Đồ án tốt nghiệp ứng dụng công nghệ thiết kế ngược và tạo mẫu nhanh thiết kế và tạo mẫu sản phẩm đồ gỗ mỹ nghệ

BẢNG DANH MỤC VIẾT TẮT CAD Computer Aided Design: Thiết kế với trợ giúp của máy tính CAM Computer Aided Manufacturing: Sản xuất có trợ giúp củamáy tính XOR RapidformXO Redesign: Phần mềm

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

BẢNG DANH MỤC VIẾT TẮT 4

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 5

1.1 Đặt vấn đề 5

1.2 Mục đích của đề tài 5

1.3 Phạm vi của đề tài 6

1.4 Bố cục của đồ án 6

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC VÀ TẠO MẪU NHANH 7

2.1 Tổng quan và ứng dụng công nghệ thiết kế ngược 7

2.1.1 Giới thiệu về công nghệ thiết kế ngược 7

2.1.2 Ứng dụng của công nghệ tái tạo trong một số lĩnh vực 9

2.2 Tổng quan và ứng dụng của công nghệ tạo mẫu nhanh 13

2.2.1 Giới thiệu về công nghệ tạo mẫu nhanh 13

2.2.2 Các phương pháp và thiết bị trong công nghệ tạo mẫu nhanh 15

2.2.3 Ứng dụng của công nghệ tạo mẫu nhanh 16

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ QUÉT 3D VÀ CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH 21

3.1 Giới thiệu về máy quét 3D Handy Exascan và phần mềm đi kèm 21

3.1.1 Máy quét 3D Handy Exascan 21

3.1.2 Các phần mềm thu thập và xử lý dữ liệu quét 25

3.2 Quy trình quét mẫu bằng máy 3D Handy Exascan 41

3.2.1 Giai đoạn chuẩn bị 42

3.2.2 Giai đoạn dán điểm chuẩn 42

3.2.3 Giai đoạn thực hiện thao tác quét mẫu 43

3.3.4 Giai đoạn chỉnh sửa dữ liệu sau khi quét 44

3.3.5 Giai đoạn lưu file quét 44 3.3 Giới thiệu về máy tạo mẫu nhanh Object Eden 250 và phần mềm đi kèm 45

3.3.1 Máy in Eden 250 45

3.3.2 Các phần mềm ứng dụng trên máy in Eden 250 49

3.4 Quy trình vận hành tạo mẫu nhanh trên máy Object Eden 250 74

3.4.1 Các bước chuẩn bị trước khi in trên máy Object Eden 250 74

3.4.2 Các bước cơ bản thực hiện việc in đối tượng 75

CHƯƠNG 4: XỬ LÝ DỮ LIỆU SAU KHI QUÉT 77

4.1 Xử lý dữ liệu đám mây điểm 77

4.2 Xử lý, xây dựng lại bề mặt lưới tam giác 78

4.3 Xây dựng mô hình CAD 83

4.4 Đánh giá kết quả 87

CHƯƠNG 5: TẠO MẪU SẢN PHẨM 88

5.1 Cơ sở dữ liệu đầu vào cho quá trình tạo mẫu nhanh 88

5.2 Các phương án xếp đặt và lựa chọn chế độ in 88

5.2.1 Các phương án xếp đặt 88

5.2.2 Lựa chọn phương án in 90

5.3 Tạo mẫu sản phẩm trên máy in Eden 250 92

5.3.1 Chuẩn bị các thiết bị cần thiết 92

5.3.2 Thao tác chuẩn bị máy in Eden 250 92

5.3.3 Vận hành máy in Eden 250 93

KẾT LUẬN 96

TÀI LIỆU THAM KHẢO 97

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật mà đặc biệt làkhoa học máy tính và phát triển các phần mềm đã thay đổi cơ bản mọi mặt củađời sống xã hội Theo đó là sự ra đời của phương thức sản xuất có sự trợ giúpcủa máy tính với các phần mềm tích hợp liên kết.Cùng với sự phát triển củakhoa học kỹ thuật thì đời sống con người ngày càng được nâng cao, kéo theonhu cầu con người ngày càng nhiều và đòi hỏi chất lượng cao đồng thời thay đổimẫu mã liên tục Do vậy vòng đời của một sản phẩm trên thị trường ngày cànggiảm Giải quyết bài toán chất lượng, thời gian, giá cả cạnh tranh là cấp thiết vì

nó quyết định tới sự thành công hay không của một sản phẩm Một sản phẩmmới trước khi đưa vào thực tế bao giờ cũng trải qua các giai đoạn từ thiết kế, chếthử, kiểm tra và sản xuất hàng loạt Các công đoạn như vậy làm cho ý tưởngthành sản phẩm và đến với thị trường theo phương thức truyền thống thì mất rấtnhiều thời gian, nó làm giảm tính cạnh tranh của sản phẩm đặc biệt là trong giaiđoạn hiện nay Công nghệ thiết kế ngược và tạo mẫu nhanh ra đời đã giải quyếtđược bài toán thực tiễn trên

Đồ án “Ứng dụng công nghệ thiết kế ngược và tạo mẫu nhanh thiết kế và tạo mẫu sản phẩm đồ gỗ mỹ nghệ” sẽ tập trung vào nghiên cứu nắm bắt công

nghệ thiết kế ngược, xử lý dữ liệu phục vụ cho quá trình tạo mẫu nhanh

Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng dohạn chế về thời gian và thiết bị nên đồ án sẽ không tránh được những thiết sót.Tôi rất mong được sự góp ý, bổ sung, đóng góp ý kiến của thầy cô và bạn đọc để

đồ án hoàn thiện hơn.Tôi xin trân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn CNTB

& HKVT - Khoa Hàng Không Vũ Trụ, thầy giáo TS Trần Đức Tăng, KS Đỗ Thanh Bình đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo, tạo điều kiện trong suốt thời gian qua

để tôi có thể hoàn thành đồ án này

Hà Nội, ngày 23 tháng 11 năm 2012

Học viên thực hiện

Nguyễn Văn Tiến

BẢNG DANH MỤC VIẾT TẮT

CAD (Computer Aided Design): Thiết kế với trợ giúp của máy tính

CAM (Computer Aided Manufacturing): Sản xuất có trợ giúp củamáy tính XOR (RapidformXO Redesign): Phần mềm thiết kế ngược của hãng Rapidform

RE (Reverse engineering): Công nghệ thiết kế ngược hay Công nghệ tái tạo

RP (Rapid Prototyping): Công nghệ tạo mẫu nhanh

HQ (High quality): Chất lượng cao

HS (High speed): Tốc độ cao

FDM ( Fuse Deposition Modelling)

LOM (Laminate Object Manufacturing)

SLA (Stereo Lithography Aparatus)

SLS (Selective Laser Sintering)

STL (Standard Triangulation Language): Định dạng chuẩn bề mặt lưới

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề

Hiện nay nhu cầu sử dụng đồ gỗ mỹ nghệ trong và ngoài nước ngày càngcao đòi hỏi các làng nghề, doanh nghiệp sản xuất kinh doanh hàng thủ công mỹnghệ phải đổi mới phương pháp sản xuất để tăng năng suất giảm giá thành sảnphẩm, bên cạnh đó phải liên tục cải tiến kiểu dáng mẫu mã thỏa mãn tốt hơn nhucầu của khách hàng Do vậy việc chế tạo đồ gỗ đã được ứng dụngCAD/CAM/CNC không còn làm thủ công như trước đây nữa Mẫu sản phẩm cóthể lấy từ thư viện của một số chương trình hỗ trợ cho việc khắc gỗ như:JDpaint,ArtCAM…Nhưng dù sao vẫn hạn chế và lặp lại do vậy vẫn phải tạomẫu bằng tay (do nghệ nhân làm) hoặc sưu tầm Chính vì thế công nghệ thiết kếngược cần ứng dụng vào việc điêu khắc gỗ để giải quyết khâu tạo mẫu, tạo môhình CAD để đưa vào điêu khắc bằng máy Việc ứng dụng công nghệ công nghệtái tạo rút ngắn thời gian, công sức tăng năng suất Bên cạnh đó việc ứng dụngcông nghệ tạo mẫu nhanh vào quá trình sản xuất đồ gỗ mỹ nghệ giúp cho nhàsản xuất và khách hàng có thể quan sát nhanh chóng sản phẩm cuối cùng của quátrình thiết kế từ đó đưa ra được nhận xét đánh giá mẫu sản phẩm để có nhữngthay đổi theo yêu cầu của khách hàng

