Appunti Ingegneria inversa e produzione additiva

Metodi di confronto tra due curve

1. Area compresa tra due curve (è un parametro globale e non dà indicazioni sulle zone maggiormente responsabili dell’errore rilevato).

2. Deviazione tra le normali alle due curve in punti corrispondenti (parametro locale).

3. Distanze tra punti corrispondenti (parametro locale).

4. Distanze lungo direzioni stabilite dall’utente tra punti e curve (parametro locale).

5. Distanze tra punto e curva lungo la normale stimata (parametro locale).

6. Valutazione simultanea di distanze e normali e misurazione dei relativi errori (parametro locale).

I problemi nel confronto tra due curve si hanno nell’individuazione dei punti corrispondenti e come su come valutare le normali:

• Individuazione punti corrispondenti:
  • Registrazione punto-punto (sia per curve che per

superfici).

Nel caso di curve (e specialmente nel caso di dimensione dei tratti molto variabili e diverse tra curva e curva) si può utilizzare l'ascissa curvilinea adimensionalizzata con la lunghezza della curva. In questo caso, i punti corrispondenti sono quelli che hanno lo stesso valore dell'ascissa curvilinea adimensionalizzata.

• Valutazione normali:
  • Regola dell'ombrello.
  • A volte i software calcolano la normale impiegando uno soltanto dei segmenti o dei triangoli che convergono in un punto (caso in figura a destra). 46

Gli approcci visti vengono implementati in maniera diversa sui vari software, ottenendo risultati diversi. Quindi, è necessario conoscere cosa fa il software (si noti che molti procedimenti non sono dichiarati perché sotto brevetto).

Modellazione

Esistono due approcci generali:

• Triangolazione.
• Ricostruzione con superfici non sfaccettate:
  • Operazioni di loft, blend, ecc. applicate a sezioni della triangolazione.
  • Patches di

superfici spline che si adattano alla triangolazione.

Ricostruzione per mezzo di superfici primitive e/o features.

Queste ultime tecniche solitamente non sono da utilizzare in maniera esclusiva, ma si possono mischiare, ad esempio per zone diverse dell'oggetto.

Metodo del loft: Consiste nella ricostruzione con dei loft a partire da sezioni sulla mesh. Si può fare solo per geometrie adatte a questo scopo, ovvero oggetti oblunghi e monoconnessi (curve sempre chiuse o sempre aperte), per questo si devono chiudere eventuali buchi.

Su Geomagic si usa Loft Wizard per realizzare i piani di sezione ed il loft vero e proprio (volendo si può aggiungere anche una linea come guida). Su ogni piano si creano schizzi modificabili dall'albero delle feature.

Metodo delle patches di superfici spline: Viene creata una rete di curve che si adattano alla mesh. I lati di tale rete vengono utilizzati come limiti delle patches di superfici spline che vengono "fittate" sulla mesh.

Le patch generate sono tangenti le une alle altre (continuità C1 oppure C2); anche in questo caso solitamente si perdono gli spigoli vivi. La superficie che si ottiene può essere soddisfacente, ma le modifiche che si possono apportare sono meno ingegneristiche. Su Geomagic si usa Auto Surface.

Ricostruzione con primitive e features: L'insieme dei triangoli deve essere elaborato per permettere di utilizzare nei passi successivi le superfici più adatte. Lo scopo della segmentazione è di preparare l'insieme dei dati al fitting, producendo una rappresentazione dell'oggetto a più alto livello rispetto al semplice insieme dei punti o triangoli.

Segmentazione: Suddivisione dell'insieme di triangoli in sottoinsiemi, ognuno dei quali contiene solo triangoli appartenenti ad un tipo semplice di superficie; Successiva classificazione/specifica dei sottoinsiemi (piani, sfere, rivoluzioni, ecc.). Può essere fatta "studiando" sia

Gli spigoli (edge-based) che le facce (face-based) dei triangoli che compongono la mesh. Il problema della segmentazione è tutt'ora aperto; ci sono molti studi sull'argomento volti ad individuare algoritmi totalmente automatici ma anche di tipo interattivo.

