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實體/曲面混合建模:未來三維CAD建模的主流技術

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實體/曲面混合建模:未來三維CAD建模的主流技術

  維數(shù)字化建模主要有兩種技術:一是參數(shù)化建模,二是直接建模。但這兩種技術在實際應用中均存在缺陷。論文將兩種建模方法融合在一起形成混合建模技術,能更好地體現(xiàn)設計者的意圖,提高設計效率。下面就跟小編來了解一下吧!

  實體/曲面混合建模:未來三維CAD建模的主流技術

  1、實體建模和曲面建模介紹

  實體建模和曲面建模是兩種不同的幾何建模方法。實體建模通過使用封閉的實體特征進行堆疊裁減,可以得到直觀的實體模型。

  圖 1 實體建模的方式

  曲面建模(如圖2所示)則是通過創(chuàng)建無限小厚度的物體表面,進行連接閉合,從而得到最終的曲面造型。

  圖 2 曲面建模的方式

  對于機械特征明顯的造型,實體建模通過確認曲面邊界和拓撲定位來明確地呈現(xiàn)物體特征,建模過程更為簡單快捷。但對于外觀要求高的造型,曲面建不需要任何特征信息,

  只要定義邊界的幾何描述就能得到復雜的效果?;谶@個差異點,要求創(chuàng)建高質量、更復雜的曲面造型時,曲面建模卻又比實體建模更便捷、快速。

  隨著工程師對產(chǎn)品多樣化的設計要求,期待能不再局限于實體建?;蛘咔娼?,而是能同時兼具兩者優(yōu)點的新技術,因此混合建模技術應運而生?;旌辖;谥型?D獨有的OverdriveTM內核,充分整合了兩種建模技術的優(yōu)勢,從而讓用戶能在實體和曲面間實現(xiàn)自由交互,設計更加靈活自如。

  對于大多數(shù)三維CAD軟件,工程師一般會利用曲面修剪形狀(見圖3) ,但有沒有可能通過實體來修剪形狀嗎?混合建模技術就能做到(如圖4所示)。

  圖 3 一般建模只允許通過曲面來修剪形狀

  圖 4 混合建模允許通過實體來修剪形狀

  2、詳解混合建模技術——實體與曲面的靈活轉化

  因為混合建模技術可以讓大多數(shù)操作命令在實體和曲面環(huán)境中同時使用,所以用戶無需考慮操作對象是一個實體還是曲面。在過去,用戶必須接受專門的培訓來學習如何區(qū)分實體建模命令和曲面建模命令,使得三維建模入門非常難,專業(yè)度非常高。而現(xiàn)在混合建模集成了實體和曲面建模兩種技術,極大地降低了三維建模的學習難度,更加容易上手。

  以計算質量為例,實體建模只能在沒有間隙的完美實體上進行,而通過混合建模技術,不管實體有多少間隙,中望3D都可以靈活、便捷地計算出質量。特別在導入不同軟件圖紙時,模型常常都是不完整的。一般情況下,工程師需要花費大量的時間來修補模型,之后才能獲得相關的質量信息。相比之下混合建模技術能夠幫助工程師節(jié)省繁瑣的修補環(huán)節(jié),將精力更聚焦于創(chuàng)造性的工作上。

  圖 5 質量屬性計算工作比較

  當模型完整時(右邊)實體建模和混合建模都可以完成

  但面對模型不完整時(左邊),只有混合建模才能夠處理

  事實上,混合建模技術是顛覆了你過去所學的實體建模或曲面建模的理念,一旦你熟悉、并真正掌握,效率的大幅提升將超出你的意料之外。

  3、混合建模如何加速設計到制造

  3.1 簡化模具設計環(huán)節(jié)

  在這個信息爆炸的時代,電視機、手機、筆記本電腦等信息傳播載體已成為日常生活的必需品。為了大批量生產(chǎn)這些產(chǎn)品,實現(xiàn)標準化的模具設計是必不可少的。在設計模具過程中,型芯和型腔的分離是最有難度、最具挑戰(zhàn)的環(huán)節(jié)——除了需要熟練的操作,還要求大量的檢查和修補工作。當模型有破面的情況出現(xiàn),分模難度就更高了。對許多模具公司而言,最痛苦就是從上游收到不同軟件的圖紙來制作模具,為此模具工程師不得不夜以繼日地工作來保證導入的零件質量。

  現(xiàn)在,這些問題都可以通過混合建模技術輕松解決,因為無論是面對實體或者曲面,混合建模技術讓大部分的操作都能同時起作用,從而極大簡化分模工作,快速實現(xiàn)分模(如圖6所示)。