Trên thực tế đó với sự định hướng và giúp đỡ tận tình của thầy giáo TS Trần Đức Tăng, KS Đỗ Thanh Bình và các thầy cô trong bộ môn CNTB &

HKVT tôi đã chọn và thực hiện đề tài “Ứng dụng công nghệ thiết kế ngược và tạo mẫu nhanh thiết kế và tạo mẫu sản phẩm đồ gỗ mỹ nghệ” Vấn đề này là rất

cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao trong giai đoạn hiện nay

1.2 Mục đích của đề tài

Mục đích của đồ án “Ứng dụng công nghệ thiết kế ngược và tạo mẫunhanh thiết kế và tạo mẫu sản phẩm đồ gỗ mỹ nghệ” nhằm:

- Nghiên cứu về công nghệ thiết kế ngược và tạo mẫu nhanh

- Nghiên cứu máy quét 3D Handyscan Exascan và phần mềm đi kèm

- Nghiên cứu và ứng dụng phần mềm Geomagic Studio vào thực tế

mỹ nghệ trên máy in Object Eden 250.

1.4 Bố cục của đồ án

Chương 1: Giới thiệu

Chương 2: Tổng quan về công nghệ thiết kế ngược và tạo mẫu nhanh Chương 3: Hệ thống công nghệ quét 3D và công nghệ tạo mẫu nhanh Chương 4: Xử lý dữ liệu sau khi quét.

Chương 5: Tạo mẫu sản phẩm.

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC VÀ

TẠO MẪU NHANH 2.1 Tổng quan và ứng dụng công nghệ thiết kế ngược

2.1.1 Giới thiệu về công nghệ thiết kế ngược

a.Khái niệm

Thiết kế ngược là quy trình thiết kế lại mẫu, mô hình vật lý cho trướcthông qua số hóa bề mặt mẫu bằng thiết bị đo tọa độ, và xây dựng mô hình thiết

kế từ dữ liệu số hóa Ưu điểm của phương pháp thiết kế ngược là cho phép thiết

kế nhanh và chính xác mẫu thiết kế có độ phức tạp hình học cao, hoặc mẫu dạng

bề mặt tự do (không xác định được quy luật tạo hình) Phương pháp thiết kếngược cũng có ưu điểm đối với mẫu thiết kế dạng bề mặt có quy luật tạo hìnhnhưng không xác định được thông số thiết kế Chẳng hạn các mẫu bề mặt xoắnnhư cánh tuabin, bề mặt thủy động học, khí động học Trong thời gian gần đâytrong nước đã có các loại thiết bị tự động đo quét tọa độ 3D, kỹ thuật thiết kếngược cũng đã được nghiên cứu áp dụng tại một số nơi (doanh nghiệp, viện,trường…) Tuy nhiên việc ứng dụng có hiệu quả giải pháp kỹ thuật mới này vẫncòn nhiều vấn đề cần phải hoàn thiện thêm

Công nghệ thiết kế ngược (Reverse Engineering) là thuật ngữ được sửdụng phổ biến trong thời gian gần đây Tuy nhiên việc sử dụng RE trong pháttriển sản phẩm đã được bắt đầu từ vài thập kỷ trước RE là quá trình nhân bảnmột vật thể, một bộ phận hoặc một sản phẩm hoàn chỉnh có sẵn mà không có sựtrợ giúp của bản vẽ, tài liệu hay mô hình máy tính

Về bản chất thiết kế ngược là quá trình sao chép một sản phẩm đã đượcsản xuất (nhờ khả năng sao chép hình ảnh của một vật thể thành dữ liệu CAD3D), thiết kế ngược liên quan đến việc quét hình (scanning), số hóa (digitizing)vật thể thành dạng điểm, đường và bề mặt 3D

Các nhà thiết kế và chế tạo thường đánh giá sản phẩm của mình và đối thủcạnh tranh trước khi đưa ra một ý tưởng mới Ngày nay quá trình đó được hệthống hóa thành một công nghệ riêng gọi là công nghệ thiết kế ngược Đó là sự

8đánh giá có hệ thống một sản phẩm nhằm mục đích tái tạo lại hoàn chỉnh hoặc

có bổ sung thêm những cải tiến phát triển Như vậy có thể thấy công nghệ thiết

kế ngược là quá trình tạo mô hình thiết kế từ sản phẩm có sẵn, nhằm thực hiệncác phép phân tích kỹ thuật hoặc tái tạo lại sản phẩm dưới dạng nguyên gốc haybiến thể Quá trình này trái ngược với quá trình truyền thống bấy lâu nay kiểuthiết kế thuận (Forward Engineering) là đi từ ý tưởng đến sản phẩm thiết kếcòn thiết kế ngược thì đi từ việc phân tích sản phẩm đã có Quá trình thiết kếthuận - ngược này được tổng hợp theo lộ trình như sau:

Thiết kế thuận: nhu cầu - ý tưởng thiết kế - tạo mẫu thử và kiểm tra - sản phẩm.Thiết kế ngược: sản phẩm - đo và kiểm tra - tái thiết kế - tạo mẫu thử và kiểm tra

- sản phẩm

Công nghệ thiết kế ngược theo hướng tự động hóa thường được chia làm

3 giai đoạn là: lấy mẫu (số hóa bề mặt) bằng thiết bị đo quét tọa độ; xử lý dữliệu và xây dựng mô hình thiết kế trên phần mềm CAD; xuất kết quả.Giai đoạnlấy mẫu là giai đoạn số hóa bề mặt mẫu bằng các loại thiết bị đo quét tọa độ.Các loại thiết bị đo quét tọa độ được lựa chọn tùy theo hình dạng của chi tiết,yêu cầu độ chính xác, vật liệu chi tiết, kích thước chi tiết Hai loại thiết bị đoquét tọa độ phổ biến nhất hiện nay là thiết bị đo không tiếp xúc và thiết bị đotiếp xúc Điển hình của 2 loại máy này là máy quét laser và máy đo tọa độ(Coordinate Measuring Machine - CMM) Trong giai đoạn này thiết bị đo tọa độ

sẽ thu nhận dữ liệu hình học của đối tượng ở dạng tọa độ của các điểm (x,y, z),sau đó sẽ tập hợp các điểm trên bề mặt đối tượng được mô tả như “đám mâyđiểm”

Tiếp theo là giai đoạn xử lý dữ liệu và xây dựng mô hình, giai đoạn này

sử dụng 2 phần mềm là phần mềm tạo lưới (có khả năng tự động phủ lưới quatất cả các điểm dữ liệu) và phần mềm mô hình hóa 3D (có khả năng mô hình hóacác đường cong, mặt cong NURBS, xây dựng mô hình thiết kế CAD từ mô hìnhlưới điểm thông qua sự tương tác của người sử dụng với giao diện của phầnmềm)

Sau cùng là giai đoạn xuất kết quả, mô hình thiết kế có thể được tinhchỉnh, tối ưu bằng các phương pháp phân tích CAE, hay chuyển sang công đoạnthiết kế khuôn cho sản phẩm và cuối cùng là xuất dữ liệu thiết kế dưới dạng bản

vẽ kỹ thuật Có thể sử dụng trực tiếp dữ liệu thiết kế cho công đoạn sản xuấtbằng cách chuyển mô hình CAD sang phần mềm CAM để lập trình gia côngCNC, hay chuyển sang dữ liệu STL cho quá trình tạo mẫu nhanh Ngoài việcphục vụ thiết kế chế tạo, quy trình thiết kế ngược còn được sử dụng để kiểm tra,đánh giá độ chính xác giữa sản phẩm gia công so với nguyên mẫu

b Lí do ứng dụng công nghệ thiết kế ngược?

