تکنولوژی طراحی کامپیوتری

تکنولوژی تولید افزایشی درواقع از نتایج حاصله از مهندسی مکانیکی، نرم افزار CAD مدل - سازی حجمی سه بعدی،استفاده می کند. بسیار مهم است بدانیم که AM فقط یک شاخه از یک مجموعه بسیار بزرگتر از سیستم CAD می باشد و در نتیجه تمام سیستم های CAD نتایج قابل قبولی را برای تکنولوژی لایه ای AM تولید نخواهد کرد. اخیرا، تکنولوژی AM بر روی تولید مجدد شکل های هندسی تمرکز کرده است و در نتیجه بهترین نوع از سیستم های CAD، آنهایی هستند که چنین فرم هایی را به دقیق ترین و موثرترین شیوه تولید می کنند. برای بهتر درک کردن روند کار پرینتر سه بعدی بهتر است تا به نحوه کار با CAD بیشتر توجه کنید.

سیستم های اولیه CAD چگونه بودند؟

سیستم های اولیه CAD محدود به تکنولوژی نمایشی بودند. اولین سیستم نمایشی به غیر از ارائه ی خروجی متن به صورت الفبای عددی، هیچ توانایی خاص دیگری نداشت. بعضی از کامپیوتر های اولیه دارای دستگاه های خروجی گرافیکی خاصی بودند که گرافیکی خاصی بودندکه گرافیک های نمایش داده شده را از دستورات متنی مورد استفاده برای ایجاد آنها، جدا می کردند. با این حال، فرم های مهندسی در ابتدا در یک شکل برداری نشان داده استفاده برای ایجاد آنها، جدا می کردند. با این حال، فرم های مهندسی در ابتدا در یک شکل برداری نشان داده می شدند که خروجی آنها به صورت یک قالب کلی بود. در این سیستم ها به همان اندازه که درخواست افزایش قدرت محاسبه رو به تزاید گذاشته، تشخیص اشکال هندسی سه بعدی بر روی صفحات نور و سایه هم سخت شده بود (به دلیل نمایش های تک رنگ).

علت اصلی رشد و توسعه CAD

علت اصلی رشد و توسعه CAD، تولید مجموعه ها به کمک کامپیوتر (CAM) بود. CAMکانالی را برای تبدیل مدل های مجازی توسعه یافته در CAD به محصولات فیزیکی که ما در زندگی روزمره خود استفاده می کنیم، ایجاد می کند. اگر تقاضای تبدیل فضای مجازی به واقعی نبود، در اینکه CAD به این اندازه می توانست رشد و توسعه باید جدی وجود داشت. از سوی دیگر، این کار با پیشرفت هایی در تکنولوژی های مرتبط مانند پردازشگر، حافظه و نمایشگر، سرعت و قوت بیشتری به خود گرفت. سیستم های CAM کدی را برای ماشین آلات عددی کنترل شده NC ایجاد می نمایند، این دستگاه های NC اساسا اطلاعات را با دستوراتی برای انتخاب و به کار انداختن ابزار برش هماهنگ می کنند. تکنولوژی های NC اولیه اطلاعات CAM را با توجه با موقعیت شکل های ماشین کاری شده مثل حفره ها، شکاف ها، شیار ها و غیره بدست آورده واین اشکال با ماشین کاری از یک ماده اولیه ساخته می شوند. هرچه دستگاه های NC ارزششان را در فعالیت های دقیق و مکانیزه بیشتر نشان می دهند، کارآیی و تکامل سطوح ماشین کاری شده نیز افزایش می یابد. این کار اکنون تا حد رسیدن به توانایی برای ماشین کاری سطوح بسیار پیچیده و بدون شکل هم ادامه پیدا کرده است.

چند محدودیت برای تمام ماشین کاری های NC وجود دارد؟

به هرحال، دومحدودیت اصلی برای تمام ماشین کاری های NC وجود دارد :

اغلب قطعات باید به صورت مرحله ای ساخته شوند، که بیشتر برای حذف بخش های اضافه از قطعه و تولید محصول نهایی نیاز است که چندین مرحله بر روی آن کار انجام شود.

