3D skiciranje i rešetkaste konstrukcije

2D naspram 3D skice

Uobičajena skica (jedinica 1.5) leži na jednoj ravnini: sve njezine točke imaju dvije slobodne koordinate unutar te ravnine, a treća je koordinata (položaj same ravnine u prostoru) fiksna. 3D skica nema tu ogradu — svaka točka može ležati bilo gdje u prostoru, s tri slobodne koordinate. To čini 3D skicu prirodnim alatom za geometriju koja se ne da opisati jednom ravninom: prostorne putanje cijevi i kabela, rešetkaste konstrukcije čiji se štapovi ne poklapaju s jednom ravninom, kosture za površinsko modeliranje (jedinica 3.3) i vodilice za povlačenje profila po složenoj trajektoriji.

Cijena te slobode je teža kontrola: u 2D skici je lako vizualno prepoznati je li skica potpuno određena (jedinica 1.7), jer se sve odvija na jednoj ravnini pred očima. U 3D skici isti profil promatran iz jednog kuta može izgledati potpuno određen, a iz drugog kuta odati da mu nedostaje relacija u trećoj dimenziji. Zato je u 3D skiciranju disciplina korištenja relacija i referentne geometrije (ravnina, osi, referentnih točaka) još važnija nego u 2D skici.

Crtanje u prostoru i promjena ravnine rada

Pri crtanju linije u 3D skici, alat radi na trenutačnoj ravnini rada (obično jedna od triju glavnih ravnina ili ploha modela), sve dok se ta ravnina izričito ne promijeni. Uobičajen način rada je: postaviti prvu točku, zatim tipkom prebaciti ravninu rada (u SolidWorksu tipka Tab) kako bi se sljedeći segment mogao crtati u drugom smjeru, npr. najprije duž vodoravne ravnine, pa zatim duž okomite. Bez te promjene ravnine sve bi točke ostale na istoj ravnini i skica bi zapravo bila obična 2D skica smještena u 3D prostoru, a ne prava prostorna putanja.

Numeričko zadavanje koordinata (upis točnih X, Y, Z vrijednosti svake točke) pouzdanija je metoda od slobodnog crtanja mišem kad su položaji poznati unaprijed, npr. iz koordinata priključaka dvaju dijelova koje treba povezati cijevi ili kabelom. Slobodno crtanje mišem uz naknadno dimenzioniranje pogodnije je kad se oblik putanje tek traži, npr. pri prvom nacrtu rešetkastog kostura oko kojeg će se kasnije postaviti strukturni profili.

Relacije svojstvene 3D skici

Uz uobičajene relacije naslijeđene iz 2D skiciranja (paralelnost, okomitost, jednaka duljina), 3D skica nudi i relacije koje u 2D nemaju smisla, jer pretpostavljaju treću dimenziju:

• Duž osi X / Y / Z — segment se zaključava paralelno s jednom od glavnih osi koordinatnog sustava, neovisno o trenutačnoj ravnini rada.
• Na plohi (On Surface) — točka se zaključava da leži na odabranoj, i zakrivljenoj, plohi drugog tijela; koristi se npr. kad putanja mora pratiti obris zaobljenog kućišta.
• Duž / kroz (Along Z, Pierce) — točka se zaključava da leži na presjeku s odabranom ravninom, osi ili krivuljom, čak i kad ta krivulja ne leži na ravnini rada.

Ove relacije dopuštaju da 3D skica ostane potpuno određena unatoč tome što svaka njezina točka ima tri stupnja slobode: svaki dodatni stupanj slobode mora biti uklonjen ili relacijom ili dimenzijom, jednako kao u 2D skici, samo što ih je u pravilu tri puta više po točki.

Povlačenje profila po prostornoj putanji

Značajka povlačenja po putanji (Sweep) uzima ravan profil (obično nacrtan u zasebnoj 2D skici, na ravnini okomitoj na početak putanje) i povlači ga duž vodeće krivulje — putanje, koja može biti obična 2D skica, ali za prostorne oblike gotovo redovito jest 3D skica. Rezultirajuće tijelo prati svaki zavoj putanje, uz profil koji ostaje okomit na putanju u svakoj točki (ili prati drugo zadano pravilo orijentacije, npr. paralelno s referentnom ravninom). Sweep je osnovni alat za modeliranje geometrije poput cijevi, kabela, rukohvata i, u kombinaciji sa strukturnim profilima, štapova rešetkaste konstrukcije.

Za konstantan poprečni presjek duž cijele duljine (kao kod cijevi ili strukturnog profila) dovoljan je jedan profil na početku putanje. Kad presjek treba mijenjati oblik ili veličinu duž puta, koristi se srodna značajka lofting (jedinica ne obrađuje lofting detaljno — princip je sličan, ali s dva ili više profila na različitim položajima umjesto jednog profila i putanje).

Rešetkaste konstrukcije

Rešetkasta konstrukcija (wireframe / skeletal frame) sastoji se od niza pravocrtnih i lučnih segmenata koji predstavljaju osi budućih štapova nosive konstrukcije, umjesto punih tijela. Segmenti se crtaju kao 3D skica, a zatim se na svaki od njih primjenjuje strukturni profil (structural member, u nekim sustavima poseban modul za zavarene konstrukcije opisan u jedinici 2.7) — standardni profil poprečnog presjeka (kutni profil, cijev kvadratnog presjeka, U-profil) koji se automatski postavlja duž svakog segmenta 3D skice, s ispravnim spajanjem u čvorovima (orezivanje ili produživanje na sastavu dvaju profila).