- Cần phụ tùng thay thế mà nhà chế tạo không cung cấp nữa

- Cần chế tạo chi tiết mà không có hoặc mất tài liệu thiết kế gốc

- Cần phục hồi, cải tiến chi tiết mà không có dữ liệu CAD hoặc dữ liệukhông phù hợp

- Cần kiểm tra chi tiết mới bằng cách so sánh với dữ liệu CAD hoặc với chitiết tiêu chuẩn

- Xác định tình trạng mòn của bề mặt bằng cách so sánh với dữ liệu CADhoặc với chi tiết tiêu chuẩn

- Cần cải tiến, thiết kế bổ sung các phần tử của chi tiết hiện có (ví dụ tăngcứng, thêm các bề mặt) mà không có dữ liệu CAD

- Phân tích, đánh giá sản phẩm của đối thủ cạnh tranh

- Tạo đối tượng 3D của các mô hình hoặc vật thể để mô phỏng hoặc làm game

- Tạo các mô hình kiến trúc, tượng người, đối tượng nghệ thuật

- Tạo các bộ phận thay thế của cơ thể

2.1.2 Ứng dụng của công nghệ thiết kế ngược trong một số lĩnh vực

a Trong lĩnh vực nghệ thuật

Trong lĩnh vực này công nghệ thiết kế ngược được thể hiện ở việc saochép hoặc phân tích các đặc điểm trên hình ảnh của các nhà hội hoạ, điêu khắc.Thông thường với các chi tiết yêu cầu cao về tính thẩm mỹ, sản phẩm được môhình hoá bởi các nhà kỹ thuật trên các chất liệu như đất sét, chất dẻo, gỗ… Tuy

10nhiên các tác phẩm hay các kiệt tác nghệ thuật chỉ là kết quả của một vài nhànghệ thuật, nhà thiết kế nào đó, trong khi đó bất kể người yêu nghệ thuật nàocũng đều muốn có nó, cũng đều muốn thưởng thức chúng Nhu cầu thị trườngđòi hỏi một lượng lớn theo nhiều phong cách, hay là sản phẩm của một số nhàthiết kế mà tác phẩm của họ được khẳng định trên thị trường Để đáp ứng đượcyêu cầu đó cần có được bản vẽ CAD của sản phẩm mong muốn Điều này chỉ cóthể thực hiện được bằng công nghệ tái tạo Với các thiết bị hiện đại và sự trợgiúp của máy tính hoàn toàn có thể xây dựng được các dữ liệu CAD giống hệt

mô hình thật do các nhà mỹ thuật, nhà điêu khắc tạo ra với độ chính xác chophép

Hình 2.1 Ứng dụng RE tạo mô hình CAD cho tác phẩm nghệ thuật

b Trong công nghiệp

Công nghệ thiết kế ngược có vai trò rất lớn trong cải tiến mẫu mã sảnphẩm Yêu cầu về thời gian không cho phép khi chế tạo một mẫu mã mới có thểbắt đầu chu trình sản xuất từ khâu phác thảo thiết kế tới tính toán, tối ưu, chế thửkiểm tra kiểm nghiệm mới đưa vào sản xuất vì quá trình trên tốn rất nhiều thờigian, công sức Do vậy cần phải biết kế thừa các mẫu sản phẩm đã được tối ưu,đạt các tiêu chuẩn kiểm tra trên cơ sở đó thiết kế lại phù hợp với yêu cầu mới để

có được một mẫu mã mới Như vậy sẽ giảm được thời gian thiết kế, rút ngắn thờigian đưa sản phẩm vào thị trường tức là giảm thời gian của chu trình sản xuất.Với nhu cầu của thị trường thay đổi liên tục như hiện nay thì nhà sản xuất nào

sớm đưa ra được mẫu mã mới sẽ chiếm được thị phần và giành được lợi nhuậncao nhất

Công nghệ tái tạo còn được sử dụng khi cần thay thế một chi tiết, bộ phận

mà nhà sản xuất không còn cung cấp, do đó phải chế tạo lại chúng mà không hề

có bản vẽ thiết kế Hay khi muốn sản xuất theo mẫu mã mới tối ưu trên thị trường

mà nhà thiết kế ra chúng làm mất, làm hỏng, hoặc không muốn cung cấp tài liệuthiết kế

Hình 2.2 Ứng dụng RE trong ngành công nghiệp ô tô

Trong ngành công nghiệp ôtô công nghệ thiết kế ngược là chiều khóa dẫnđến sự thành công của các hãng sản xuất xe hơi Để đáp ứng được thị hiếu củakhách hàng các doanh nghiệp sản xuất ôtô sử dụng nhiều phương pháp để vừabảo đảm chất lượng vừa rút ngắn được thời gian sản xuất Trong một chiếc ôtô

sử dụng rất nhiều những chi tiết có bề mặt phức tạp mà không thể thiết kế bằngcác phần mềm CAD thông thường như Inventor, Solidworks, Pro Engineering…Công nghệ tái tạo khắc phục những khó khăn đó giúp xây dựng lại mô hìnhCAD cho chi tiết đồng thời kiểm tra, đánh giá chất lượng sản phẩm

12Trong lĩnh vực thời trang công nghệ thiết kế ngược trợ giúp đắc lực chocác nhà thiết kế tạo trang phục các mẫu mã theo hình dáng kích thước conngười, tạo ra được các mẫu giầy mới dựa trên những mẫu giầy mới hoặc tạonhững mẫu giầy vừa khít với size (kích cỡ) của người dùng.

Hình 2.3 Ứng dụng RE trong thời trang

Trong lĩnh vực thời trang công nghệ thiết kế ngược trợ giúp đắc lực chocác nhà thiết kế tạo trang phục các mẫu mã theo hình dáng kích thước conngười, tạo ra được các mẫu giầy mới dựa trên những mẫu giầy mới hoặc tạonhững mẫu giầy vừa khít với size (kích cỡ) của người dùng

c Trong y học

Công nghệ thiết kế ngược cho phép tạo ra các bộ phận cơ thể phù hợp chotừng bệnh nhân trong thời gian ngắn để thay thế các khuyết tật, các bộ phậnhỏng, bị tổn thương, bị hư hại do tai nạn hoặc do bẩm sinh như xương, khớp,răng hàm, mảnh sọ não…

Hình 2.4 Ghép mảnh xương đầu nhân tạo

2.2 Tổng quan và ứng dụng của công nghệ tạo mẫu nhanh

2.2.1 Giới thiệu về công nghệ tạo mẫu nhanh

a Khái niệm

Công nghệ tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping - RP) ngày càng được ứngdụng nhiều trong công nghiệp và chứng tỏ ưu thế vượt trội trong quá trình tạomẫu vật lý để nghiên cứu trước khi chế tạo sản phẩm Công nghệ này đề cậpđến việc tạo trực tiếp vật thể từ mô hình 3D trên máy tính Khác với công nghệtruyền thống là cắt bỏ bớt vật liệu đi, bản chất của RP là tạo vật thể bằng cáchxếp chồng từng lớp vật liệu tương ứng với các lớp cắt cách đều nhau, hình dạngcủa mỗi lớp cắt được xác định trực tiếp từ mô hình CAD-3D

Tuy chỉ mới chính thức ra đời từ năm 1998, nhưng công nghệ tạo mẫunhanh đang là mục tiêu nghiên cứu và ứng dụng trong ngành cơ khí, ngoài ra nócòn được ứng dụng đa dạng cho nhiều ngành khác, cho phép tạo nhanh các sảnphẩm công nghiệp: chế tạo khuôn nhanh (rapid tooling) có thể dùng các côngnghệ khác nhau như vật liệu lỏng quang hóa (photopolimer), vật liệu rắn (giấy,

gỗ …), bột kim loại, đặc biệt là trong công nghệ tạo mẫu đế giày, tạo ra cáctượng mỹ nghệ trong ngành kim hoàn, tạo khuôn mẫu cho ngành nhựa với kíchthước lớn nhỏ khác nhau, ứng dụng trong các ngành sản xuất chế tạo ô tô, xemáy, điện dân dụng, máy điều hòa nhiệt độ, vỏ ti vi, máy nông nghiệp, với hiệuquả kinh tế rất lớn Trong lĩnh vực y học, công nghệ tạo mẫu nhanh được dùng