تمام ماشین کاری ها از یک سمت نزدیک ( گاهی اوقات به جای ساخت کاملا سه بعدی، به عنوان 5/2 بعدی هم خوانده می شوند) انجام می شود. این کار احتیاج دارد که ماده خام در یک خاص نگهداشته شود و در طول پردازش، تمامی موارد به صورت یکجا و در یک مرحله قابل دسترسی نیستند.

در نتیجه ماشین کاری NC تنهابه نرم افزار مدل سازی سطح نیازمند خواهد بود. تمامی سیستم های CAM اولیه بر اساس مدلسازی حجمی CAD بودند. تکنولوژی AM اولین فرایند تولید کامپیوتری مکانیزه شده بود که دقیقا به مدل سازی حجمی سه بعدی CAD بودند. برای تولید مختصات کار در AM، داشتن یک سطح کاملا محصور الزامی است. این مسئله با استفاده از سیستم های مدل سازی حجمی قابل دستیابی می باشد، اما به دلیل اینکه سطوح با منحنی های مرزی توصیف می شوند، ارتباط آنها با یکدیگر به شکل دقیق و یکپارچه معمولا بسیار مشکل است. حتی اگر فاصله بین آنها بسیار کم و نامحسوس هم باشد، باز هم ممکن است ساخت مدل های یدست آمده با استفاده از AM سخت و دشوار باشد. در نهایت، هرگونه اشتباهی در مدل سه بعدی به قطعه ساخته شده AM هم منتقل می شود. برنامه ابتدایی کاربردی AM معمولا به دلیل مشکلات مربوط به نرم افزار الگو سازی سطحی، سختی های بسیاری را در برداشت.

اولویت با کدام سیستم مدلسازی است؟

از آن رو که سیستم های تولید افزایشی مستلزم داشتن مدل های کاملا دقیق و بسته می باشند، اولویت با سیستم مدلسازی حجمی CAD تضمین می نماید که تمامی مدل ها ساخته شده دارای حجم بوده و در نتیجه می توان گفت شامل سطوح کاملا بسته ای می باشند. در حالیکه مدل سازی سطحی در ساخت یک قطعه قابل استفاده است، اما همیشه نمی توانیم اطمینان داشته باشیم که مدل نهایی به صورت کاملا وفادارانه نشانگر یک مدل حجمی باشد. چنین مدل هایی معمولا برای ابزار مهندسی کامپیوتری (CAE) مثل تحلیل محدود عوامل (FEA) الزامی هستنداما برای پردازش های دیگر CAM نیز اهمیت دارند.

برای استفاده از سیستم های CAD، از سیستم های خانگی (PCها) می توان بهره برد. این امر در نتیجه پیشرفت در تکنولوژی کامپیوتر که قبلا به آن اشاره شد اتفاق افتاده است، اما نتیجه پیشرفت های در ارائه، اجرا و ذخیره اطلاعات به شیوه CAD نیز می باشد. بیشتر سیستم های CAD امروزه از اسپیلاین های غیر یکنواخت نسبی1 یا NURBS استفاده می کنند. شیوه NURBS یک شیوه عالی برای تعیین دقیق منحنی ها و سطوح منطبق بر پوسته بیرونی مدل CDA می باسد. از آنجایی که تعاریف مدل می تواند شامل سطوح فرم آزاد وهم چنین اشکال هندسی ساده باشد، می بایست نمایه دارای تطبیق بوده و اسپیلاین ها به اندازه کافی پیچیده باشندتا بتوانند چنین شکل هایی را بدون ایجاد فایل های حجیم، ایجاد نمایند. هم چنین اجرای آنها برای اصلاح شکل های حاصله بسیار آسان است.

