Mecatrónica Módulo 9: Prototipado Rápido

Mecatrónica Módulo 9: Prototipado Rápido Libro de Texto (Concepto) prof. dr. hab. inz. Edward Chlebus dr inż. Bogdan Dybała, dr inż. Tomasz Boratyński dr inż. Jacek Czajka dr inż. Tomasz Będza dr inż. Mariusz Frankiewicz mgr inż. Tomasz Kurzynowski Universidad Politécnica de Wroclaw, Polonia Proyecto ampliado de transferencia del concepto europeo para la calificación agregada de la Mecatrónica las fuerzas especializadas en la producción industrial globalizada Proyecto EU Nr. 2005-146319 MINOS, Plazo: 2005 hasta 2007 Proyecto EU Nr. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110 MINOS**, Plazo: 2008 hasta 2010 El presente proyecto ha sido financiado con el apoyo de la Comisión Europea. Esta publicación (comunicación) es responsabilidad exclusiva de su autor. La Comisión no es responsable del uso que pueda hacerse da la información aquí difundida. www.minos-mechatronic.eu

Colaboradores en la elaboración y aprobación del concepto conjunto de eseñanza: Technische Universität Chemnitz, Institut für Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse, Deutschland Projektleitung Corvinus Universität Budapest, Institut für Informationstechnologien, Ungarn Universität Stockholm, Institut für Soziologie, Schweden Technische Universität Wroclaw, Institut für Produktionstechnik und Automatisierung, Polen Henschke Consulting Dresden, Deutschland Christian Stöhr Unternehmensberatung, Deutschland Neugebauer und Partner OHG Dresden, Deutschland Korff Isomatic sp.z.o.o. Wroclaw, Polen Euroregionale Industrie- und Handelskammer Jelenia Gora, Polen Dunaferr Metallwerke Dunajvaros, Ungarn Knorr-Bremse Kft. Kecskemet, Ungarn Nationales Institut für berufliche Bildung Budapest, Ungarn IMH, Spanien VUT Brno, Tschechische Republik CICmargune, Spanien University of Naples, Italien Unis, Tschechische Republik Blumenbecker, Tschechische Republik Tower Automotive, Italien Bildungs-Werkstatt ggmbh, Deutschland VEMAS, Deutschland Concepto conjunto de enseñanza: Libro de texto, libro de ejercicios y libro de soluciones Módulo 1-8: Fundamentos / Competencia intercultural y administración de proyectos / Técnica de fluidos / Accionamiento y mandos eléctricos /: Componentes mecatrónicos / Sistemas y funciones de la mecatrónica / La puesta en marcha, seguridad y teleservicio / Mantenimiento y diagnóstico Módulo 9-12: Prototipado Rápido/ Robótica/ Migración Europea/ Interfaces Todos los módulos están disponibles en los siguientes idiomas: Alemán, Inglés, español, italiano, polaco, checo, húngaro Más Información Dr.-Ing. Andreas Hirsch Technische Universität Chemnitz Reichenhainer Straße 70, 09107 Chemnitz, Deutschland Tel: + 49(0)371 531-23500 Fax: + 49(0)371 531-23509 Email: minos@mb.tu-chemnitz.de Internet: www.tu-chemnitz.de/mb/werkzmasch oder www.minos-mechatronic.eu