để chế tạo các mô hình y học, các bộ phận cấy ghép thay thế xương và các công

cụ trợ giúp phẫu thuật

b Quy trình công nghệ tạo mẫu nhanh

Mẫu hay một bộ phận chi tiết được thiết kế trên hệ thống CAD/CAM.Mẫu phải thể hiện đầy đủ tính chất vật lý như sản phẩm thật thể hiện bằngnhững mặt cong khép kín với kích thước giới hạn rõ ràng Đó là, phải xác địnhcác dữ liệu bên trong, bên ngoài và cả phạm vi giới hạn của mẫu Yêu cầu nàythực sự không cần thiết đối với mô hình dạng khối Mô hình dạng khối sẽ tựđộng giới hạn thể tích Yêu cầu này đảm bảo rằng tất cả các mặt cắt ngang đều

là những đường cong kín để tạo ra khối vật thể

Mô hình dạng khối hay mô hình bề mặt sẽ được chuyển sang file địnhdạng *.Stl (StereoLithography) mà các file này khởi đầu các hệ thống in 3D.File định dạng *.Stl xấp xỉ các bề mặt dưới dạng các đa giác Các mặt cong bậccao phải dùng rất nhiều đa giác, do đó các file *.Stl dùng cho các chi tiết mặtcong có dung lượng rất lớn Tuy nhiên có một vài hệ thống tạo mẫu nhanh chỉchấp nhận các dữ liệu *.IGES (Initial Graphics Exchange Specification) để cungcấp chính xác các đặc tính

Máy tính phân tích file *.Stl để xác định rõ ràng mô hình cho sản xuất vàcác lớp mỏng trên mặt cắt ngang Bề mặt cắt ngang được tạo ra theo phươngpháp hạ dần xuống trong suốt quá trình hóa cứng của chất lỏng hay bột và sau

đó kết hợp thành mẫu 3D Một khả năng khác là bề mặt cắt ngang có thể lànhững lớp mỏng hay ở dạng khối, những lớp mỏng có thể được liên kết với nhau

để hình thành nên một mẫu 3D Các phương pháp tạo mẫu tương tự khác cũng

có thể dùng cho công việc tạo mẫu

Hình 2.6 Quy trình công nghệ của phương pháp tạo mẫu nhanh từ mô hình

CAD-3D

2.2.2 Các phương pháp và thiết bị trong công nghệ tạo mẫu nhanh

Do có nhiều phương diện sản xuất nên hình thành nhiều hệ thống tạo mẫunhanh trên thị trường Có nhiều cách phân loại công nghệ tạo mẫu nhanh khácnhau, nhưng để phân loại một cách bao quát các hệ thống tạo mẫu nhanh là dựatrên cơ sở vật liệu sản xuất Ở kiểu phân loại này hệ thống tạo mẫu nhanh có thểphân thành ba loại: Dựa trên cơ sở vật liệu dạng lỏng, trên cơ sở vật liệu dạngkhối, dựa trên cơ sở vật liệu dạng bột

- Dựa trên cơ sở vật liệu dạng lỏng: Các hệ thống tạo mẫu nhanh dựa trên

cơ sở bắt đầu với vật liệu ở trạng thái lỏng Quá trình tạo mẫu là quá trình lưuhóa, vật liệu chuyển đổi từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn bằng phương phápđông đặc tự nhiên hoặc bằng phương pháp quang hóa Một số phương pháp tạomẫu nhanh dựa trên vật liệu dạng lỏng:

1 Thiết bị tạo mẫu lập thể SLA của 3D Systems

2 Thiết bị xử lý dạng khối SGC của Cubital

3 Thiết bị tạo mẫu dạng khối SCS của Sony

4 Thiết bị tạo ảnh nổi của EOS

5 Thiết bị tạo mẫu nhanh Meiko cho ngành công nghiệp đồ trang sức

6 Thiết bị tạo mẫu nhanh SLP của Denken

7 Thiết bị tạo mẫu nhanh COLAMM của Mitsui

8 Thiết bị tạo mẫu nhanh LMS của Fockele và Schwarze

9 Phương pháp POLYJET của Objet

- Dựa trên cơ sở vật liệu dạng bột: Một số phương pháp tạo mẫu nhanh điển

hình của phương pháp này:

1 Thiết bị thiêu kết bằng laser SLS của DTM

2 Thiết bị đúc khuôn vỏ mỏng trực tiếp DSPC của Soligen

3 Hệ thống các thiết bị EOSINT của EOS

4 Thiết bị in phun (Ink-Jet) hay còn gọi là BPM của BPM Technology

5 Thiết bị in ba chiều 3DP của MIT

- Dựa trên cơ sở vật liệu dạng khối: Ngoại trừ các vật liệu dạng bột, các hình

thức vật liệu dạng khối bao gồm các dạng: dây, cuộn, dát mỏng và dạng viên Một sốphương pháp tạo mẫu nhanh điển hình cho phương pháp này:

1 Thiết bị tạo lớp mỏng LOM của Helisys

2 Thiết bị phun nhiều lớp FDM của Stratasys

3 Thiết bị dập nóng có sử dụng chất liên kết SAHP (của KiRa)

4 Thiết bị tạo mẫu nhanh của Kinergy

5 Thiết bị tạo mẫu nhiều đầu phun MJM của 3D System

6 Hệ thống tạo mẫu nhanh RPS của IBM

7 Thiết bị tạo mẫu MM-6B của công ty Sanders Prototype

8 Thiết bị tạo mẫu nhanh Hot Plot của Sparx AB’s

9 Thiết bị tạo mẫu nhanh Laser CAMM của Scale Model Unlimited

2.2.3 Ứng dụng của công nghệ tạo mẫu nhanh

a.Ứng dụng trong kỹ thuật

+ Trình diễn và quảng cáo mô hình sản phẩm

Công nghệ tạo mẫu nhanh giúp cho nhà sản xuất và khách hàng có thểquan sát nhanh chóng sản phẩm cuối cùng của quá trình thiết kế Khách hàng cóthể có những hình ảnh trực quan hoặc được cầm, nắm trực tiếp về mẫu sản phẩmthiết kế

Hình 2.7 Trình diễn quảng cáo mô hình sản phẩm + Kiểm tra khả năng lắp ráp và hoạt động của sản phẩm

Công nghệ tạo mẫu nhanh giúp nhà sản xuất kiểm tra khả năng lắp rápcủa sản phẩm và hoạt động của các chi tiết Từ đó tìm ra những ưu và khuyếtđiểm của sản phẩm để tiến hành khắc phục trước khi đưa vào sản xuất thực tế

Hình 2.8 Mô hình lắp ráp động cơ đốt trong +Thử nghiệm tính năng

Ngày nay để thử nghiệm các tính chất khí động học của ôtô, máy bay, tàuthủy thường dùng các mô hình thu nhỏ trong ống thổi khí động Trước tiên,

mô hình với kích thước thu nhỏ được tạo bằng công nghệ RP Sau đó mô hìnhđược thử trong ông thổi khí động Các hệ thống cảm biến gắn xung quanh môhình, kết hợp với sự trợ giúp của máy tính sẽ cho biết các tính chất khí động họccủa sản phẩm

Hình 2.9 Thử nghiệm trong ống thổi khí động

b Ứng dụng trong sản xuất giày dép

Trong lĩnh vực sản xuất giày dép, các mẫu thiết kế luôn thay đổi để phùhợp với người tiêu dùng Công nghệ tạo mẫu nhanh giúp giảm ngắn thời gian rađời của một mẫu thiết kế Tạo các mẫu mô hình 3D giúp người thiết kế có thểđánh giá các đặc tính của mẫu thiết kế