پیشرفت تکنولوژی کد چگونه است؟

تکنولوژی CAD در طول این مسیرها به سرعت پیشرفت می کند:

واقع گرایی : بواسطه استفاده از نور و سایه ( ترسیم نور و دیگر تکنیک های تصویر سازی واقعی ) ایجاد تصاویری از مدل های CADکه به سختی از تصاویر واقعی قابل تشخیص هستند، امکان پذیر می باشند. در بعضی از شیوه ها، این کار نیاز به مدل افزایشی را به منظور مجسم سازی اشکال، کاهش می دهد.

قابلیت استفاده و مواجهه کاربر : نرم افزار های اولیه CAD نیازمند به ورودی دستورالعمل های مبنای متنی بر اساس یک باکس گفتگو بودند. رشد GUI های ویندوز منجر به ایجاد گفتگوهای گرافیکی و حتی اجرای مستقیم مدل ها در محیط های مجازی سه بعدی شد. دستورالعمل ها با استفاده از سیستم هایی با منو (drop-down) و دستورات متنی، منتشر می شد. جهت منطبق کردن اولویت و شیوه های کار کاربران متفاوت با سیستم، اغلب این احتمال وجود دارد که دستورالعمل مشابهی به شیوه های متفاوتی اجرا گردد. هنوز برای وارد کردن سنجش های خاص به سیستم، داشتن صفحه کلید الزامی است، اما کاربری سیستم های CAD نیز به به طرز چشمگیری پیشرفت کرده است. به هرحال هنوز شیوه هایی برای در دسترس قرار دادن سیستم های CADبرای افرادی که دانش مهندسی ندارند یا در این زمینه آموزشی ندیده اند وجود دارد.

محتوای مهندسی : از آنجاییکه CAD تقریبا یکی از بخش های ضروری یک آموزش مدرن مهندسی می باشد، بسیار مهم و حیاتی است که این نرم افزار تا جایی که امکان دارد از محتوای مهندسی برخوردار باشد. محاسبه حجم و توده مدل ها، بررسی تناسب ها و فضاهای خالی بر طبق ناپایداری مقاومت و صادر کردن فایل هایی با اطلاعات شبکه ای برای FEA با مدلسازی حجمی CAD امکان پذیر می باشد. اغلب FEA بدون نیاز به ترک کردن سیستم CAD، نیز امکان پذیر می باشد.

سرعت : استفاده از NUBRS در بهبود اجرای اطلاعات CAD بسیار مفید می باشد. سیستم های CAD به شکل های مختلف بخصوص با بهره گیری از رشد سخت افزاری کامپیوتر ها، به صورت مداوم رو به بهبود و پیشرفت هستند.

دقت : اگر برای طراحی، مقاومت بالا مدنظر باشد، محاسبه های دقیق، مهم و حیاتی می باشند دقت بالا نیز، نیاز به افزایش زمان و حافظه پردازش را افزایش می دهد.
- پیچیدگی : تمام ویژگی های بالا می تواند منجر به ایجاد سیستم های بسیار پیچیده ای شود. وارد کردن ویژگی ها بدون از بین بردن کارآیی و مهارت آنها برای فروشندگان نرم افزار های کامپیوتر، یک چالش به حساب می آید.

قابلیت استفاده : در دسترس بودن سیستم ها برای طیف وسیعی از کاربران جزو پیشرفت های اخیر در تکنولوژی CAD بوده است. به صورت خاص، هدف این است که کاربران آموزش ندیده هم قادر به طراحی قطعات هندسی پیچیده برای خودشان باشند. اکنون سیستم های مدلسازی حجمی CAD سه بعدی وجود دارند که با قابلیت های مشابه با سیستم کارگاهیی 10 سال پیش، به شکل کامل در فضای وب قابل اجرا هستند.

