Modelowanie bryłowe 3D w projektowaniu CAD

Modelowanie bryłowe 3D w projektowaniu CAD to jedna z podstawowych metod projektowania geometrycznego w przestrzeni trójwymiarowej. Za pomocą tej techniki inżynierowie realizują wizję, budynków, wykonują projekty skomplikowanych części maszyn czy złożeń. Obecnie jest to najpopularniejszy sposób projektowania, niezbędny w realizacji projektów w przemyśle, architekturze czy druku 3D. W niniejszym artykule omówimy różne aspekty modelowania bryłowego oraz jego znaczenie w projektowaniu CAD.

Z artykułu dowiesz się:

• Na czym polega modelowanie bryłowe 3D,
• Jaka jest zasada tworzenia modeli 3D CAD,
• Jakie są ograniczenia w modelowaniu bryłowym,
• Jakie są różnice między modelowaniem powierzchniowym a bryłowym,
• Czym jest modelowanie hybrydowe.

Na czym polega modelowanie bryłowe CAD 3D?

Modelowanie bryłowe polega na tworzeniu trójwymiarowych geometrii w specjalistycznym oprogramowaniu CAD. Uzyskana tą metodą geometria posiada jednoznacznie opisaną orientację topologiczną oraz powierzchnie graniczne. Dzięki temu jesteśmy w stanie określić orientację dowolnego punktu powierzchni względem wnętrza bryły.

Modelowanie bryłowe opiera się na projektowaniu przestrzennym na podstawie wcześniej utworzonego szkicu 2D.  Przez co daje projektantom i inżynierom możliwość tworzenia precyzyjnych i realistycznych wizualizacji, które są niezbędne przy projektowaniu nowych produktów, budynków czy maszyn.

Technika projektowania bryłowego znajduje zastosowanie w wielu branżach. Są to np. architektura, budowa maszyn czy przetwórstwo tworzyw sztucznych. Zaletą modelowania bryłowego jest możliwość szybkiego i precyzyjnego projektowania skomplikowanych elementów z wysoką dokładnością. Ponadto zaprojektowany obiekt łatwo możemy modyfikować dostosowując go do części, z którymi będzie współpracował. Możliwość łatwej manipulacji zaprojektowanego detalu 3D zapewnia dokładną wizualizację. Jest to szczególnie istotne przy projektowaniu skomplikowanej geometrii, której zwizualizowanie na podstawie dokumentacji płaskiej może być nie lada wyzwaniem choćby dla potencjalnego klienta.

Podczas korzystania z oprogramowania CAD, możliwe jest też generowanie precyzyjnej dokumentacji technicznej w postaci rysunków wykonawczych i złożeniowych. Są one następnie przekazywane do produkcji w postaci dokumentacji płaskiej, pliku dxf, czy formacie 2D. Możliwości jakie daje modelowanie bryłowe, sprawiają że jest to obecnie najpopularniejsza technika projektowania w inżynierii i przemyśle.

Zasada tworzenia modeli 3D – czyli jak uzyskać bryłę CAD

Krok 1 – szkic płaski

Standardowo w wielu systemach CAD, modelowanie bryłowe rozpoczyna się od wybrania płaszczyzny i wykonania szkicu 2D, z którego następnie generowany jest obiekt przestrzenny. Służą do tego dedykowane polecenia takie jak „wyciągnięcie” czy „obrót”. Etap ten możemy ponawiać dowolną ilość razy, definiując kolejno szkic na wybranej płaszczyźnie, wykonując z niego geometrię przestrzenną.

Krok 2 – modelowanie bryłowe

Po uzyskaniu wstępnej bryły 3D dokonujemy kolejnych operacji, które przybliżają nas do uzyskania oczekiwanego kształtu geometrycznego projektowanej części. Wiele programów CAD udostępnia w tym celu sporą ilość operacji 3D, od tych podstawowych jak „fazowanie” i „zaokrąglanie krawędzi”, po bardziej zaawansowane jak np. „wykonanie otworu gwintowanego”, „wyciągnięcie profilu po ścieżce”, stworzenie „szyku elementów” czy operacje boolowskie.

Krok 3 – dokumentacja płaska 

Z zaprojektowanego modelu w ostatnim kroku wykonuje się standardowo dokumentację płaską w postaci rysunku wykonawczego. Oprogramowanie CAD umożliwia wykonanie tego w sposób pół automatyczny. Dzięki czemu poszczególne rzuty i przekroje jesteśmy w stanie wykonać za pomocą kilku kliknięć, a do umieszczenia linii wymiarowych, tolerancji kształtu i położenia oraz oznaczenia chropowatości powierzchni posłużą gotowe opcję.

Przeczytaj więcej informacji o modelowaniu 3D w VISI.

Kiedy modelowanie bryłowe nie wystarcza?

Niekiedy standardowe modelowanie 3D techniką bryłową może okazać się niewystarczające. Zwłaszcza jeśli projektowany model przestrzenny znacznie wykracza poza geometrię prostych obiektów 3D typu walec, prostopadłościan czy kula. Zatem co jeśli do zaprojektowania mamy np. dzbanek o złożonej geometrii lub wypraskę o różnych ciągłościach powierzchni, która posłuży do wykonania formy wtryskowej?

Z pomocą przychodzi wówczas modelowanie powierzchniowe oraz hybrydowe łączące obie techniki projektowania, dzięki którym możemy uzyskać dowolny kształt bez żadnych ograniczeń.

Modelowanie powierzchniowe a bryłowe

Główną różnicą między modelowaniem bryłowym a powierzchniowym jest pakiet dedykowanych opcji i sposób reprezentacji obiektu. Z perspektywy konstruktora istotną też różnicą jest metodologia projektowania, gdyż technika powierzchniowa diametralnie zmienia podejście do całego procesu.

Modelowanie bryłowe jest zazwyczaj prostsze i bardziej intuicyjne, natomiast metoda powierzchniowa wymaga od konstruktorów dobrej znajomości używanego oprogramowania. Jednak możliwości jakie daje są znacznie większe. Ma to ogromne znaczenie przy projektowaniu form wtryskowych pod często niestandardową geometrię odlewów i wyprasek.

Jednak ostatecznie oba te sposoby projektowania prowadzą do powstania pełnego modelu 3D, z ta różnicą, że w technice powierzchniowej model bryłowy powstaje przez wypełnienie zaprojektowanej wcześniej, zamkniętej powierzchni.

Zasady modelowania hybrydowego

Często podczas tworzenia geometrii projektowanej części dobrym pomysłem jest wykorzystywanie obu wspomnianych technik projektowania. Osobno każda z nich ma pewne ograniczenia i wady. Np. modelowanie bryłowe jest dużo szybsze i łatwiejsze w nauce, ale nie sprawdzi się przy projektowaniu gładkich przejść i niestandardowych powierzchni. Zaś powierzchniowe zajmuje dużo więcej czasu, ale jest najskuteczniejszym sposobem modelowania ścian o dowolnej klasie ciągłości powierzchni.

Dlatego połączenie obu tych metod w umiejętny sposób pozwala na uzupełnienie braków każdej z osobna, a cały proces projektowania może być jeszcze bardziej efektywny. Warunkiem jest jednak dobra znajomość obu metod projektowania oraz zidentyfikowanie ich możliwości w kontekście konkretnego przypadku.