Hình 2.10 Ứng dụng trong sản xuất giày dép

c Ứng dụng trong sản xuất đồ trang sức

Ngày nay, nhu cầu sử dụng đồ trang sức ngày càng tăng, các mẫu đồ trangsức ngày càng tinh xảo, đa dạng và phong phú Điều đó đòi hỏi người thiết kếphải nhanh chóng tạo ra những mẫu mới đáp ứng nhu cầu của khách hàng Màviệc chế tạo một mẫu với vật liệu thật là hết sức tốn kém và không kinh tế Côngnghệ tạo mẫu nhanh cho phép nhà sản xuất có hình ảnh trực quan nhất và nhanhnhất về mẫu thiết kế

Hình 2.11 Ứng dụng trong sản xuất đồ trang sức

d Ứng dụng tạo khuôn nhanh

Với sự phát triển của ngành ngành công nghệ vật liệu đã tạo ra nhiều loại vậtliệu mới Dựa trên cơ sở các loại vật liệu mới, cùng với sự phát triển của côngnghệ tạo mẫu nhanh, các nhà khoa học đã ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh

để tạo các khuôn đúc, đùn hoặc ép nhựa Các mẫu khuôn sau khi chế tạo bằngphương pháp tạo mẫu nhanh qua quá trình hậu xử lý có thể dùng ngay để chế tạochi tiết

Hình 2.12 Ứng dụng tạo khuôn ép nhựa

e Ứng dụng chế tạo nhanh

Ngoài ứng dụng tạo khuôn công nghệ tạo mẫu nhanh còn được ứng dụng tạosản phẩm dùng ngay từ vật liệu kim loại, chất dẻo, luyện kim bột Phương pháp nàykhông ứng dụng cho sản xuất hàng loạt, mà chủ yếu dùng để chế tạo các chi tiết thaythể hoặc dùng thử

Hình 2.13 Chế tạo sản phẩm dùng ngay

f Ứng dụng trong y học

Ứng dụng phương pháp tạo mẫu nhanh trong y học là một lĩnh vực mới.Nhiều ứng dụng đã trở nên rất quan trọng do sự hội tụ của ba công nghệ riêngbiệt đó là: hình ảnh nội soi, đồ họa điện toán, CAD và tạo mẫu nhanh Ví dụ cáccấu trúc của xương và các cơ quan Những hình ảnh này được xử lý bằng nhữngcông cụ phần mềm thích hợp Nó có thể chuyển kết quả cho quá trình tạo mẫunhanh và tạo ra vật thể vật lý, mô hình này được gọi là mô hình y học Từ các

mô hình này có thể chế tạo răng, xương thay thế cho bệnh nhân

Hình 2.14 Các mô hình y học

g Ứng dụng trong nghệ thuật và kiến trúc

Công nghệ tạo mẫu nhanh còn giúp tái dựng lại và thiết kế những tác phẩmnghệ thuật Trong kiến trúc công nghệ RP giúp mô tả hình ảnh thiết kế và giúpđẩy nhanh quá trình thiết kế

Hình 2.15 Ứng dụng trong nghệ thuật và kiến trúc

Kết luận chương 2:

Qua chương 2, có thể hiểu được vị trí vai trò và ứng dụng của công nghệthiết kế ngược và tạo mẫu nhanh Nắm được quy trình của công nghệ thiết kếngược và tạo mẫu nhanh qua đó áp dụng vào thực tế để vận hành và sử dụngcác máy quét 3D, máy tạo mẫu nhanh trong thực tế

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ QUÉT 3D VÀ CÔNG NGHỆ

TẠO MẪU NHANH 3.1 Giới thiệu về máy quét 3D Handy Exascan và phần mềm đi kèm

3.1.1 Máy quét 3D Handy Exascan

Máy quét 3D Handy Exascan là sản phẩm phổ biến dùng trong công nghệtái tạo của hãng Creaform có độ chính xác cao lên tới 40µm (bảng 3.1) So vớiphương pháp quét tiếp xúc dùng máy đo tọa độ CMM thì khi sử dụng Exascan có

ưu điểm:

- Tốc độ quét cao hơn

- Linh hoạt hơn vì thiết bị nhỏ, gọn nhẹ và có thể di chuyển tự do trongkhông gian khi quét

- Giám sát quá trình thu thập dữ liệu trên máy tính một cách trực quan nhờphần mềm điều khiển máy Vxelement kết nối Exascan với máy tính Tuy nhiên máy quét Exascan có nhược điểm là độ chính xác phụ thuộcvào khoảng cách quét, chế độ quét, điều kiện ánh sáng, kích thước mẫu quét,phụ thuộc vào bề mặt của đối tượng cần quét Khi sử dụng máy quét Exascangặp khó khăn khi chi tiết có nhiều lỗ, nhiều góc cạnh bị che khuất, hay nhữngchi tiết phản chiếu ánh sáng

Hình 3.1 Máy quét không tiếp xúc Exascan

Sự dịch chuyển tương đối giữa các trục 0 05 mm

Máy quét Exascan sử dụng 2 đèn chiếu laser và hoạt động dựa trênnguyên lí đo tam giác

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lí phương pháp đo tam giác Nguyên lí đo tam giác: Dựa vào quan hệ hình học giữa: nguồn laser – đối

tượng – camera tạo thành một tam giác Nguồn laser phát ra tia laser tới vật thể,tia laser phản xạ trở lại Tia phản xạ qua thấu kính hội tụ được cảm biến ảnhCCD (charge-coupled device) thu lại Căn cứ vào quan hệ hình học và sử dụng

công cụ toán học phần mềm lập trình kết nối thiết bị đo với máy tính sẽ tính toánđược khoảng cách vật, phạm vi đo của thiết bị và liên tục ghi lại tọa độ các điểmtrên vật cần đo

Máy sử dụng 3 Camera để bảo đảm mọi tia phản xạ từ bề mặt vật mẫuđều được 1 trong 3 Camera thu được ảnh (vì mỗi một Camera chỉ có khả năngquan sát được một vùng không gian nhất định và nếu tia phản xạ đi ra ngoàivùng đó thì sẽ không thu được ảnh hay không lấy được dữ liệu bề mặt) Ngoài ramáy bao gồm 8 đèn LED có tác dụng chiếu sáng khi đang quét vì nếu không đủánh sáng thì Camera không thu được ảnh

Trong quá trình quét người sử dụng giữ nút Start/Stop để thực hiện quátrình thu thập dữ liệu Mặt trên của máy có 2 nút bấm và các đèn hiển thị Mộtnút bấm cho phép thiết lập chế độ quét có độ phân giải cao (hình 3.3a) Một nútbấm giúp người sử dụng quan sát được vùng nào của bề mặt đối tượng đangđược tia laser chiếu tới (hình 3.3b)

Hình 3.3 Mặt trên của máy Exascan

Hệ thống công nghệ quét 3D Exascan bao gồm : máy Exascan, máy tính,calib máy, thẻ nhớ, card chuyển đổi, bộ đổi nguồn, cáp tín hiệu

Để thực hiện việc quét cần kết nối máy quét Exascan với máy tính đượcminh họa như hình 3.4

Hình 3.4 Kết nối Exascan với máy tính

 Hiệu chuẩn máy quét

Máy quét 3D Exascan là một dụng cụ đo lường có độ chính xác cao, hiệuchuẩn là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng và tính chính xác của kết quả.Cũng giống như đối với bất kỳ dụng cụ đo lường tiêu chuẩn, hiệu chuẩn đượcthực hiện bằng cách sử dụng một tham chiếu Khi máy được di chuyển từ vị trínày sang vị trí khác hay từ nơi này đến nơi khác, vì những thay đổi trong môitrường làm cho cảm biến bị ảnh hưởng dẫn đến hiệu chuẩn có thể bị ảnh hưởng.Những ảnh hưởng này chủ yếu là do biến đổi nhiệt độ hoặc áp lực và kết quả làmcho nó bị thay đổi so với các thông số ban đầu được thiết lập trong máy Các tấmkính trong máy quét được sử dụng để bù đắp các thay đổi này Phần mềm sẽ tối

ưu hóa hiệu chuẩn để các thông số có thể trở lại với các thiết lập ban đầu

Quy trình hiệu chuẩn bao gồm việc đưa máy quét vào các vị trí được đánhdấu bởi những hình màu xanh lá cây còn vị trí hiện tại của máy quét được thểhiện là hình màu xám

Khi hiệu chuẩn cần có 10 vị trí vuông góc với tấm hiệu chuẩn và 4 vị trícần thiết ở các vị trí khác nhau Tùy thuộc vào kết quả so sánh giữa hình màu

xanh và hình màu xám, vị trí hiệu chuẩn có thể được chấp nhận hoặc từ chối.Nếu được chấp nhận cả 14 vị trí thì cảm biến đã sẵn sàng để quét.

