Selbststudienunterlagen: Freiformflächen in Pro/Engineer

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1 Selbststudienunterlagen: Freiformflächen in Pro/Engineer Freiformflächen werden häufig ergänzend zu klassischen Konstruktionselementen eingesetzt. Sie finden dort Verwendung, wo Design eine Rolle spielt und die Formen daher zu komplex werden für die klassische Teileerzeugung. Typische Beispiele sind Pumpen, Strömungskanäle und Turbinenschaufeln. Diese Anleitung stellt nur einen Einstieg in die Freiformflächenmodellierung dar und kann die volle Funktionalität dieses Tools nicht komplett widergeben. Es werden aber alle nötigen Werkzeuge vermittelt, die nötig sind, um den Rest der Freiformflächen eigenständig zu erarbeiten. Inhalt Beispiel Föhn... 2 Beispiel Fahrradsattel Beispiel: Rumpf eines Schiffmodells Was muss man noch beachten? Wo liegen Fehlerquellen? GSO-FH, CAD-Labor, Christian Daut Seite

2 Beispiel Föhn Im ersten Beispiel wird das Gehäuse eines Föhns erstellt. Hierbei werden Regelgeometrie und Freiflächengeometrie zusammen in einem Bauteil verwendet. Dies ist die häufigste Methode. Reine Freiflächenmodellierung hingegen trifft man kaum an. GSO-FH, CAD-Labor, Christian Daut Seite

3 Zunächst erzeugen wir das Gehäuse als Regelgeometrie mit dem bereits bekannten Verbund-Tool: Einfügen => Verbund => dünner Körper => Parallel Top-Ebene anwählen => Skizziermodus starten Nun werden folgende drei Schnitte skizziert: Schnitt 1: Schnitt 2 und Schnitt 3: Danach den Skizzierer beenden; Als Wandstärke 2mm wählen Tiefe Schnitt 2: 50mm Tiefe Schnitt 3: 170mm Nun soll das hintere Loch noch verschlossen werden. Dies wird nun mit Freiformflächen gelöst. Freiformflächen benötigen immer Leitkurven. Die Anzahl hängt dabei vom jeweiligen Modell ab. Für die Abdeckung benötigen wir drei Leitkurven: Skizzen Tool => Platzierung auf Right-Ebene => sinnvolle Referenzen wählen GSO-FH, CAD-Labor, Christian Daut Seite

4 Hier wurde als Leitkurve eine Spline definiert. Diese finden in der Freiformmodellierung häufig Verwendung. Es bietet sich hier auch an, verschiedene Leitkurven auszuprobieren und das Ergebnis zu betrachten. Diese Leitkurve alleine reicht allerdings noch nicht aus, um eine dreidimensionale Fläche zu erzeugen. Wir benötigen also noch weitere Leitkurven. Skizzen Tool => Skizzierebene ist nun die Rückseite des Föhns => Kurve erzeugen => Skizzierer beenden Nun die Kurve noch an der Right-Ebene spiegeln, sodass nun 3 Skizzen im Modellbaum vorhanden sind Achtung: Es ist wichtig, dass als Leitlinie nicht der Gesamte Gehäuseumfang hergenommen wird. Es muss erst eine Seite erstellt werden. Durch Spiegeln der erstellten Kurve an der Right-Ebene erhält man die dritte Kurve. Verwendet man nur zwei Kurven kann ProE keine Fläche erzeugen. Dies liegt an der Vorgehensweise von ProE. Die Flächenerzeugung kann man sich so vorstellen: ProE spannt eine Fläche von einer Kurve zur nächsten, wobei die Reihenfolge, die durch den Anwender vorgegeben wird von großer Bedeutung ist. GSO-FH, CAD-Labor, Christian Daut Seite

5 Das Modell sollte nun so aussehen: Als nächstes wählen wir aus der rechten Schaltleiste den Berandungsverbund Es werden nun die 3 Leitkurven ausgewählt. Die Reihenfolge ist dabei sehr wichtig. Man geht vom Anfang der zu erzeugenden Fläche bis zum Ende. Beachtet man die Reihenfolge nicht, so verknotet ProE die Fläche. In diesem Beispiel geht man von einer Außenseite hin zur mittleren Leitkurve und dann auf die andere Außenseite. Anschließend noch bestätigen und fertig ist die erste Freiformfläche. GSO-FH, CAD-Labor, Christian Daut Seite