تمرکز اصلی استفاده کننده گان نرم افزار CAD روی چیست؟

بسیاری از فروشندگان نرم افزار CAD برای ایجاد محیط های طراحی بسیار یکپارچه ای تمرکز دارند که به طراحان امکان کار تیمی و به اشتراک گذاشتن طراحی ها در طول سطوح مختلف و برای سازمان های متفاوت را بدهد. طراحان صنعتی باید با فروشندگان،و بازاریان، مهندسان، طراحان، تحلیلگرها، مهندسان تولید و بسیاری از بخش های مختلف یک سازمان کار کنند تا یک طرح را به محصول نهایی برسانند. چنین بخش هایی ممکن است در مناطق مختلف دنیا و یا بخشی از سازمان مشابه بوده یا به عنوان پیمانکار دسته دو در حال فعالیت باشند. از این رو اینترنت با معیارهای مشخث نقش یکپارچه سازی نرم افزار را با انتقال دقیق و سریع اطلاعات و حفاظت از ویژگی های ذهنی طراح را بر عهده خواهد داشت.
امکان اجرای مستقیم فایل های CAD جهت ایجا،د داده های بخش بندی شده1 که از دستگاه AM نشات گرفته به عنوان بخش بندی مستقیم 2 نامیده می شود، وجود دارد. به هرحال، این بدین معنا است که هر سیستم CAD باید یک الگوریتم بخش بندی مستقیم داشته باشد که با تمام انواع مختلف تکنولوژی AM سازگاری دارد.به صورت متناوب، هر فروشنده سیستم AMباید یک روتین ( جریان کاری ) را برای هر سیستم CAD بنویسد. هر دو این شیوه ها غیر عملی هستند.راه حل این است که از یک فرمت کلی که خاص این تکنولوژی است استفاده نماییم. این فرمت کلی توسط شرکت 3D Systems، از ایالت متحده، توسعه پیدا کرد، که اولین شرکت تجاری سازی تکنولوژی AM است و فرمت فایل را بعد از تکنولوژی لیتوگرافی سه بعدی خودشان « STL» نامیدند.

فرمت فایل STL برای چه کسانی در دسترس است؟

فرمت فایل STL برای اینکه به تمام فروشندگان CAD امکان دسترسی راحت و ادغام مطمئن آن با سیستم های خودشان را بدهد، به صورت یک دامنه عمومی در آمده است. این شیوه موفق بود و امروز STL به عنوان یک خروجی استاندارد برای تقریبا تمام سیستم های مدلسازی حجمی CAD شناخته شده و از طرف فروشندگان سیستم AM نیز پذیرفته شده است. STL از مثلث هایی برای توصیف سطوح ساخت استفاده می کند. هر مثلث به عنوان سه نقطه مشخص می شود و یک بردار عادی که نشان دهنده بخش خارجی مثلث می باشد، به شیوه ای مشابه با موارد زیر عمل می کند:

شکل نرمال -01-E 7.123981 – 01 –E 7.003503 02 - E 4.470293
حلقه بیرونی
راس – 00+E 001.000000+E 002.298693 +E 2.812284 راس _ 02-E 1.960784 – 01 +E 002.26699 +.E2.812284 راس_ 00+010.00000E + 002.296699E +3.124760E

حلقه پایانی

شکل پایانی

سخن تکمیلی

در آینده تقاضاها برای تکنولوژی CAD همسو با AM شکل خواهد گرفت. هرچه بیشتر و بیشتر به سمت کارآیی قطعات تولید شده بوسیله AM حرکت کنیم، باید متوجه شویم که سیستم CAD باید شامل قوانینی در رابطه با AM باشد. تاکنون، بیشتر بر روی هندسه خارجی تمرکز شده است ولی در آینده ممکن است به دانستن قوانین مربوط به چگونگی عملکرد سیستم AM نیاز داشته باشیم، بطوریکه خروجی و محصول نهایی آن قابل بهبود و پیشرفت باشد. لازمه دانستن کار پرینتر سه بعدی، پی بردن به روند کار اسکنر سه بعدی است؛ به همین دلیل نیاز است تا با هر دو روند آشنایی کامل داشته باشید.