Hình 3.5 Quá trình hiệu chuẩn máy quét

3.1.2 Các phần mềm thu thập và xử lý dữ liệu quét

a Phần mềm Vxelement

Vxelement là phần mềm kèm theo máy có chức năng điều khiển máyquét, chuyển dữ liệu sang các định dạng DXF, WARE POINT, STL, MGF,SCII…Nó đọc dữ liệu ở các định dạng CDM, VDD, SCN, STL và hiệu chỉnh dữliệu quét, xuất ra file ảnh STL và một số đầu vào chuẩn cho các phần mềm xử lý

dữ liệu, như dữ liệu ở dạng Wireframe, Texture, Shading…

*Giao diện trong Vxelement

Khi mở Vxelement, người sử dụng sẽ nhìn thấy giao diện chính của phần mềm gồm:

2- Thanh công cụ 5- Vùng đồ họa

3- Cây dự án 6- Thanh trạng thái

Các bảng mở rộng: Được sử dụng để truyền đạt thông tin đến người

dùng về tình hình hiện tại của quá trình quét và đề xuất các chức năng tiên tiếncho người dùng Các bảng hiển thị phụ thuộc và chế độ lựa chọn trong cây dự

án

Vùng đồ họa: Hiển thị các kết quả của việc quét trong thời gian thực Tùy

thuộc vào các nút chọn trong cây dự án người dùng có thể hiển thị các tính năngđịnh vị, bề mặt hoặc các khía cạnh

Thanh trạng thái: Thanh trạng thái nằm ở dưới cùng của mành hình, hiển

thị các giá trị khác nhau liên quan đến trạng thái hiện tại của phần mềm Tìnhtrạng hiện tại của máy quét được hiển thị ở góc bên trái của thanh trạng thái, cóthể có 3 giá trị khác nhau:

- Sẵn sàng: máy quét đã sẵn sàng để bắt đầu quá trình quét

- Ghi dữ liệu (Record): máy quét đang trong trạng thái quét Bấm kích

hoạt để có được dữ liệu quét

- Dừng lại (stop): các phần mềm đang tính toán và không thể có được bất

kỳ dữ liệu nào

Khi máy quét ở chế độ ghi dữ liệu, số khung hình hiện hành được hiển thịcùng với các thông số cấu hình máy quét hiện thời Ở bên phải của thanh trạngthái có thể thấy tỷ lệ khung hình của việc quét lại Một tỷ lệ khung hình bìnhthường sẽ là khoảng 15 khung hình/ giây

Trong tất cả các chế độ, ở bên phải ngoài cùng của thanh trạng thái hiểnthị đồng hồ bộ nhớ, đồng hồ này thông báo cho người sử dụng số dung lượng bộnhớ hệ thống được sử dụng bởi Vxelement Khi giá trị này đạt tới 100%, mộthộp thoại sẽ thông báo cho người dùng biết Vxelement đã vượt quá số lượng bộnhớ có sẵn và sẽ phải giảm độ phân giải (bằng cách sử dụng bộ nhớ lớn hơnhoặc chế độ quét có độ phân giải thấp hơn)

Scan/ Remove Thêm đối tượng vào quá trình quét

File / New Session Thực hiện một file mới Trong bước nàycác

dữ liệu của cảm biến được xóa sạch

File/Open Session Mở một file có sẵn ( CSF)File / Save Session Lưu lại file

Scan/ Add Project Thêm đối tượng vào quá trình quét

Scan Chọn chế độ quét Các chế độ này được thay

đổi qua các nút bên cạnh nút Scan

Change Scan Trong việc quét bề mặt, các chức năng và

việc quét bề mặt sẽ thực hiện cùng lúc

Mode Trong chế độ dò bề mặt chỉ có thể được sử

dụng ở hệ thống có đầu dò tiếp xúc

Scan/ Record Scan Bắt đầu thu thập dữ liệu quét

Scan / Stop Scan Dừng lại quá trình quét

Scan/Reset Project Thiết lập lại quá trình quét Các thông số của

máy quét sẽ không được sử dụng ở file mới

*Lựa chọn chế độ

Các chế độ trong Vxelement có sẵn chủ yếu là chế độ mặt Tuy nhiên một

số công cụ cũng được sử dụng ở chế độ tham chiếu hoặc chế độ bề mặt Nhữngcông cụ này rất có ích để chỉnh sửa các bộ phận

Bảng 3.3 Các chế độ trong Vxelement Biểu

Edit / Move Object Thời gian vô hiệu hóa các công cụ để

di chuyển đối tượng

*Các chế độ đặc biệt

Tất cả các chức năng đều có sẵn, nó cho phép người dùng tương tác vớicác mô hình ở vị trí xác định

Bảng 3.4 Các chế độ đặc biệt trong Vxelement

Biểu

File/OpenFeatures Mở một mô hình đã được quét trước

đó

Edit/CopyPositioningFeatures

Sao chép mô hình hiện tại để quét mới trong cùng một file

File/Save PositioningFeatures

Lưu mô hình hiện tại dưới dạng TXThoặc OBC

Edit/Photogrammetry Mở các tùy chọn có sẵn khi quét các bề

mặt lớn

 Thiết lập các tính năng

Trước khi quét chi tiết thiết lập chế độ cho quá trình quét:

Hình 3.7 Thiết lập chế độ quét Positioning Featues: Chức năng này cho phép người sử dụng tương tác

với tất cả các vị trí của mô hình Khi mở rộng, chế độ này có chứa tất cả các vịtrí, các tính năng của mô hình Mỗi mục tiêu có thể được chọn, kích hoạt, khôngkích hoạt hoặc có thể xoá

Entities: Exascan tự định vị, vị trí của nó trong không gian, để làm như

thế, nó phải xác định một gốc toạ độ cho mỗi lần quét Nó có chức năng xác

30định gốc toạ độ cũng như phương pháp quét Có thể dùng chức năng này để sửachữa, thiết lập toạ độ của hệ thống

Surface: Khi kích hoạt chế độ này, có thể thay đổi cũng như chỉnh sửa

khung lập phương ảo sao cho phù hợp với khối lượng cũng như diện tích củavật thể cần quét, chúng chứa các thông tin về bề mặt, thay đổi bảng điều khiển,khung nhìn của vật quét

Facets: Chức năng này cho biết những thông tin như: số lượng tam giác,

các đỉnh tam giác trong quá trình quét Điều này cho sự lựa chọn, có thể xoá, dichuyển hay chắp vá lưới cũng như các đỉnh tam giác

Recycle Bin: Đây là thùng rác chứa dữ liệu đã xoá Chúng có hai chức

năng: khôi phục lại dữ liệu quét và xoá vĩnh viễn hoàn toàn dữ liệu quét

b Phần mềm Geomagic Studio

*Giới thiệu chung

Geomagic Studio là phần mềm trợ giúp xây dựng mô hình số từ dữ liệuquét 3D các bề mặt của vật thật Với Geomagic Studio, có thể số hoá các bề mặtcong ba chiều phức tạp nhanh và dễ dàng Từ dữ liệu quét 3D các bề mặt này, cóthể tạo mô hình số chính xác như vật thật ứng dụng trong thiết kế sản phẩm theomẫu, tạo mẫu nhanh và số hoá dữ liệu Geomagic Studio có thể bắt đầu từ môhình thật thay vì bắt đầu từ nhập kích thước và hình dáng Geomagic Studio giúprút ngắn quy trình thiết kế, chuẩn bị mô hình phân tích, mô hình CAD và cácứng dụng khác