6 Aufdicken 2 mm nach innen Auf diese Weise werden jedoch nur Flächen, die unendlich dünn sind, erzeugt. In der Regel will man jedoch Volumenkörper erzeugen. Hierfür muss die Fläche noch aufgedickt werden. Dies geschieht mit dem Aufdicken Tool (siehe nächste Seite). Wir wählen hier passend zum Rest des Gehäuses wieder eine Stärke von 2 mm. Die Materialrichtung muss natürlich nach innen zeigen. GSO-FH, CAD-Labor, Christian Daut Seite

7 Nun fehlt natürlich noch der Griff. Dieser erfordert nun eine größere Anzahl an Leitkurven. Zunächst wird eine Skizzierebene (DTM1) erzeugt, die 1. Parallel zur Front-Ebene und 2. Tangential an dem Gehäuse anliegt Anschließend wird noch eine zweite Ebene (DTM2), parallel zu der eben erzeugten erstellt. Abstand 150mm GSO-FH, CAD-Labor, Christian Daut Seite

8 Nun wird eine Leitkurve auf der DTM1 erzeugt: Die Leitlinie selbst wurde hier wieder mit einer Spline erzeugt. Man kann natürlich auch mit normalen Konstruktionselementen arbeiten. Nachdem die Leitkurve erstellt wurde erstellen wir zwei Punkte. An jedem Ende der Kurve einen. Diese Punkte werden für die weitere Konstruktion benötigt. Nun werden zwei weitere Leitkurven, jeweils auf der Right -Ebene skizziert: Die erste wird wieder mit einer Spline erstellt. Wichtig ist hierbei, dass ein Ende der Leitkurve auf dem eben erzeugten Punkt (hier: PNT1) liegt. GSO-FH, CAD-Labor, Christian Daut Seite

9 Bei der nächsten Leitkurve wird auf die üblichen Konstruktionselemente zurückgegriffen: Wichtig ist auch hier wieder, dass ein Ende der Kurve auf dem noch übrigen Punkt (hier PNT0) liegt. Nachdem beide Kurven erstellt wurden setzen wir wieder zwei Punkte, dort wo sich die Geraden mit der DTM2 Ebene schneiden. Diese dienen im letzten Schritt wieder als Endpunkte. GSO-FH, CAD-Labor, Christian Daut Seite

10 Die Skizze legen wir nun auf die DTM2 Ebene. Als Kontruktionselement wurde hier ein Teilkreis gewählt, der beide erzeugten Punkte schneidet. Nun sind die benötigten Leitkurven erstellt. Hiermit lässt sich allerdings nur eine Hälfte des Griffs erstellen. Wir spiegeln also die erste (auf DTM1 liegend) und die letzte Kurve (auf DTM2 liegend) noch an der Right -Ebene und erhalten damit insgesamt 6 Leitkurven. Nun zur Flächenerstellung: Wir verwenden wieder das Berandungsverbund-Tool. Im ersten Schritt werden nur zwei Kurven ausgewählt. GSO-FH, CAD-Labor, Christian Daut Seite

11 Um nun eine dreidimensionale Fläche zu erzeugen müssen wir folgendes Kästchen anwählen: Nun können die anderen beiden Kurven gewählt werden: Nun noch bestätigen und fertig ist die erste Seite. Das Ganze auf der anderen Seite wiederholen und dann beide Flächen aufdicken. GSO-FH, CAD-Labor, Christian Daut Seite

12 Da wir auf der DTM1 Ebene skizziert haben ist nun noch ein Spalt zwischen Gehäuse und Griff vorhanden. Dieser lässt sich mit Hilfe des Style-Tools schnell schließen. Nach Anwählen des Style-Tools wählen wir die Option Kurve projizieren aus der Werkzeugleiste aus. Projektionsebene DTM1 auswählen Zuerst die zu projizierende Kante wählen Dann die zu projizierende Fläche wählen Dann nur noch bestätigen und fertig ist die Leitkurve. Diese kann dann wieder auf die andere Seite gespiegelt werden. Ist dies erledigt, so kann das Style-Tool wieder verlassen werden (Häkchen in der Werkzeugleiste) Nun kann mit Hilfe des Berandungsverbund-Tools die Lücke geschlossen werden. Hierfür einfach eine Fläche zwischen der Kante und der projizierten Leitkurve spannen. GSO-FH, CAD-Labor, Christian Daut Seite

