Izrada digitalnih objekata korištenjem 3D modeliranja

Čitanje nacrta

Modeliranje ne počinje u programu nego nad nacrtom. Nacrt nosi sve što model mora imati, ali ne govori kojim redom to nastaje. Prvo se čitaju pogledi: glavni pogled bira se tako da pokaže najviše obilježja dijela, a ostali pogledi dopunjuju ono što se u njemu ne vidi. Presjeci otkrivaju unutrašnjost, a detalji uvećavaju sitne značajke.

Zatim se čitaju kote. Važno je razlikovati one koje određuju oblik od onih koje određuju položaj. Prve ulaze u skicu značajke, druge u njezino postavljanje. Uz kote se čitaju tolerancije i oznake hrapavosti; one ne ulaze u model, ali govore koji su dijelovi nacrta funkcionalni i ne smiju se mijenjati.

Iz nacrta se izvodi plan modeliranja. Plan je kratak popis: od čega se polazi, koje značajke slijede i na što se svaka od njih oslanja. Za prihvatnicu AR-1 plan glasi: osnovno tijelo izvlačenjem, prirubnica rotacijom, utor vodilice oduzimanjem, provrti, polje provrta, zaobljenja. Šest koraka, s jasnim redoslijedom.

Plan se piše prije prve linije jer se time izbjegava najskuplja pogreška: model koji je izgrađen, izgleda dobro, a ne može se izmijeniti. Deset minuta planiranja češće štedi sat rada nego što se čini, osobito kad se iz istog modela izvode tri veličine kao u projektu AR-1.

Redoslijed značajki

Redoslijed se određuje po jednostavnom pravilu: od velikog prema malom, od nosivog prema doradnom. Najprije nastaje tijelo koje daje glavninu obujma. Zatim značajke koje dodaju materijal, pa one koje ga oduzimaju. Na kraju dolaze zaobljenja, skošenja i sve što samo dorađuje bridove.

Pravilo ima jednu iznimku koja se često previdi. Značajka koja nosi namjeru dizajna stavlja se što ranije, i onda kad je sitna. Ako je razmak čeljusti ono što se mijenja, mjera koja ga određuje mora nastati u prvim koracima, jer se poslije na nju veže sve ostalo. Značajka na kraju stabla teško postaje glavni parametar.

Druga uputa tiče se broja značajki. Isti se oblik može napraviti s pet ili s dvadeset pet koraka. Manji broj značajki gotovo je uvijek bolji: model se brže izgrađuje, lakše čita i rjeđe puca. Nekoliko manjih skica spojenih u jednu značajku bolje je od niza značajki koje se lančano oslanjaju jedna na drugu.

Izrada dijelova

Prihvatnica AR-1 sastoji se od četiriju dijelova: tijela, prirubnice, dviju čeljusti i vijaka. Svaki se izrađuje kao zaseban model, jer se u uputama prikazuju odvojeno.

Tijelo nastaje izvlačenjem pravokutne skice 120 × 80 na visinu 18 mm. Skica se crta simetrično oko ishodišta, a ne od ugla, jer se time dobiva os simetrije koju poslije koriste zrcaljenje i polje. Ishodište se postavlja u sredinu donje plohe, dakle na mjesto spoja s prirubnicom.

Prirubnica nastaje rotacijom profila oko osi. Rotacija se bira umjesto izvlačenja jer profil sadrži stepenicu i ležište brtve, pa bi izvlačenjem trebalo više koraka. Na prirubnicu dolaze četiri provrta M6, izrađena jednim provrtom i kružnim poljem.

Čeljusti se izrađuju jednom, a druga nastaje zrcaljenjem preko ravnine simetrije. Time se osigurava da su uvijek jednake, i nakon izmjene. Razmak među njima zadan je jednadžbom: promjer obratka uvećan za 4 mm. Vijci se ne modeliraju nego uzimaju iz knjižnice normiranih dijelova, jer njihov točan oblik nije predmet uputa.

Svaki dio dobiva svojstva materijala prije nego što se sklop sastavi. To nije kozmetika: iz materijala se računaju masa i težište, a ta dva podatka odlučuju hoće li prihvatnica uopće biti prikladna za robot ZR-1 nosivosti 20 kg.

Knjižnice i ponovna uporaba

Velik dio modela nikada se ne crta iznova. Vijci, matice, podloške, ležajevi, cilindri i priključci uzimaju se iz knjižnice normiranih dijelova. Takav dio dolazi s ispravnim mjerama, materijalom i imenom, pa se u sklop umeće kao gotova cjelina. Modeliranje vlastitog vijka M6 gubitak je vremena i izvor pogrešaka.

Za proširenu stvarnost knjižnični dijelovi imaju i drugu stranu. Oni su često modelirani s punim navojem, a navoj sam može nositi nekoliko tisuća trokuta. Četiri takva vijka mogu premašiti cijeli proračun jednog koraka uputa. Zato se knjižnični dijelovi pri pripremi zamjenjuju pojednostavljenim inačicama: valjak s glavom umjesto navoja, s upečenim navojem u teksturi.

