v rozlišení 2 body na mm.
Zpracování dat
Skenovaná data bylo nutné nejprve upravit v softwaru ATOS, kde byly provedeny základní operace s mrakem skenovaných bodů a byla vytvořena polygonální síť popisující povrch kýlu v místě napojení. Polygonální síť byla poté zpracována v CAD softwaru a na jejím základě byl vytvořen plošný model geometrie zdeformované části kýlu. Spodní část kýlu která již nebyla pro následný výpočet důležitá a tudíž nebyla skenována byla vytvořena dle výkresové dokumentace. Spojením obou částí byl vytvořen kompletní plošný CAD model kýlu se skutečným tvarem zdeformované části napojení.
MKP analýza
Analýza kýlu byla provedena pomocí metody konečných prvků s využitím softwaru ANSYS. Komponenty kýlu byly modelovány homogenním, izotropním, lineárně pružným kontinuem. kyl2Deformační okrajové podmínky vetknutí byly aplikovány na  hranách kýlu pro přivaření. Objemové zatížení tíhovým zrychlení, bylo použito na celý model. Dále bylo použito zatížení hmotným bodem doplňující chybějící hmotnost olověného závaží. Výsledky MKP analýzy jsou prezentovány ve formě barevné mapy ukazující rozložení redukovaných napětí při zatížení kýlu. Je tedy možné identifikovat kritická místa a v těchto poté stanovit bezpečnost vůči předpokládaným mezním stavům. Z realizovaných výpočtových variant a zjištěných hodnot redukovaných napětí vyplývá, že tvarové imperfekce způsobené technologií výroby nemají zásadní vliv a že ztráta stability a náhlé zborcení kýlu nehrozí.
Použité technologie: Optický skener Atos
Použité softwary: Atos, Ansys

Případová studie: Klika bicyklu

Cílem bylo vytvoření plošného modelu kliky (k bicyklu) na základě fyzického modelu, s požadavkem na zachování symetrie dílu a odchylkami od původního dílu pod 0,5 mm (na polovině symetrického modelu). Klika byla digitalizována pomocí 3D skeneru Atos, následně byla data ve formátu STL použita jako podklad pro plošné modelování v softwaru Tebis.

The aim was to create a surface model of crank (from bicycle) based on a physical model, with requirement for a symmetry preservation and deviations from the original part below 0.5 mm (on the half of the symmetry model) – the crank was digitized using a 3D scanner Atos III Triple scan, data in the STL format was used as the basis for surface modeling using Tebis software.

klika reverse2 950x300px

Napsat komentář