  圖 6 混合建模技術能夠保證分模效率

  3.2 設計與CAM加工無縫對接

  將設計轉化為真實產(chǎn)品的關鍵環(huán)節(jié)就是制造,其中CNC數(shù)控加工是使用最廣泛的生產(chǎn)技術。一般來講,CNC加工需要經(jīng)驗豐富的工程師才能完成工作,但為了讓數(shù)控編程更加簡單,越來越多的功能創(chuàng)新降低了操作的難度,包括智能策略加工、自動化生產(chǎn)等技術。但無論自動化程度有多高,有一個環(huán)節(jié)是無法避免的,就是在選擇任何一項智能加工策略之前,你還是必須得先花時間處理好從外部導入的數(shù)據(jù)文件。

  以圖8的零件加工為例。在數(shù)控加工過程中,我們希望刀軌能夠繞過間隙、槽、孔,但大多數(shù)的CAM軟件是無法識別這些幾何形狀,因此工程師需要先進行修補或者創(chuàng)建一個輔助曲面來一個個封閉它們。但如果這個零件的槽,孔和間隙非常多,工程師就至少得花好幾天的時間。針對這種情況,中望3D獨有的混合建模技術則可以識別出來,無論是實體或者非實體。因此,刀具在切割零件時,就能自動繞過孔或槽,從而大幅度節(jié)省工作時間。另外,在進行編程和實體仿真的過程中,實體模型無論是否完整或者有間隙,刀軌檢查和刀具路徑都能照常運作。

  圖 7 混合建模技術能實現(xiàn)刀具自動繞過間隙

  通過混合建模技術,工程師不用先考慮需要處理的模型是不是實體??傮w而言,它的優(yōu)勢不僅僅只是讓產(chǎn)品設計環(huán)節(jié)更加流暢,延伸到模具設計、生產(chǎn)制造整個流程,所有工作都可以更加簡單、高效。

  圖 8 混合建模技術有助于減少設計到制造的對接工作

  3.3 滿足3D打印前端設計需求

  經(jīng)過十幾年的研究和發(fā)展, 3D打印技術日漸成熟,它可以激發(fā)人們創(chuàng)造出更獨特和有意義的產(chǎn)品。與專業(yè)的制造領域不同,3D打印未來的發(fā)展趨勢就是更加“親民”——沒有專業(yè)CAD / CAM軟件知識背景的用戶,也會通過3D設計和3D打印來完成生活用品。目前微軟已在Windows 8.1中開發(fā)了一款基礎的三維打印應用,但還是遠遠不夠。如果沒有專業(yè)背景的用戶想輕松設計出三維模型,就必須要求軟件易學易用且功能指引非常清晰,還必須兼容Windows 8系統(tǒng)和采用Ribbon界面來適應操作習慣。上述所說的要求,中望3D靈活的混合建模技術都已經(jīng)滿足,不需要像實體建?;蛘咔娼D菢颖仨毾日莆諒碗s的理論概念。例如你通過導角命令可以在實體或者曲面上快速增加一個圓角,或者把實體模型的面去掉輕松轉化為一個曲面,所有的操作都非常人性化。

  圖 9 最流行的Ribbon交互界面

  3.4 輕松完成復雜的結構設計

  通過混合建模,實體和曲面都可以進行布爾運算,讓你有更多的時間用于尋找創(chuàng)意和靈感。如圖10所示的復雜設計,單憑曲面建模需要更多的步驟來創(chuàng)建細節(jié)結果,但是混合建模允許你在創(chuàng)建主體曲面的同時,通過使用實體進行布爾運算就可以完成所需的效果。

  圖 10 通過布爾運算實現(xiàn)實體轉化為曲面

  基于中望3D的OverdriveTM內核,混合建模技術的優(yōu)勢能夠延伸到其他功能,讓設計更加簡單操作。例如,更強大的變形功能,無論是實體或曲面都可以附著到模型上,從而能夠隨意改變形狀和進行纏繞,快速創(chuàng)建出不同特征的零件?;旌辖碛凶寣嶓w和曲面自由交互的優(yōu)勢,給工程師提供無以比擬的專業(yè)設計工具。

  圖 11 變形纏繞功能讓讓設計化繁為簡

  4、未來三維建模技術的發(fā)展

  跟實體建模和曲面建模相比,混合建模同樣可以完成相同的效果,還能做到前兩者做不到的事情,因此擁有更多潛力和可能性待挖掘。今時今日,人們越來越青睞于更具創(chuàng)意、美感的外觀設計,混合建模技術消除了軟件操作的繁瑣,留給你更多創(chuàng)想的時間。

  未來,將會涌現(xiàn)更多新技術幫助工程師或者設計師有更多余力專注于創(chuàng)意本身,更從容地應對市場挑戰(zhàn)。但總而言之,三維建模技術是基礎,而其中混合建模則是集實體建模和曲面建模兩家之長,相信未來將成為工業(yè)設計的主流三維建模技術,持續(xù)引領三維設計軟件的發(fā)展趨勢。


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