13 Hier erscheint in den meisten Fällen dann eine Fehlermeldung: Verfolgt man das Problem zurück, so stellt sich heraus, dass der Griff beim Aufdicken im Weg ist. Sieht man sich die obere Kante des Griffs an, so erkennt man schnell wo das Problem ist. Hierfür gibt es mehrere Lösungsansätze. Nachfolgend werden zwei Varianten vorgestellt. Variante 1: Um das Problem zu beheben muss die Aufdickung neu editiert werden: Im Menüpunkt Optionen ist standartmäßig die Option Senkrecht zu Fläche gewählt. GSO-FH, CAD-Labor, Christian Daut Seite

14 Wählt man die Option Autom einpassen, so modelliert ProE die Kanten sinnvoll. Man kann auch mit der Option manuell einpassen experimentieren. Hier lassen sich die einzelnen Richtungen einstellen, bis man das gewünschte Ergebnis erhält. Variante 2: Eine wesentlich elegantere Variante ist die folgende: Hier wird die Fläche des Griffs nochmals nachbearbeitet. Hierfür wird die Skizze des Föhns bearbeitet. Zunächst wird die obere Leitlinie angewählt. GSO-FH, CAD-Labor, Christian Daut Seite

15 =>Editieren => Projizieren Als Projektionsfläche wird die Unterseite des Gehäuses angewählt. GSO-FH, CAD-Labor, Christian Daut Seite

16 Erzeugt man nun die Grifffläche, so erhält man eine Fläche, die keiner weiteren Nachbearbeitung bedarf und einfach aufgedickt werden kann. Die Variante 2 ist in der Regel zu bevorzugen, da weniger KE s zur Erzeugung benötigt werden. Bei Variante 1 müssen mehrere KE s zusammengestückelt werden, was an anderer Stelle wieder zu Problemen führen könnte. Das Modell kann nun noch fertiggestellt werden. Störende Kanten können z.b. mit dem Verrundungstool entfernt werden usw GSO-FH, CAD-Labor, Christian Daut Seite

17 Variante zur Erstellung des Griffs: Versetzte Linien Um einen natürlicheren Übergang zu erzeugen kann man mit versetzten Linien arbeiten. Hierfür werden die auf Seite 6 erzeugten Flächen verschoben. Die Ebene DTM1 hat nun einen Abstand von 70mm zur Front-Ebene. Diese Ebene dient nun als Skizzierebene für die erste Leitkurve (siehe Seite 6) Nun wird die eben skizzierte Kurve versetzt: Editieren Versatz GSO-FH, CAD-Labor, Christian Daut Seite

18 Als Versatzkurve wählt man die Leitkurve, als Referenz-Sammelfläche die DTM1 Ebene. Als Abstand wird 10mm gewählt. Zum Abschluss wird die Kurve auf die Föhnfläche projiziert (siehe S.15) Das Ergebnis sieht dann so aus. Im nächsten Schritt wird eine Verbindung zwischen der projizierten und der Ausgangskurve skizziert. GSO-FH, CAD-Labor, Christian Daut Seite

19 Danach werden die restlichen Leitlinien skizziert, bis das links zu sehende Ergebnis erreicht ist. Nun können die Flächen wieder erzeugt werden und anschließend aufgedickt werden.. GSO-FH, CAD-Labor, Christian Daut Seite

20 Beispiel Fahrradsattel Das nächste Beispiel besteht aus reiner Freiformgeometrie. Als Besonderheit werden die nötigen Kurven nicht per Hand erstellt, sondern durch Koordinaten, die in sog. Arrays zusammengefasst werden. Diese Koordinaten können z.b aus einer Textdatei usw. in ProE eingelesen werden und ermöglichen somit eine automatisierte Modellerstellung. GSO-FH, CAD-Labor, Christian Daut Seite