Contenido 1. DISEÑO ASISTIDO POR ORDENADOR CAD... 6 1.1. MODELADO GEOMÉTRICO... 11 1.2. TIPOS DE MODELOS EN LOS SISTEMAS CAD... 13 1.2.1. Modelos de alambre... 13 1.2.2. Modelos de superficie... 14 1.2.3. Modelos sólidos... 15 1.3. LOS DOCUMENTOS EN LOS SISTEMAS DE CAD... 18 1.3.1. Parte... 18 1.3.2. Ensamblaje... 19 1.3.3. Dibujo en 2D... 20 1.4. PARAMETRIZACIÓN DE MODELOS 3D... 22 1.5. DISEÑO DE PIEZAS EN EL MÉTODO VARIANT... 23 2. PROTOTIPADO RÁPIDO... 25 2.1. CAD... 26 2.1.1. Formatos de datos de intercambio... 30 2.2. CAD RP COMUNICACIÓN... 32 2.2.1. Formato STL... 32 2.2.1.1. Estructura y Creación de archivos STL... 32 2.2.1.2. Formato ASCII... 34 2.2.1.2.1. BINARY FORMAT... 36 2.2.1.2.2.. ORIENTACIÓN DE TRIÁNGULOS... 38 2.2.1.2.3. Sistema de coordenadas y unidades en formato STL... 39 2.3. FORMATO VRML... 57 2.3.1. Estructura de los sólidos en formato VRML... 62 3. PROTOTIPADO RÁPIDO RP... 67 3.1. ESTEREOLITOGRAFÍA (SLA, SL)... 76 3.2. SINTERIZADO SELECTIVO POR LÁSER / FUSIÓN SLS / SLM... 79 3.2.1. M3 Linear un dispositivo de concepto empresa Laser... 84 3

3.2.2. Sistema Sinterisation HiQ un dispositivo de 3D empresa SISTEMAS... 88 3.3. MODELIZACIÓN DE DEPOSICIÓN FUNDIDA FDM... 91 3.4. LA FORMACIÓN DE POLVO LÁSER TECNOLOGÍAS... 93 3.5. TINTAS DE IMPRESIÓN CHORRO... 94 3.6. 3DP IMPRESIÓN TRIDIMENSIONAL... 96 3.7. SGC MÉTODO DE CURACIÓN DE UNA SUPERFICIE SOLIDA... 99 4. ACTIVIDADES DE PRE PROCESO EN EL RP... 102 4.1. EDICIÓN DE ARCHIVOS STL... 107 4.2. LA FIJACIÓN DE ARCHIVOS STL... 112 4.3. GENERAR APOYA... 113 5. GLOSARIO DE TÉRMINOS... 116 6. BIBLIOGRAFÍA... 122 1. INGENIERÍA INVERSA... 125 1.1. CAMPOS DE APLICACIÓN DE INGENIERÍA INVERSA... 126 1.1.1. Industria... 126 1.1.2. Arte y Arqueología... 135 1.2. MÉTODOS DE DIGITALIZACIÓN... 136 1.3. EQUIPOS Y SOFTWARE... 138 1.4. PÓNGASE EN CONTACTO CON LOS MÉTODOS DE DIGITALIZACIÓN... 141 1.4.1. Coordinar las máquinas de medición... 141 1.4.2. Escáneres de contacto... 143 1.4.3. Medición de Armas... 147 1.5. MÉTODO DE DIGITALIZACIÓN SIN CONTACTO... 148 1.5.1. Métodos basados en el punto óptico... 148 1.5.1.1. Método de medición a distancia... 149 1.5.1.2. Laser Radar... 150 1.5.2. Punto basado en la triangulación del láser... 150 1.6. MÉTODOS ÓPTICOS LINEALES... 152 1.6.1. Laser de triangulación en línea... 152 4

