Здравствуй, Читатель!
Сегодня с помощью бесплатного пакета DesignSpark Mechanical мы смоделируем полезную коробочку с крышкой (в нее можно будет положить все, что угодно!). А так как Хабр — технический ресурс, то мы сделаем коробочку с крышкой, привинчивающейся на четыре винта (и в ней можно будет собрать какой угодно проект!). Результатом нашей работы станут STL-файлы, которые можно будет, например, отправить на 3D-печать.
Эта статья предназначена, прежде всего, для энтузиастов-умельцев, которые по каким-либо причинам ещё не начали прорабатывать свои идеи, прототипы и изделия в специализированных пакетах моделирования (aka CAD-системах).
Примерно полтора года назад я осознал огромные потери времени, происходящие из-за невозможности быстро смоделировать и проверить возникающие в голове концепции. «Не помещающиеся» в голове сложные механические конструкции клавиатуры Октодон требовали чернового воплощения «в железе». На этапе воплощения возникали изменения, корректировки, и весь процесс в целом иногда напоминал плавание в тумане. Найденное напильником решение оказывалось недокументированным и слабо воспроизводимым.
Свободные пакеты моделирования в те времена совершенно не подходили для моих задач из-за многочисленных ограничений. Попытки пользоваться ими после знакомства с «тяжеловесами» вызывали страдания.
Однако сейчас времена изменились. Ибо на поле вышел новый игрок — бесплатный DesignSpark Mechanical (далее — DSM), урезанная версия более мощного SpaceClaim Engineer.
Я узнал о выходе DesignSpark Mechanical в конце 2013 года, как зарегистрированный пользователь также бесплатного пакета проектирования печатных плат DesignSpark PCB.
Одной из отличительных особенностей DSM является его ориентированность на создание трехмерных моделей печатных плат и корпусов для электронных устройств. На сайте www.tracepartsonline.net, ссылка на который находится на панели инструментов, можно скачать трехмерные модели различных компонентов, от резисторов до разъемов и дисплеев. И так же в один клик на специальной кнопке панели инструментов можно заказать все компоненты, использованные в сборке, с сайта партнера. Вот такая ненавязчивая и даже местами полезная коммерциализация бесплатного продукта.
Резюме: Используя DesignSpark PCB и DesignSpark Mechanical, можно создавать выверенные проекты электронных устройств — печатные платы, компоненты, крепеж, корпуса.
DesignSpark Mechanical — представитель пакетов прямого моделирования.
Итак, для моделирования искомой коробочки мы будем пользоваться методом прямого моделирования.
Начнем с того, что скачаем нужный инсталляционный пакет с сайта производителя.
Зарегистрируемся и установим. Запускаем.
Учимся оглядываться. Для того, чтобы повернуть камеру зажимаем среднюю кнопку мышки. Добавив к этому Shift — сдвигаем камеру. Используя вместо Ctrl вместо Shift-а, можно приближать-отдалять камеру (а можно делать это колесиком мышки). Переключать фиксированные виды, сохранять новые можно с помощью кнопок группы Orient панели вкладки Design.
Начинаем, наконец, рисовать коробку. Этот процесс показан на видео, которое должно быть понятно, с учетом того, что читатель научился оглядываться и имеет в виду, что выделение нескольких объектов происходит с помощью удерживания Ctrl. Однако на всякий случай под спойлером приведено подробное описание действа.
Следующее видео посвящено сохранению работы и экспорту в формат, годный для 3д-печати.
Ну вот и всё.
Надеюсь, мне удалось передать тебе, Читатель, то ощущение легкости, которое возникает от осознания возможности всё 7-раз-отмерить перед тем, как 1-раз-3д-напечатать.
Спасибо за внимание и успехов в проектах!
Сегодня с помощью бесплатного пакета DesignSpark Mechanical мы смоделируем полезную коробочку с крышкой (в нее можно будет положить все, что угодно!). А так как Хабр — технический ресурс, то мы сделаем коробочку с крышкой, привинчивающейся на четыре винта (и в ней можно будет собрать какой угодно проект!). Результатом нашей работы станут STL-файлы, которые можно будет, например, отправить на 3D-печать.
Эта статья предназначена, прежде всего, для энтузиастов-умельцев, которые по каким-либо причинам ещё не начали прорабатывать свои идеи, прототипы и изделия в специализированных пакетах моделирования (aka CAD-системах).