Prednost pristupa 3D skica + strukturni profil, u odnosu na ručno modeliranje svakog štapa kao zasebnog ekstrudiranog tijela, jest parametarska veza: promijeni li se položaj čvora u 3D skici, svi profili spojeni na taj čvor automatski se produže ili skrate i ponovno pravilno orežu na novom mjestu spoja. Isti kostur 3D skice može poslužiti i kao putanja za sweep (npr. za cjevovod koji prati rešetku) i kao osnova za strukturne profile (za samu nosivu konstrukciju), što ubrzava usklađivanje kad se dvije funkcije prostorno prepliću.

Dijagnostika i dobra praksa u 3D skici

Nedovoljno određena 3D skica u praksi je teže uočiti nego nedovoljno određena 2D skica, jer se problem često skriva u dimenziji okomitoj na trenutačni pogled. Preporučeni postupak je provjeriti stanje skice (potpuno / nedovoljno / prekomjerno određena, isti pokazatelj boje kao u 2D skici, jedinica 1.7) iz najmanje dva različita pogleda prije nego se skica proglasi gotovom, te umjesto slobodnog crtanja mišem što više osloniti na relacije duž osi i na referentne ravnine — svaka takva relacija čvrsto uklanja jedan stupanj slobode, dok slobodno postavljena točka bez ijedne relacije ostavlja svu odgovornost na dimenzijama, koje je u prostoru lakše zaboraviti.

Za rešetkaste konstrukcije dodatna je preporuka graditi 3D skicu na temelju referentnih točaka izvedenih iz stvarnih konstrukcijskih zahtjeva (npr. položaja priključaka drugih dijelova u sklopu), a ne proizvoljno, kako bi se izbjeglo naknadno ručno usklađivanje kostura s ostatkom sklopa.

Korisna je i navika povremeno graditi 3D skicu iz više kraćih, jasno imenovanih segmenata umjesto jedne duge neprekinute linije: kad naknadna izmjena zahtijeva premještanje samo jednog dijela putanje, lakše je pronaći i urediti kratki, imenovani segment nego tražiti pravu točku unutar duge polilinije s desecima vrhova. Isto vrijedi i za relacije — eksplicitno dodana relacija duž osi X lakše se kasnije prepozna i po potrebi ukloni nego implicitna posljedica slučajno poravnatog klika mišem.

Primjena na hvatač MPH-1

Na sklopu hvatača MPH-1 3D skica koristi se kao vodič cjevovoda: pneumatska cijev od brzog spojnika na cilindru do priključka na nosaču ne prolazi ravnom linijom, nego zaobilazi kućište i vodilice prstiju kako pri gibanju prstiju ne bi zapinjala. Umjesto da se pokuša pogoditi zakrivljeni oblik cijevi slobodnom rukom u prostoru, trasa se najprije definira kao 3D skica s nekoliko čvornih točaka (izlaz iz spojnika, obilazak ruba kućišta, ulaz u priključak), a zatim se preko nje značajkom sweep povuče kružni profil vanjskog promjera cijevi (jedinica 2.7). Isti pristup koristi se i pri planiranju dvožilnog kabela induktivnog senzora prema razvodnom ormaru: 3D skica unaprijed pokazuje hoće li kabel dosegnuti planiranu duljinu i hoće li na putu prolaziti preblizu pokretnim dijelovima.

Za pomoćnu rešetkastu strukturu (npr. privremeni transportni okvir za zaštitu hvatača pri isporuci) isti bi se princip primijenio strukturnim profilima duž 3D skice sastavljene od kraćih pravocrtnih segmenata koji spajaju uglove zamišljenog okvira — identičan postupak modeliranju zavarene podnožne konstrukcije opisane detaljnije u jedinici 2.7, samo bez zavarenih spojeva.

Računski prikaz: duljina segmentirane prostorne putanje

Duljina jednog pravocrtnog segmenta 3D skice između dviju točaka računa se prostornom udaljenošću: L = √(Δx² + Δy² + Δz²). Za rešetkastu konstrukciju ili vodič cjevovoda sastavljen od više jednakih segmenata (npr. ponovljeni zigzag oblik), ukupna duljina jednaka je duljini jednog segmenta pomnoženoj s brojem segmenata — koristan brz izračun za procjenu potrebne duljine profila ili cijevi prije nego što je model dovršen.

Za pomak jednog segmenta od 60 mm po X, 40 mm po Y i 25 mm po Z izlazi duljina segmenta oko 76 mm; za rešetkasti vodič sastavljen od šest takvih segmenata potrebna je ukupna duljina profila ili cijevi od oko 456 mm. Kod stvarne rešetkaste konstrukcije na tu vrijednost treba dodati i gubitke na orezivanju u čvorovima (profili se u spoju obično malo skraćuju ili produžuju pri koponju), pa je ovaj izračun gornja procjena potrebnog materijala, ne konačna narudžbena duljina.

Ključni pojmovi

Provjeri se

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

Vježbe uz jedinicu

Gradivo ove jedinice priprema za sljedeće vježbe:

• V6 3D skiciranje: rešetkasta konstrukcija · 2 sata