1.7. MÉTODOS BASADOS EN LA ZONA ÓPTICA... 153 1.7.1. Fotogrametría... 153 1.7.2. Perfilometría... 154 1.7.3. Moire Interferometría... 154 1.8. LA TOMOGRAFÍA AXIAL COMPUTARIZADA... 156 1.9. IMÁGENES POR RESONANCIA MAGNÉTICA... 160 1.10. LA ECOGRAFÍA 3D... 162 2. ESCANEO DESTRUCTIVO... 165 3. DIGITALIZACIÓN DE LA GEOMETRÍA... 168 3.1. FASES DE LA DIGITALIZACIÓN... 168 3.2. PLANIFICACIÓN DEL PROCESO DE DIGITALIZACIÓN... 169 3.3. ADQUISICIÓN DE DATOS... 172 3.4. PROCESAMIENTO DE DATOS Y LA CONSTRUCCIÓN DE MODELOS CAD... 175 4. GEOMETRÍA DE DISPOSITIVOS DE DIGITALIZACIÓN... 191 4.1. ESCÁNER LINEAL LÁSER... 191 4.2. LASER DE PUNTO DE ESCÁNER... 193 4.3. ESCÁNER DE CONTACTO... 197 4.4. ESCÁNER LUZ BLANCA... 203 5. INGENIERÍA INVERSA DEL SOFTWARE... 213 5.1. PROGRAMAS PARA GEOMETRÍA RECONSTRUCCIÓN DE UNA NUBE DE PUNTOS... 213 5.2. PROGRAMAS DE INSPECCIÓN... 216 5.3. LOS PROGRAMAS DE MODELADO, SUPERFICIALES... 218 5.4. PROGRAMAS PARA LA TC Y LA RM DE PROCESAMIENTO DE DATOS... 220 6. BIBLIOGRAFÍA... 223 5

1. Diseño Asistido por Ordenador CAD Las necesidades actuales que plantea el mercado de la producción obligan a responder a las empresas en un tiempo cada vez más corto y con menos recursos. Con el fin de satisfacer esas necesidades, las empresas emprenden diversas acciones: mejorar la organización del trabajo, reforzar las competencias de los trabajadores, y mejorar la calidad de los productos con una minimización simultánea de escasez. Una de las áreas clave en las empresas, que requieren la introducción de mejoras, es una fabricación ampliamente entendida. Las empresas han ido introduciendo nuevas soluciones en el campo de la industria por muchos años con el fin de acelerar todo el proceso de producción. Estas acciones abarcan la modernización de un parque de máquinas, que permite fabricar productos de mejor calidad más rápidamente, o con frecuencia, incluso en los gastos de producción más bajos. La aceleración de los procesos de fabricación, además de los recursos productivos tales como máquinas, también se llega con la mejora de la organización del trabajo. Recientemente, se ha observado también que este ámbito es de un potencial mayor que el parque de máquinas. En el proceso de producción, se pueden distinguir las siguientes etapas: Concepcionar borradores de un producto, Elaboración de construcción, Preparación de la tecnología de producción, Organización de preparación de la producción, Fabricación. Junto con el desarrollo de soluciones de tecnología informática, nuevo equipo, que harán el trabajo más eficiente, se aplicaron progresivamente en todas las áreas mencionadas. Además, los sistemas siguientes se elaboraron en: CAD / CAPP / CAM. Desde el punto de vista cronológico, los primeros sistemas informáticos se introdujeron en el campo de la fabricación. Incluso en los años 1950 del siglo pasado, los programas NC control de las operaciones de las máquinas herramientas fueron elaboradas. En 1952 en el Laboratorio MIT ubicado en los EE.UU., una concepción de un control numérica de una máquina de fresado 3-axial [9] fue demostrada en el Laboratorio de servomecanismo en el MIT. Entonces, la posibilidad de acelerar los trabajos en el campo del diseño quedo al descubierto. Se le pide al inicio de los sistemas informáticos ayudar a la elaboración de productos de construcción. Inicialmente, fueron aclamados CAD - Computer 6