Введение
Примерно полтора года назад я осознал огромные потери времени, происходящие из-за невозможности быстро смоделировать и проверить возникающие в голове концепции. «Не помещающиеся» в голове сложные механические конструкции клавиатуры Октодон требовали чернового воплощения «в железе». На этапе воплощения возникали изменения, корректировки, и весь процесс в целом иногда напоминал плавание в тумане. Найденное напильником решение оказывалось недокументированным и слабо воспроизводимым.
Лирическое отступление про выбор CAD системы
Даже для того, чтобы транслировать мысли о конструкции дизайнеру, который моделировал бы их на компьютере, требовался какой-то метаязык для объяснения, что куда прикручено, за что цепляет и куда толкает. Я использовал графические редакторы для изображения концепций. Надо ли говорить, что моделирование идей и внесение в них изменений было совсем не быстрым.
В общем, в какой-то момент я осознал, что лучше потратить время и деньги на приобретение и освоение CAD-системы. Пусть не на уровне промдизайнера, но на уровне, достаточном для самостоятельной проверки концепций.
Для начала я скачал пробные версии пакетов Autodesk Inventor, SolidEdge ST4, Solid Works и Alibre Design 2012 (ныне Geomagic Design) и сравнивал их, стараясь понять, что мне необходимо, что совсем лишнее, а без чего можно обойтись. Вопрос цены играл очень важную роль, ведь CAD-системы совсем не дешевы. Тогда я сделал свой выбор в пользу пакета Alibre Design 2012, который с рождественскими скидками обошелся мне в смешные для CAD-системы 25,000р (надо сказать, что в отрыве от цены я выбрал бы SolidEdge). Так, за приемлемые деньги я получил возможность параметрического моделирования и работы со сборками. Этим пакетом я пользуюсь до сих пор. И если спрос на информацию есть, могу при случае рассказать про плюсы и минусы этого пакета.
В общем, в какой-то момент я осознал, что лучше потратить время и деньги на приобретение и освоение CAD-системы. Пусть не на уровне промдизайнера, но на уровне, достаточном для самостоятельной проверки концепций.
Для начала я скачал пробные версии пакетов Autodesk Inventor, SolidEdge ST4, Solid Works и Alibre Design 2012 (ныне Geomagic Design) и сравнивал их, стараясь понять, что мне необходимо, что совсем лишнее, а без чего можно обойтись. Вопрос цены играл очень важную роль, ведь CAD-системы совсем не дешевы. Тогда я сделал свой выбор в пользу пакета Alibre Design 2012, который с рождественскими скидками обошелся мне в смешные для CAD-системы 25,000р (надо сказать, что в отрыве от цены я выбрал бы SolidEdge). Так, за приемлемые деньги я получил возможность параметрического моделирования и работы со сборками. Этим пакетом я пользуюсь до сих пор. И если спрос на информацию есть, могу при случае рассказать про плюсы и минусы этого пакета.
Свободные пакеты моделирования в те времена совершенно не подходили для моих задач из-за многочисленных ограничений. Попытки пользоваться ими после знакомства с «тяжеловесами» вызывали страдания.
Однако сейчас времена изменились. Ибо на поле вышел новый игрок — бесплатный DesignSpark Mechanical (далее — DSM), урезанная версия более мощного SpaceClaim Engineer.
Что за DesignSpark, откуда взялся и почему бесплатный?
Я узнал о выходе DesignSpark Mechanical в конце 2013 года, как зарегистрированный пользователь также бесплатного пакета проектирования печатных плат DesignSpark PCB.
Одной из отличительных особенностей DSM является его ориентированность на создание трехмерных моделей печатных плат и корпусов для электронных устройств. На сайте www.tracepartsonline.net, ссылка на который находится на панели инструментов, можно скачать трехмерные модели различных компонентов, от резисторов до разъемов и дисплеев. И так же в один клик на специальной кнопке панели инструментов можно заказать все компоненты, использованные в сборке, с сайта партнера. Вот такая ненавязчивая и даже местами полезная коммерциализация бесплатного продукта.
Резюме: Используя DesignSpark PCB и DesignSpark Mechanical, можно создавать выверенные проекты электронных устройств — печатные платы, компоненты, крепеж, корпуса.
DesignSpark Mechanical — представитель пакетов прямого моделирования.
Пояснение про параметрическое и прямое моделирование
Существует две основных парадигмы моделирования. Параметрическое (parametric) и прямое (direct). Мощные программные пакеты предоставляют инструменты для обоих видов моделирования. Особенно в этом преуспел горячо симпатичный мне SolidEdge. В чем же разница?