Fitting: Approssimazione/interpolazione di ogni sottoinsieme con una superficie matematica. Prima di stabilire se sia necessario spingersi oltre la mesh (triangolazione) e quale metodo utilizzare, è bene soffermarsi a pensare quale sia l'obiettivo da ottenere:

• Ispezione: ricostruzione della geometria più fedele possibile dell'oggetto scansionato (ad esempio per confrontarlo con il modello CAD ideale). In questo caso molto probabilmente è sufficiente soffermarsi alla mesh; infatti, ogni successiva elaborazione falserebbe la geometria di partenza.
• Reverse Engineering: Ricostruzione della geometria "ideale" dell'oggetto scansionato (ad esempio perché

Tecnologie sono:

• È possibile realizzare forme complesse, non realizzabili con nessun altro processo produttivo, riducendo il numero di parti da assemblare.
• Permettono di migliorare la comunicazione, mostrando e facendo toccare con manomodelli 3D realistici a potenziali clienti, sponsor o stakeholder.
• Riducono il time to market, infatti, stampando prototipi in poche ore, è possibile ottenere un feedback immediato per rifinire il progetto.
• Minori costi di sviluppo, riducendo i costi di prototipazione e identificando precocemente degli errori di progettazione.
• Minori costi di sviluppo, dati da una riduzione del numero di iterazioni costose.
• L’ottimizzazione topologica ben si sposa con le caratteristiche dei processi di stampaggio 3D in quanto offre la migliore soluzione per creare strutture che garantiscano un rapporto ottimale tra prestazioni e leggerezza (Lattice structures).
• Potenziale risparmio di peso.
• Soddisfazione

Le stampanti 3D offrono diverse possibilità grazie alla loro versatilità:

• Realizzazione di forme complesse o con diversi materiali e colori per soddisfare esigenze estetiche.
• Produzione ecologica riducendo lo spreco di materiale.
• Possibilità di realizzare pezzi unici, parti di ricambio o pezzi personalizzati su richiesta.

Tuttavia, ci sono anche dei limiti da considerare:

• Elevati costi delle stampanti e dei materiali, in quanto le macchine industriali richiedono l'uso di materie prime fornite dai produttori.
• Modesta varietà e caratteristiche meccaniche dei materiali.
• Tempi di produzione lunghi.
• Scarsa accuratezza e precisione: l'accuratezza indica quanto un pezzo si avvicina al modello CAD, mentre la precisione indica quanto i risultati siano ripetibili.
• Scarsa risoluzione, che rappresenta il più piccolo dettaglio fisicamente realizzabile dalla stampante 3D nelle tre direzioni.

(in direzione z corrisponde allo spessore dello strato). È necessario, quindi, valutare se sia conveniente utilizzare la stampa 3D e/o scegliere quale tecnologia di additive manufacturing sia più adatta al nostro scopo. Sarà necessario tener conto della dimensione del pezzo, della complessità, del valore del progetto, della dimensione della serie e del tipo di applicazioni. È anche necessario valutare se comprare la stampante 3D (caso di materiali simili o oggetti dello stesso tipo) oppure affidarsi ad un centro servizi (possibilità di usare materiali diversi e realizzare oggetti diversi). Inoltre, se compro una stampante, quale compro? Ovviamente dipende dalle dimensioni degli oggetti da realizzare, le caratteristiche di resistenza, la quantità di pezzi, il tempo necessario, l'accuratezza, la precisione e la ripetibilità che si vogliono ottenere, la finitura superficiale, la flessibilità di stampa e l'investimento.

Iniziale che si vuole sostenere.

Rapid Prototyping: Il prototipo è il primo oggetto di una serie. Nonostante le crescenti potenzialità delle simulazioni 3D su calcolatore e le notevoli prestazioni raggiunte dai software per la prototipazione virtuale, la realizzazione di modelli fisici è fondamentale per lo sviluppo di prodotti di qualità.

50• Prototipo virtuale: Consente la visualizzazione e la simulazione dell'utilizzo di un componente in fase di progetto.

• Prototipo fisico: Permettono di aggiungere alla stimolazione visiva anche la possibilità di maneggiare l'oggetto.

Il prototipo può ricoprire diverse funzioni: dal prototipo concettuale, grazie a cui verificare forme, geometrie ed ergonomia, sino alla preserie, dove l'oggetto realizzato div...