Aided Redacción porque básicamente reemplazo el taller de un diseñador de una mesa de dibujo a un ordenador. Estos sistemas aceleraban el trabajo de diseñar las posibles modificaciones en el documento original, y también facilitó la simple catalogación y visualización de diseños. Más tarde, junto con el desarrollo de sistemas de ingeniería que pertenecen a esta clase, se crea para PC Aided Design - CAD. Este fue causado por el hecho de que las funciones que se ofrecían eran: sin duda, va más allá de la redacción de la documentación normal plana - 2D. Una introducción de posibilidades de diseñar en tres dimensiones - 3D [8], fue un paso relevante en el desarrollo de esos sistemas. Aparte de los estudios sobre los sistemas de ayuda de diseño y fabricación, también hay estudios sobre el desarrollo de sistemas de mejora del trabajo en el campo de la preparación tecnológica de la producción. Este ámbito se ha abordado desde 1960 del siglo pasado. En 1970 los primeros sistemas de CAPP (Computer Aided Proceso de Planificación) aparecieron a la clase. El desarrollo y la integración progresiva de los enumerados CAD / CAPP / CAM han contribuido a la introducción de los siguientes términos: Manufactura Integrada por Computadora - CIM [2]. Sistemas de ayuda a la planificación de los procesos tecnológicos en la concepción de la CIM son el elemento clave de conexión de los sistemas de ayuda al diseño y el área de fabricación. Tal posición central, implica la necesidad de intercambiar datos con otros sistemas que trabajan en el área del mismo sistema de producción. Incide especialmente en los sistemas de ayuda de diseño CAD y CAM área de fabricación. los datos de construcción de un sistema de CAD son un conjunto de información de entrada para un módulo de planificación de los procesos tecnológicos. Por lo general, se transfieren en forma de documentación planos 2D o 3D modelos geométricos. A continuación, dicha información se transforma en el sistema CAPP en un conjunto de información requerida por la zona de producción CAM, tales como: tarjetas tecnológico, conjunto de instrucciones y actividades destinados a operaciones tecnológicas, la información sobre las máquinas herramientas necesarias para la producción, las listas de las ayudas de taller, instrucciones de montaje, la información acerca de las semimanufacturas, los plazos de ejecución determinadas por operaciones, el cálculo de los costes relativos a la producción de una cerámica. Otro conjunto de informaciones, transmitidas de CAPP al sistema de CAM, son conjuntos de datos para la máquina herramienta controladas numéricamente. Estos datos suelen ser transferidos en un formato neutral por ejemplo, CL Datos. Los caminos de las 7

herramientas necesarias por las herramientas de máquina de Carolina del Norte se generan sobre la base de dicha información. Historia de los sistemas CAD 1954 - el primer programa de CAD diseñada para el trabajo interactivo, elaborado DT Ross. 1956-1959 - en los EE.UU., también en el MIT los estudios sobre sistemas de control de 5-axiales para máquinas herramienta comenzó; principios de la descripción y presentaciones gráficas de los modelos en 3D llegó a existir. 1960-1965 - la introducción de líneas ocultas, escalado, lápiz óptico de rotación y la primera estación de gráficas CAD orientado. 1973-1980 - la introducción de modelos volumétricos en 3D y los principios de modelado de superficies sin restricciones sobre la base llamada "splines"(bezier, Coons). 1980 - el desarrollo de normas y GKS IGES y la inclusión de los sistemas de CAD a los principios de modelado y el diseño tecnológico de un producto, así como planificación de la producción y el control. 1990 - una mayor integración en los sistemas abiertos de la estructura versátil recopilación de datos, gestión de documentación, equipamiento de sistemas de CAD con módulos de inteligencia artificial, y la integración con los sistemas expertos. Sistemas CAD / CAM disponibles en el mercado se pueden dividir en tres grupos (Tabla 1), tales como: sistemas CAD, CAM e integrado los sistemas CAD / CAM. El primer grupo abarca los sistemas de ayuda de diseño - Piezas de diseño, la construcción de modelos complejos, creando 2D documentación. Los sistemas modernos de CAD, además, conllevan una serie de módulos que ayudarían al trabajo de los diseñadores, tales como: diseño de las uniones soldadas, el diseño de conexiones de las tuberías, la colección de elementos accesorios de serie, llamada Normalia, módulos para el análisis de la fuerza, etc. El segundo grupo incluye los sistemas CAM - los sistemas de ayuda de diseño de procesos tecnológicos de NC / CNC. La mayoría de los sistemas CAM están equipados con herramientas simples, cuya tarea es diseñar. El supuesto es que los sistemas CAM importen datos geométricos de un archivo externo y generen los caminos de una herramienta en su base. Sin embargo, este tipo de soluciones (dos sistemas CAD y CAM) causó muchos problemas. La geometría del 8