Параметрическое моделирование – это процесс последовательной модификаций модели с сохранением истории модификаций. При параметрическом подходе можно вернуться на выбранный шаг в истории, изменить параметры модификации, примененной на этом шаге и применить все последующие изменения.
Прямое моделирование не подразумевает сохранения истории модификаций. Любое последующее действие при моделировании производится на текущем состоянии модели, то, откуда взялась та или иная геометрия, не играет никакой роли. Таким образом, прямое моделирование отлично описывает процесс изготовления детали, не считая того, что мы можем не только «отрезать» но и «добавлять» материал.
В случае, когда точно и заранее известен результат, к которому надо прийти, оба подхода достаточно близки. Действительно, возвращаться на несколько шагов назад и что-то менять нет смысла, если все задумано заранее и сделано, как задумано.
В реальности же, и тот и другой подход имеют свои преимущества. Более того, для разных задач могут быть удобны разные подходы.
Параметрическое моделирование родственно программированию. Правильно созданная параметрическая модель, как и хорошо написанная программа, позволяет быстро и безболезненно экспериментировать с дизайном, быстро реагировать на непредвиденные обстоятельства. Но и издержки похожие: излишняя универсальность на ранних этапах может отнять неоправданно много времени, а долгий поиск нужного решения через серию изменений просит последующего «рефакторинга» — перестроения геометрически эквивалентного решения более простым и логичным способом. Некоторые изменения предыдущих шагов, приводящие к качественному изменению геометрии могут сделать применение последующих модификаций невозможными, или, что еще хуже, ошибочными и непредсказуемыми.
Параметрическое моделирование слабо применимо для модификаций модели, история изменений которой потеряна, например, в процессе экспорта из несовместимого пакета моделирования. Такие модели иногда называются «немыми» (dumb). И прямое моделирование — это как раз то, что доктор прописал в таких случаях: вот эту стеночку подвинуть, да вот это отверстие расширить. Такие ситуации при современном разнообразии пакетов моделирования — совсем не редкость.
Компания SpaceClaim позиционирует свой продукт как удобное решение для работы с dumb-моделями.
В довершение картины, прямое моделирование проще в освоении. И это очень кстати.
Параметрическое моделирование – это процесс последовательной модификаций модели с сохранением истории модификаций. При параметрическом подходе можно вернуться на выбранный шаг в истории, изменить параметры модификации, примененной на этом шаге и применить все последующие изменения.
Прямое моделирование не подразумевает сохранения истории модификаций. Любое последующее действие при моделировании производится на текущем состоянии модели, то, откуда взялась та или иная геометрия, не играет никакой роли. Таким образом, прямое моделирование отлично описывает процесс изготовления детали, не считая того, что мы можем не только «отрезать» но и «добавлять» материал.
В случае, когда точно и заранее известен результат, к которому надо прийти, оба подхода достаточно близки. Действительно, возвращаться на несколько шагов назад и что-то менять нет смысла, если все задумано заранее и сделано, как задумано.
В реальности же, и тот и другой подход имеют свои преимущества. Более того, для разных задач могут быть удобны разные подходы.
Параметрическое моделирование родственно программированию. Правильно созданная параметрическая модель, как и хорошо написанная программа, позволяет быстро и безболезненно экспериментировать с дизайном, быстро реагировать на непредвиденные обстоятельства. Но и издержки похожие: излишняя универсальность на ранних этапах может отнять неоправданно много времени, а долгий поиск нужного решения через серию изменений просит последующего «рефакторинга» — перестроения геометрически эквивалентного решения более простым и логичным способом. Некоторые изменения предыдущих шагов, приводящие к качественному изменению геометрии могут сделать применение последующих модификаций невозможными, или, что еще хуже, ошибочными и непредсказуемыми.
Параметрическое моделирование слабо применимо для модификаций модели, история изменений которой потеряна, например, в процессе экспорта из несовместимого пакета моделирования. Такие модели иногда называются «немыми» (dumb). И прямое моделирование — это как раз то, что доктор прописал в таких случаях: вот эту стеночку подвинуть, да вот это отверстие расширить. Такие ситуации при современном разнообразии пакетов моделирования — совсем не редкость.
Компания SpaceClaim позиционирует свой продукт как удобное решение для работы с dumb-моделями.
В довершение картины, прямое моделирование проще в освоении. И это очень кстати.
Итак, для моделирования искомой коробочки мы будем пользоваться методом прямого моделирования.
Моделируем, наконец
Начнем с того, что скачаем нужный инсталляционный пакет с сайта производителя.
Зарегистрируемся и установим. Запускаем.