21 Hier am Beispiel eines Fahrradsattels: Wir erzeugen nun ein leeres Teil-Startmodell: Dann werden Bezugspunkte gesetzt: Als Referenz wählen wir das vorhandene Koordinatensystem, tragen die Punkte wie folgt ein und klicken dann auf speichern: Hiermit haben wir eine erste Punktwolke ( Array ) erstellt. Besonders hilfreich ist diese Funktion, wenn die Koordinaten z.b. in Form einer txt-datei vorliegen. Diese können dann relativ einfach importiert werden. Nun wird noch ein weiterer Array erstellt: Den dritten Array erhalten wir durch Spiegeln des ersten Arrays an der Front Ebene. Nun können wir die Punkte zu Leitkurven verbinden: GSO-FH, CAD-Labor, Christian Daut Seite

22 Hierfür wird das Tool Bezugskurve verwendet: Als Einstellung wird ganzer Array gewählt Dann auf den ersten Punkt der Kurve klicken Fertig OK Dies mit den anderen beiden Arrays wiederholen. GSO-FH, CAD-Labor, Christian Daut Seite

23 Dann mit dem Berandungstool die Fläche aufspannen. Reihenfolge beachten!!! Die entstandenen Kanten werden nun noch verrundet, die Fläche aufgedickt und fertig ist das Modell: GSO-FH, CAD-Labor, Christian Daut Seite

24 Beispiel: Rumpf eines Schiffmodells Zum Abschluss wird nun ein komplizierteres Modell erstellt. Mit Hilfe von Freiform- und Regelgeometrie soll der Rumpf eines Modellschiffes konstruiert werden. Da Strömungsoptimierte Formen in der Regel kompliziert sind ist der Rumpf ein typischer Anwendungsfall für die Freiformmodellierung. GSO-FH, CAD-Labor, Christian Daut Seite

25 Da die Beschreibung der Einzelskizzen zu aufwändig wäre gibt es ein Modell (RUMPFSKIZZE.prt), welches diese Skizzen bereits enthält. Diese wird zunächst geöffnet und es wird wieder der Berandungsverbund ausgewählt. Dann werden der Reihe nach die einzelnen Rumpfsegmente (Skizzen auf der Top Ebene, sowie der Ebenen DTM1-DTM6) ausgewählt. Die Spitze wird vorerst ausgespart: Die Spitze wird nun mit Hilfe einer zweiten Fläche beschrieben. Hierfür wird die Leitkurve der DTM6 Ebene mit der Kurve der DTM7 Ebene verbunden. GSO-FH, CAD-Labor, Christian Daut Seite

26 Nun verwenden wir noch das Verschmelzen Tool um den Rumpf mit der Spitze zu verschmelzen. Hierfür wird die Rumpffläche und die Fläche der Spitze angewählt. Dies ist insbesondere bei aufwändigeren Modellen, die aus mehreren Flächen bestehen sinnvoll, da mit auswählen einer Fläche auch die anderen relevanten Flächen ausgewählt werden. GSO-FH, CAD-Labor, Christian Daut Seite

27 Damit ist der Grundaufbau des Rumpfes auch schon fertig und kann aufgedickt werden (z.b. 2 mm). Das beste Ergebnis erhält man, wenn man beim Aufdicken die Option Manuell einpass wählt und den Haken bei Verschiebung zulassen Y entfernt. Der Schiffsrumpf kann dann noch beliebig verändert/erweitert werden: Was muss man noch beachten? Wo liegen Fehlerquellen? Beim Benutzen von Freiformflächen sollte beachtet werden, dass das konstruierte Teil auch so gefertigt werden kann (vor allem beim Einsatz von Splines) Falsche Reihenfolge bei der Kurvenauswahl führt in der Regel zu einem unbrauchbaren Ergebnis Bei zu engen Radien oder Knicken treten oft Fehler im Teil auf (insbesondere beim Aufdicken) Je mehr Punkte/Kurven verwendet werden, umso genauer wird das Ergebnis Freiformflächen kann man sich als ein Aneinanderlegen von unendlich vielen Splines nebeneinander vorstellen. Dementsprechend verhalten sich die Flächen und erzeugen manchmal unvorhersehbare Radien usw GSO-FH, CAD-Labor, Christian Daut Seite