sistema CAD fueron trasladados con errores debido al hecho de que sólo los formatos neutros de intercambio de datos estaban disponibles CAM (IGS, DXF, VDA-FS y similares). En el transcurso del tiempo, este problema se resolvió mediante la introducción de interfaces directas: de este modo, CAM estaba leyendo los datos geométricos en el formato de sistema de CAM y sin necesidad de su conversión. En un principio, también hubo algunos problemas, es decir, sólo se utilicen los sistemas de modelos sólidos. Otras obras sobre la integración de los sistemas CAD / CAM llevado a la situación en que los sistemas CAM comenzó a trabajar en el entorno de los sistemas CAD como opciones adicionales (nuevo menú y barra de herramientas el icono se han añadido). Los sistemas de SolidWorks o SolidCAM pueden servir como un ejemplo aquí. Estos son los sistemas elaborados por diversas empresas, sin embargo, después de la instalación en una computadora, hay una integración CAD / CAM medio ambiente. SolidCAM opciones del sistema están disponibles a partir de un menú adicional, que aparece en el paquete después de la instalación. No hay necesidad de registrar datos geométricos o activar otros programas - todo está dentro del entorno. Es crucial porque una vez que un proceso tecnológico para una parte particular, uno puede fácilmente introducir modificaciones en un modelo. En este caso, el sistema detecta automáticamente CAM tales modificaciones y actualizaciones de la ruta de acceso de una herramienta. El tercer grupo consiste en los sistemas CAD / CAM integrado que ofrece la funcionalidad en el ámbito de aplicación de CAD o CAM. Después de haber comprado un paquete, se obtiene un entorno coherente y no hay necesidad de transmitir datos sobre entre los módulos. Es evidente que estos sistemas son también de una estructura de módulo, sin embargo la transferencia de datos no es visible para un usuario. En el caso de problemas con el software, se debe buscar apoyo en los de un proveedor, no en dos, lo que puede suceder en el caso de una solución combinada - diferente CAD CAM y el proveedor del sistema. El intercambio de datos entre diferentes sistemas CAD se puede realizar de manera similar como en el caso de intercambio de datos entre sistemas CAD y CAM. Existen las siguientes opciones. por un traductor directo, por formatos neutrales de intercambio de datos, 9

con la aplicación de un software especial traducción; paquete de software MATHDATA [12] puede ser una instancia de solución de este tipo. Este software se instala en la traducción de un servidor, sino que descarga los datos de CAD / CAM, y, por último, los procesa en un formato del otro sistema. Así, puede transferir los datos entre CAD / CAM sin pérdidas (fig. 1). La figura. 1 Un ejemplo de una solución informática de ahorro de los datos geométricos en distintos formatos de archivos CAD del sistema [12] Open Source sistemas CAD se pueden encontrar en Internet. QCAD paquete de software incluido en las distribuciones populares de Linux es una instancia operativa de la solución antes mencionada. Este sistema permite crear una documentación 2D. FreeCAD [14] o [BrlCAD 13] son otras soluciones conocidas de este tipo. Tabla 1 División de sistemas CAD/CAM CAD CAM CAD/CAM SolidWorks AlphaCAM MasterCAM SolidEdge EdgeCAM SurfCAM AutoCAD SolidCAM CATIA Mechanical Desktop Sum3D Pro/E LogoCAD VisualMill Cimatron InteliCAD CamWorks DelCAM TurboCAD... Unigraphics Inventor... 10