Учимся оглядываться. Для того, чтобы повернуть камеру зажимаем среднюю кнопку мышки. Добавив к этому Shift — сдвигаем камеру. Используя вместо Ctrl вместо Shift-а, можно приближать-отдалять камеру (а можно делать это колесиком мышки). Переключать фиксированные виды, сохранять новые можно с помощью кнопок группы Orient панели вкладки Design.
Начинаем, наконец, рисовать коробку. Этот процесс показан на видео, которое должно быть понятно, с учетом того, что читатель научился оглядываться и имеет в виду, что выделение нескольких объектов происходит с помощью удерживания Ctrl. Однако на всякий случай под спойлером приведено подробное описание действа.
Описание первого видео
Выбираем инструмент Rectangle в группе Sketch кликаем в начале координат и вытягиваем прямоугольник. Вписываем длину и ширину коробочки в миллиметрах. Например, 80мм на 60мм.
Выбираем инструмент Pull группы Edit и начинаем вытягивать прямоугольник вверх. Вписываем высоту. Например, 40мм.
Коробочка будет со скругленными углами. Удерживая Ctrl выделяем четыре ребра будущей коробочки (при этом надо следить, что выбраны именно ребра, а не грани параллелепипеда).
С помощью инструмента Pull двигаем желтую стрелочку и наблюдаем за скруглением углов. Вводим радиус скругления. Например, 10мм.
Выбираем верхнюю грань коробочки. Ориентируем камеру на нее с помощью инструмента Plan View.
С помощью инструмента Circle рисуем четыре круга радиуса 4 мм в углах коробочки. При этом DesignSpark помогает нам разместить отверстия в центре скруглений.
Переключаемся в изометрический вид. Выбираем Pull и удерживая Ctrl Выделяем четыре нарисованных круга. Следим, чтобы выделялся весь круг а не его окружность. Создаем отверстия под винты, втянув выделенные круги внутрь детали на 36мм.
Создаем фаску для винтов впотай. Выделяем границы отверстий (на этот раз именно окружности). Инструментом Pull в режиме Chamfer создаем фаску 3мм.
Создаем скругление на крышке: Двойным кликом по контуру крышки выделяем границу крышки. Инструментом Pull в режиме Round создаем скругление радиуса 2мм.
Теперь разделяем деталь на крышку и коробку. Для этого создаем вспомогательную плоскость.
Выделяем верхнюю грань крышки и нажимаем конпку Plane в группе Insert. При этом создается новая плоскость, совпадающая с плоскостью крышки.
Инструментом Move сдвигаем плоскость вниз на 10мм.
Инструментом Split Body выделяем сначала созданный нами объект коробки а затем вспомогательную плоскость. Наш объект разрезается на два объекта.
Тройным кликом выделяем верхний объект крышки и сдвигаем его по горизонтали.
В дереве Structure переименовываем объекты в Box и Cover.
Вырезаем внутренность у коробки, выделив с помощью инструмента Shell группы Insert верхнюю грань коробки. Вводим толщину стенки 4мм, чтобы объект сохранял целостность.
Тем же инструментом вырезаем внутренность крышки, но с толщиной 8мм.
С помощью инструмента Offset Curve группы Sketch двойным щелчком выделяем контур внутренней стенки крышки и расширяем его на 3,8мм (запас 0,2мм оставляем для лучшей совместимости крышки с коробкой.
Выделяем область между получившейся границей и внутренним вырезом в крышке и инструментом Pull вытягиваем на 2мм. Таким образом у получаем выступ, позиционирующий крышку на коробке с запасом точности ± 0,2мм.
По неустановленной причине при этой операции также образовалась лишняя висячая поверхность Surface. Удаляем ее.
Ставим крышку на место. Инструментом Move выделяем крышку. Нажав кнопку Anchor в рабочей области, выделяем нижнюю границу одного из отверстий в крышке. После этого, нажав кнопку Up To в рабочей области, выделяем верхнюю границу соответствующего отверстия на коробке. Крышка становится ровно на свое место.
Прибираемся: С помощью команды Move to New Component меню правого клика в дереве Structure объявляем объекты крышки и коробки самостоятельными компонентами.
Удаляем ненужную более плоскость, использовавшуюся для разреза.
Сохраняем проект в родном формате rsdoc.
Выбираем инструмент Pull группы Edit и начинаем вытягивать прямоугольник вверх. Вписываем высоту. Например, 40мм.
