3D-дезигн: а чего, собственно, нужно?
Растекание мысли в прошлом посте увело от формулировки непосредственно задачи: какие подходы существуют для технического объёмного проектирования и как на способы формирования моделей накладывается их последующее назначение - быть напечатанными на 3D-дрюкере, просите за мой немецкий.
Сразу оговоримся, различного рода «бионический дизайн» и аэродинамические формы оставим для специальных приложений и применений. В частности, основной круг задач для различных «мейкерских» применений, а-ля кружок «Умелые руки», сводится к изготовлению корпусных изделий, монтажных рам, кронштейнов, рычагов, передач, крепежа и прочих элементов устройств и механизмов. И, забегая вперёд, надо отметить, что лишь в редких случаях подобного рода модели, будучи напечатаны, оказывается с первого раза на 100% годны к применению по своему назначению.
Перейдём к основным способам «виртуального формообразования» применительно к означенной области.
Первый, простой и наглядный способ - комбинирование примитивов. Способ сродни игры в детские кубики: ставим один кубик на другой, сверху пирамидку, сбоку цилиндрик, между ними прямоугольную стенку, и получился... ну, что выросло, то выросло. При этом размеры и взаимное положение этих кубиков, шариков и других примитивчиков задаются произвольно пользователем с тем, чтобы в максимальной степени приблизить модель к оригинальному или задуманному виду. Виртуальность происходящего позволяет не только присоединять фигуры друг к другу, но и вычитать формы, получая пазы, полости и отверстия различной формы. При должном развитии воображения можно добиться вполне приемлемых результатов.
Пример из TinkerCAD: Lego-совместимый кронштейн. Слева на заднем плане исходные примитивы (цилиндры, параллелепипед, треугольная призма: сплошным цветом для сложения основной формы, серым прозрачным - для вычитания, т.е. формирования пазов и отверстий). Справа на переднем плане готовая "собранная" модель.
Второй базовый подход: протяжка плоских контуров по прямой или пространственной траектории. Как и с примитивами, результат может как присоединяться к исходной модели (pad - вытяжка), так и вычитаться из неё, образуя паз или отверстие (pocket, hole - выдавливание).
FreeCAD: произвольная форма, полученная вытягиванием плоских контуров с формированием тела и вырезанных пазов. Исходные плоские контуры - скетчи (sketch - набросок) подсвечены белым.
Сильная сторона такой техники заключается в том, что плоские контуры наносятся на плоскостях уже существующих форм и могут быть (а точнее говоря, должны быть) привязаны к уже имеющейся геометрии, в т.ч. не лежащей в плоскости контура, или общим системам координат, что даёт некоторую степень адаптивности, например, при изменении размеров исходных элементов.
Эти методы формирования геометрии могут быть применены совместно, многие CAD-системы это позволяют. Собственно, набор средств в большинстве программных CAD-продуктов обеспечивают достаточно быстрое моделирование, при условии, что мы уверены в топологии модели, т.е. её базовом строении, размерах элементов и их взаимном расположении. Так, например, на стадии обдумывания концепции некоего абстрактного корпуса-платформы мы определяемся, что в основе формы лежит параллелепипед, а не шар или трапецеидальная призма, посадочное место для моторчика расположено именно справа от ребра жёсткости, к которому сделана привязка, и никак иначе, выключатель будет снизу посередине, а лампочки подсветки будут вдоль нижнего края в два ряда с каждой стороны.
Итак, модельку мы слепили, заправили филамент в фидер, пардон, пластиковый пруток в механизм подачи, запустили печать, промаялись пару часов, прыгая вокруг жужжащего принтера, и вот у нас в руках ПРОТОТИПИЩЕ!
Однако, попытавшись собрать изделие, приходим к выводу, что модель в начальном приближении очень даже ничего и весьма похожа на настоящую, только компоненты на напечатанной, например, платформе не стыкуются: монтажные отверстия Ардуины не совпадают соответствующими крепёжными столбиками на каких-то 1.5 мм, но саморезы уже не вкручиваются; межосевое расстояние зубчатой пары чуть маловато, шестерни стоят домиком и не вращаются (эх, полмиллиметра не хватает); моторчик бы вообще поставить не вдоль, а поперёк, т.к. хвостовик вала предательски торчит сзади на 0.7 мм и упирается в стенку, чего не было на модели, а сдвигать уже некуда; ну а в общем, по эстетике - на экране пропорции выглядели немного по-другому и в реале вот эту плоскость наклонить бы посильнее, а вырез сместить на 5 мм назад. Кроме того, на поверку оказалось, что все отверстия, пазы и вырезы оказались меньше на 0.2 мм с каждой стороны (проделки программы подготовки печати - слайсера), и хитровыдуманное замковое соединение отказывается стыковать два куска платформы между собой, выключатель заклинило в пазу, а светодиоды не пролезают в соответствующие отверстия.
И тут потихоньку приходит понимание, что изменение нескольких размеров тащит за собой практически полное перестроение всей модели, так как на кураже и под вдохновением модель была собрана быстро, но с ручным заданием размеров каждого примитива, а значит с нулевым уровнем адаптивности. «Параметрическое моделирование? Не, не слышал...»
Получив первый микроинсульт от понимания, что казалось бы, достигнутая цель внезапно удалилась куда-то за горизонт, и предстоит объём работы, сопоставимый с первоначальным моделированием, но уже с остывшей головой и потухшим огоньком новизны в глазах, отправляемся за горячительным и начинаем вдумываться в понятие адаптивной параметрической модели, так как не факт, что вторая итерация окажется лишена всех недостатков первой версии.
Мысль течёт дальше, до самих CAD-систем пока не добрались. Следующий пост - уровни адаптивности моделей.