Ponovna uporaba vrijedi i za vlastite modele. Ako je prihvatnica dobro izgrađena, iz nje se trima izmjenama parametra dobivaju tri veličine. Ako su joj dijelovi uredno imenovani, drugi projekt može preuzeti samo prirubnicu. Model koji se može ponovno upotrijebiti vrijedi višestruko više od modela koji rješava jedan zadatak.

Sklapanje i veze

Sklop se gradi od nepomičnog dijela prema pomičnima. Prvi umetnuti dio obično se učvrsti i postaje nositelj koordinatnog sustava cijelog sklopa. Na prihvatnici je to prirubnica, jer je ona ono što se spaja na robot. Svi ostali dijelovi vezuju se izravno ili neizravno na nju.

Veze se postavljaju onim redom kojim se dijelovi stvarno sastavljaju. Tijelo se najprije prisloni na prirubnicu podudarnošću ploha, zatim se poravna suosnošću provrta, a treća veza uklanja preostalo okretanje. Tri veze uklanjaju svih šest stupnjeva gibanja, pa je dio potpuno određen. Četvrta bi veza bila suvišna i vjerojatno proturječna.

Čeljusti se namjerno ostavljaju s jednim slobodnim stupnjem. Time se dobiva gibanje koje se u uputama prikazuje kao otvaranje i zatvaranje, a istodobno se u sklopu može izmjeriti hod i provjeriti sudaraju li se dijelovi u krajnjim položajima. Provjera sudara izvodi se prije izvoza, jer je u sceni proširene stvarnosti prekasno.

Na kraju se sklop postavlja u položaj koji aplikacija treba, najčešće u zatvoreno stanje. Taj položaj se izvozom pretvara u krajnje vrijednosti položaja u stablu scene, jer veze se ne prenose. Sve što se poslije mora gibati rješava se animacijom ili odvojenim čvorovima.

Provjera mjera i mase

Gotov model provjerava se prema nacrtu, a ne prema dojmu. Provjera ima tri razine. Prva je mjerna: uspoređuju se glavne mjere modela s kotama nacrta. Druga je masena: iz materijala se računaju obujam, masa i težište. Treća je funkcionalna: provjerava se hod čeljusti, sudari i pristupačnost vijaka.

Masa je za robotsku primjenu ključna. Nosivost robota ZR-1 iznosi 20 kg, a u nju ulazi sve što visi na prirubnici: prihvatnica, spojni pribor, cijevi i sam obradak. Prihvatnica koja teži pet kilograma ostavlja petnaest kilograma za obradak, a masa koja je preblizu granici skraćuje vijek reduktora i usporava gibanje.

Prikaz pokazuje koliko brzo masa raste s debljinom stijenke. Udvostručenje debljine ne udvostručuje masu samo osnovnog tijela nego i svih ostalih zidova, pa je porast znatno veći od očekivanog. Suprotno tome, promjena materijala s čelika na aluminijsku leguru gotovo utrostručuje raspoloživu nosivost za obradak.

Uz masu se čita i težište. Robot ga treba kao ulazni podatak jer o njemu ovise moment na prirubnici i dopuštene brzine. Težište pomaknuto daleko od osi prirubnice smanjuje stvarnu nosivost i onda kad je masa unutar granice. Model koji daje točnu masu i točno težište vrijedi znatno više od modela koji samo dobro izgleda.

Česte pogreške i predaja modela

Iskustvo pokazuje da se pogreške ponavljaju. Dobro ih je znati unaprijed jer se većina prepoznaje za nekoliko sekundi.

• Skica koja nije određena — model radi dok se ne promijeni prva mjera, a onda se iskrivi na neočekivanom mjestu.
• Zaobljenja prerano u stablu — svaka sljedeća izmjena ruši ih i traži ponovno postavljanje.
• Ishodište na krivom mjestu — model se u sceni ne sidri ondje gdje treba.
• Dijelovi bez materijala — masa i težište su besmisleni, pa se provjera nosivosti ne može napraviti.
• Premalo veza u sklopu — dijelovi lebde i svaki izvoz daje drugačiji položaj.
• Imena bez značenja — model preuzima druga osoba i gubi sat vremena na ono što je moglo pisati u nazivu.

Predaja modela nije samo slanje datoteke. Uz model idu nacrt prema kojem je izrađen, popis parametara koji se smiju mijenjati, podatak o materijalu, masi i težištu te napomena o ishodištu i orijentaciji. Bez toga sljedeći korak — priprema za proširenu stvarnost — počinje pogađanjem.

Model prihvatnice koji izlazi iz ove jedinice ima 486 000 trokuta pri finoj tesselaciji i 41 MB u izvornom zapisu. To je potpuno u redu za konstrukciju i za izradu dijela, ali neupotrebljivo za tablet. Sve što slijedi u sedmoj jedinici polazi upravo od tog modela.

Ključni pojmovi

Provjeri se

Kratka provjera prije prelaska na sljedeću jedinicu. Odgovor se potvrđuje klikom, a obrazloženje se prikazuje odmah.