Коробочка будет со скругленными углами. Удерживая Ctrl выделяем четыре ребра будущей коробочки (при этом надо следить, что выбраны именно ребра, а не грани параллелепипеда).
С помощью инструмента Pull двигаем желтую стрелочку и наблюдаем за скруглением углов. Вводим радиус скругления. Например, 10мм.
Выбираем верхнюю грань коробочки. Ориентируем камеру на нее с помощью инструмента Plan View.
С помощью инструмента Circle рисуем четыре круга радиуса 4 мм в углах коробочки. При этом DesignSpark помогает нам разместить отверстия в центре скруглений.
Переключаемся в изометрический вид. Выбираем Pull и удерживая Ctrl Выделяем четыре нарисованных круга. Следим, чтобы выделялся весь круг а не его окружность. Создаем отверстия под винты, втянув выделенные круги внутрь детали на 36мм.
Создаем фаску для винтов впотай. Выделяем границы отверстий (на этот раз именно окружности). Инструментом Pull в режиме Chamfer создаем фаску 3мм.
Создаем скругление на крышке: Двойным кликом по контуру крышки выделяем границу крышки. Инструментом Pull в режиме Round создаем скругление радиуса 2мм.
Теперь разделяем деталь на крышку и коробку. Для этого создаем вспомогательную плоскость.
Выделяем верхнюю грань крышки и нажимаем конпку Plane в группе Insert. При этом создается новая плоскость, совпадающая с плоскостью крышки.
Инструментом Move сдвигаем плоскость вниз на 10мм.
Инструментом Split Body выделяем сначала созданный нами объект коробки а затем вспомогательную плоскость. Наш объект разрезается на два объекта.
Тройным кликом выделяем верхний объект крышки и сдвигаем его по горизонтали.
В дереве Structure переименовываем объекты в Box и Cover.
Вырезаем внутренность у коробки, выделив с помощью инструмента Shell группы Insert верхнюю грань коробки. Вводим толщину стенки 4мм, чтобы объект сохранял целостность.
Тем же инструментом вырезаем внутренность крышки, но с толщиной 8мм.
С помощью инструмента Offset Curve группы Sketch двойным щелчком выделяем контур внутренней стенки крышки и расширяем его на 3,8мм (запас 0,2мм оставляем для лучшей совместимости крышки с коробкой.
Выделяем область между получившейся границей и внутренним вырезом в крышке и инструментом Pull вытягиваем на 2мм. Таким образом у получаем выступ, позиционирующий крышку на коробке с запасом точности ± 0,2мм.
По неустановленной причине при этой операции также образовалась лишняя висячая поверхность Surface. Удаляем ее.
Ставим крышку на место. Инструментом Move выделяем крышку. Нажав кнопку Anchor в рабочей области, выделяем нижнюю границу одного из отверстий в крышке. После этого, нажав кнопку Up To в рабочей области, выделяем верхнюю границу соответствующего отверстия на коробке. Крышка становится ровно на свое место.
Прибираемся: С помощью команды Move to New Component меню правого клика в дереве Structure объявляем объекты крышки и коробки самостоятельными компонентами.
Удаляем ненужную более плоскость, использовавшуюся для разреза.
Сохраняем проект в родном формате rsdoc.
Следующее видео посвящено сохранению работы и экспорту в формат, годный для 3д-печати.
Описание второго видео
После сохранения проекта оба наших компонента хранятся в одном файле. Вынесем компоненты в отдельные файлы. Для этого в меню правого клика объектов коробки и крышки выберем Source->Convert to External. Сохраним проект. В директории проекта теперь находится три файла. Файл крышки, файл коробки и файл сборки, содержащий ссылки на первые два файла.
Открываем файл коробки. С помощью команды Save As сохраняем его в формат STL. Его можно посылать на 3д-печать. Профит.
Открываем файл коробки. С помощью команды Save As сохраняем его в формат STL. Его можно посылать на 3д-печать. Профит.
Ну вот и всё.
На самом деле, не совсем
Наша модель нуждается в небольшой доработке. Например, сейчас отверстия под винты имеют одинаковый диаметр 4мм в крышке и в коробке. Но чтобы крышка привинчивалась, нам потребуется нарезать резьбу в отверстиях коробки. Это значит, их придётся сузить до диаметра 3,5мм. Пусть инструмент Pull поможет тебе в этой задаче!
Надеюсь, мне удалось передать тебе, Читатель, то ощущение легкости, которое возникает от осознания возможности всё 7-раз-отмерить перед тем, как 1-раз-3д-напечатать.
Спасибо за внимание и успехов в проектах!