Khi sử dụng các công cụ CAD truyền thống sẽ mất rất nhiều thời gian vàcông sức để có thể tạo các bề mặt phức tạp Nhưng với Geomagic Studio, bắt đầu

từ việc quét ba chiều bề mặt vật thật, phần mềm sẽ tự động tạo ra bề mặt Ngoài

ra các công cụ hiệu chỉnh nâng cao cho phép xử lý mô hình số hoá tốt hơn

Geomagic Studio còn một số các ưu điểm nổi bật khác như: phần mềmnày có giao diện đẹp, thân thiện, khả năng thiết kế nhanh hơn các phần mềmkhác rất nhiều nhờ vào sự xắp xếp và bố trí các Toolbar một cách có hệ thống vàhợp lý Trong Geomagic Studio, đối tượng luôn là một trong các loại sau:

- Dạng điểm: là trạng thái của đối tượng khi nó được tập hợp bởi các điểm

đã được quét

- Dạng lưới tam giác: là trạng thái của đối tượng khi được thể hiện xấp xỉbởi các tam giác giữa 3 điểm dữ liệu bất kỳ

- Dạng mặt (như là Exact Surface Phase hoặc Parametric Surfaces Phase):

là trạng thái của đối tượng khi biểu diễn bằng các bề mặt sử dụng các lướitam giác

- Dạng CAD : là trạng thái của đối tượng khi được biểu diễn bởi các địnhdạng CAD thông dụng

*Các bước thực hiện trong Geomagic

Các bước thực hiện:

Bước 1: Khởi động phần mềm Geomagic Studio, mở file dữ liệu đám mâyđiểm được lấy từ máy quét, sử dụng phần mềm Geomagic Studio để xử lý Bước 2: Trong phầm mềm Geomagic sử dụng các công cụ để xử lý cácđám mây điểm cho nó gọn và đẹp hơn

Bước 3: Xử lý các lưới tam giác Bước này sử dụng các lệnh để tạo ra bềmặt trơn, xử lý các chỗ lồi lõm không như ý muốn, lấp đầy các lỗ thủng

để tạo được bề mặt như mong muốn

Geomagic Studio có 3 chế độ làm việc là Point Phase (dạng điểm), PolygonPhase (lưới tam giác) và Shape Phase (dạng mặt) Mỗi một chế độ có những công

cụ thích hợp để xử lí số liệu tạo mô hình CAD tham số hoặc xuất file STL cho tạomẫu nhanh

*Một số lệnh cơ bản

 Chế độ Point Phase

Hình 3.8 Giao diện của Geomagic Studio2012 trong chế độ Point Phase

32Các lệnh sử dụng:

- Lệnh Curvature: Cho phép giảm số lượng điểm nhưng vẫn giữ lại cácđiểm ở các khu vực cong

- Lệnh Crop: Loại bỏ bớt các điểm không mong muốn, dữ lại các điểm có

dữ liệu tốt nhất Thực hiện bằng cách chọn các điểm dữ muốn giữ lại rồichọn biểu tượng “crop” các điểm không được lựa chọn sẽ mất đi

- Lệnh Delete: Xóa bỏ các đối tượng được lựa chọn

- Lệnh Reduce Noise: Giảm nhiễu, loại bỏ nhiễu

- Lệnh Shade Point: Kích hoạt hiệu ứng ánh sáng và màu sắc trên một đámmây điểm

- Lệnh Add Point: Chèn thêm điểm vào đối tượng

- Lệnh Offset Point: Dịch chuyển điểm

- Lệnh Grid: Giảm số lượng điểm bất kỳ kể cả đường cong, xác định bằngcách nhập thông số hoặc xác định khoảng cách giữa 2 điểm

- Lệnh Random: Loại bỏ các điểm 1 cách ngẫu nhiên theo tỷ lệ 0-100%

- Lệnh Wrap: Chia bề mặt lưới thành các đa giác

Hình 3.9 Lệnh Wrap

Các tùy chọn:

- Noise Reducion: Giảm nhiễu theo các mức

- Keep Original Data: Quy định dữ nguyên dữ liệu ban đầu hoặc là không

- Delete Small Components: Xóa bỏ các thành phần

- Point Spacing: Nối đa giác cho các điểm

- Max Triangles: Quy định số đa giác tối đa

Auto-Hình 3.11 Hộp thoại Mesh doctor

Các lỗi được hiển thị trong Analysis:

- Non-Manifold Edges: Hình tam giác tồn tại trên cạnh, không kết nối với 2bên của nó

- Self-Intersections: Các hình tam giác không được liên kết với các tamgiác bên cạnh

- Highly-Creased Edges: Các hình tam giác phụ hợp với nhau ở góc độ sắc nét

- Spikes: Các điểm gai

- Small Components: Hình tam giác đại diện cho nhiễu

- Small Holes: Lỗ quá nhỏ để có thể lấp đầy trong quá trình tạo lưới

- Hộp thoại Decimate: Công cụ dùng để lược bỏ, giảm bớt số lượng đa giác

mà không làm ảnh hưởng đến bề mặt, màu sắc chi tiết

Các tùy chọn:

- Triangle Count: Giảm theo số lượng tam giác

Hình 3.12 Hộp thoại Decmate

- Tolerance: Giảm theo dung sai

- Target Triangle Count: Quy định số lượng tam giác còn lại sau khi giảm

- Hộp Reduce to Percentage: Quy định số lượng số tam giác giảm theo tỷ lệphần trăm nếu để mặc định 100% tức không thực hiện Decimate

- Hộp thoại Fill Holes: Phát hiện các lỗ trống và điền (vá) các lỗ trống đótrên bề mặt đối tượng

Hình 3.13 Hộp thoại Fill hole

Các tùy chọn:

- Lệnh Fill All (Điền nhiều lỗ)

Deselect Largest: Bỏ qua lỗ có chu vi lớn nhất xác định được

Ignore Complex Holes: Lựa chọn để không điền vào những chỗ sẽ tạothành lỗ phức tạp

Maximum Circumference: Quy định chu vi tối đa mà lỗ được điền,nếu lỗnào có chu vi cao hơn quy định sẽ không được điền

- Lệnh Fill Single (Điền 1 lỗ): Trong Fill Single có 3 lựa chọn về cách thứcđiền lỗ.

Complete: Thực hiện điền trên toàn bộ lỗ

Patial: Thực hiện điền trên 1 phần của lỗ

Bridge: Thực hiện điền theo dạng “cây cầu”

- Lệnh Reduce Noise: Công cụ dùng để giảm nhiễu giúp cho bề mặt đốitượng trở nên bằng phẳng hơn(giống trong chế độ point)

- Lệnh Quisk Smooth: Làm mịn 1 khối đa giác

- Lệnh Trim: Công cụ này dùng để cắt bỏ các phần của đối tượng cắt theođường thẳng hoặc mặt phẳng

- Lệnh Defetature: Loại bỏ các đa giác nhấp nhô trên vùng đối tượngđược lựa chọn

- Lệnh Sculpt: Đắp thêm hoặc loại vật liệu (các đa giác) cho đối tượng

- Lệnh Remove Spikes: Phát hiện và loải bỏ điểm gai trên bề mặt đối tượng

 Chế độ Shape Phase

Shape Phase có hai chế độ làm việc là Auto Surface và ParametricSurface Auto Surface cung cấp các công cụ để chính xác bề mặt đối tượng cònParametric Surface cung cấp các công cụ để chỉnh sửa các tham số bề mặt đốitượng Do vậy Auto Surface thường dùng để xử lí các chi tiết có bề mặt đơngiản còn Parametric Surface dùng để xử lí các chi tiết có bề mặt phức tạp

Hình 3.14 Giao diện của Geomagic Studio2012 trong chế độ Auto Surface

36Một số lệnh cơ bản trong chế độ Auto Surface:

- Auto Surface: Tự động chia thiết lập cấu trúc bề mặt, tự động chỉnh cấu trúc lưới

- Detect Contours: Phân vùng và thao tác với các đường ranh giới giữa các khu vực được phân vùng

Hình 3.15 Hộp thoại Detect Contours

Các tùy chọn:

- Curvature Sensitivity: Độ nhậy cong đường biên

- Separator Sensitivity: Độ nhậy phân vùng

- Minimum Area: Diện tích phân vùng

- Compute Regions : Phân vùng tự động

- RemoveIslans: Loại bỏ các đa giác gồ ghề trên bề mặt các khu vực phân vùng

- Remove Small Regions: Loại bỏ các đa giác được chọn

- View Selech Only: Lựa chọn khu vực, các khu vực không được chon sẽ không xuất hiện

- View all: Phục hồi trạng thái sau View Selech Only

- Fill regions: Tách khu vực lớn thành khu vực nhỏ hơn

Sau khi phân vùng chuyển sang nhóm các lệnh chỉnh sửa:

Draw: Vẽ thêm đường biên dạng

Extract: Chỉnh sửa đường biên dạng

Construct Patches: Chia lưới

Construct Grids: Sửa cấu trúc lưới

FitSurfaces: Chuyển đổi sang dạng bề mặt ( file IGS, file STL)

b Phần mềm RapidformXO Redesign

 Giới thiệu về phần mềm Rapidform XO Redesign

RapidfromXO Redesign là một trong các phần mềm được dùng nhiềutrong công nghệ thiết kế ngược, tạo mô hình tham số từ dữ liệu quét, scan rấthiệu quả, cho phép người thiết kế đưa ra các ghi chú thiết kế và các tham số thiết

kế của các chi tiết của thế giới thực, chúng có thể bị mất các dữ liệu trong quátrình xử lý hoặc không có mô hình CAD Các đặc điểm chính của RapidformXORedesign là:

- Tạo mô hình CAD tham số từ dữ liệu đám mây điểm

RapidformXO Redesign cho phép người thiết kế đưa ra các ghi chú thiết

kế và các tham số thiết kế của các chi tiết, chúng có thể bị mất các định nghĩa bềmặt trong quá trình xử lý sản xuất hoặc không có mô hình CAD Công nghệquét 3D và RapidformXO Redesign cho phép các nhà sản xuất có được cáctham số thiết kế của hầu hết các chi tiết một cách dễ dàng và nhanh chóng, bao

38gồm các bề mặt trụ hoặc các mặt cong tự do Vì các mô hình CAD đã tạo trongRapidformXO Redesign có đầy đủ các tham số, người thiết kế có thể hiệu chỉnhlại các tham số thiết kế của chi tiết để hoàn chỉnh mô hình sản phẩm bằngRapidformXO Redesign hoặc hệ CAD sau đó

- RapidformXO Redesign có các công cụ thông minh để có được các tham

số thiết kế dữ liệu quét 3D- Redesign Assistant TM

- RapidformXO Redesign cho phép thiết kế với các dung sai độ lệch dongười sử dụng định nghĩa- Accuracy Analyzer

- Nhận dạng thông minh và căn chỉnh dữ liệu quét 3D sang hệ thống tọa độthiết kế Align Winzad TM

- Giảm thời gian thiết kế bằng cách sử dụng dữ liệu quét 3D làm cơ sử thiết kế

- RapidformXO Redesign cho phép sử dụng các dữ liệu đầu ra với đầy đủlịch sử mô hình hóa trong hệ CAD, CAM,CAE…

- Quản lý lịch sử mô hình hóa và các tham số của mô hình

- Các chức năng mô hình hóa lại mô hình dạng Mesh (lưới), dạng FeeformSurface (mặt cong tự do) và dạng Parametric solid (dạng khối tham số)

- Khả năng mô hình hóa dạng khối rắn và dạng bề mặt tiêu chuẩn nhưExtrude, Round, Revolve, Sweep và Loft

 Các lợi thế của RapidformXO Redesign

Các công cụ thiết kế được sử dụng để tạo các mô hình trong phần mềmRapidformXO Redesign cũng tương tự trong các ứng dụng CAD khác Ngườithiết kế đang làm việc với Solidworks, Catia… có thể bắt đầu mô hình hóa ngaytrong RapidformXO Redesign Các feature phục vụ để làm việc trong phần mềmRapidformXO Redesign và công nghệ quét 3D sẵn dùng cho thiết kế, cho phépngười thiết kế sử dụng dữ liệu quét 3D để làm cơ sở thiết kế, làm tăng chấtlượng mô hình CAD sản phẩm

- Quy trình thiết kế thông minh không cần quét toàn bộ chi tiết

- Phần mềm RapidformXO Redesign tạo các mô hình CAD chất lượng cao

từ các dữ liệu quét không hoàn chỉnh

- Phần mềm RapidformXO Redesign cho phép tiết kiệm thời gian xử lýbằng cách xóa bỏ các lưới đa giác và các bề mặt nhiễu

- Các mô hình có khả năng chỉnh sửa trong cả RapidformXO Redesign vàcác hệ CAD khác

- RapidformXO Redesign là một giải pháp phần mềm mới hoàn chỉnh, nócung cấp cách tiếp cận mới, các xử lý nhóm, để xây dựng mô hình CADtham số từ dữ liệu quét RapidformXO Redesign tạo các mô hình chấtlượng cao một cách tiện lợi cho các ứng dụng tạo mẫu nhanh, gia côngCNC, CAE và xuất sang các ứng dụng CAD khác để hiệu chỉnh

- Phần mềm RapidformXO Redesign cho phép thiết kế khép kín từ đầu đếncuối (từ dữ liệu lưới sang mô hình CAD)

- Hỗ trợ cho mọi quy trình thiết kế ngược, đưa ra ghi chú thiết kế (việc lấy

ra các tham số thiết kế) hoặc tạo ra bản sao chính xác

- Tối ưu hóa tức thì dữ liệu lưới cho các hướng sử dụng RP, CAM, CAE

- Khả năng mô hình hóa với độ chính xác cao nhưng vẫn sử dụng cácfeature mô hình hóa khối và bề mặt quen thuộc

- Khả năng tinh chỉnh dữ liệu lưới để tạo các lưới chất lượng cao

- Tự động chia lại lưới cho việc tạo ra các mô hình chức năng CAE, từ quétsang CAE

*Các chế độ làm việc của RapidformXO Redesign

RapidformXO Redesign có 6 chế độ làm việc được miêu tả trong bảngdưới đây:

Bảng 3 4 Các chế độ làm việc của RapidformXO Redesign

Mesh Trong chế độ Mesh, có thể điền đầy các phần

không hoàn chỉnh của dữ liệu dạng lưới bằng công

cụ Heal Winzard, Fix normal, Fill holes, làm mịn

bề mặt với công cụ Smooth, làm trơn toàn bộ dữ

40liệu Enhance, tối ưu hóa dữ liệu lưới OptimizeMesh và các công cụ khác Cũng có thể hiệu chỉnhcác biên dạng, tái tạo các lưới tam giác XOR cóthêm nhiều chức năng để tạo ra các dữ liệu hoànchỉnh Hay cho phép tinh chỉnh lại bề mặt lưới, tối

ưu hóa lưới trước khi xử lý thành dạng khối hay

Chế độ Region Group cung cấp các công để xử lý

dữ liệu như thêm, chèn, phân chia khu vực vàđược thể hiện bẳng biểu đồ màu sắc

Mesh

Sketch

Trong chế độ Mesh Sketch (lưới phác thảo) có thểlấy ra thông tin các bộ phận và tạo ra phác thảo từcác đoạn của dữ liệu lưới Các phác thảo đó đượcdùng để tạo ra các khối đặc hoặc các bề mặt củachi tiết

Khi sử dụng chế độ Mesh Sketch cho phép ngườidùng trích xuất các đường polyline, đường mặt cắt

từ lưới dữ liệu và tạo các đối tượng hình học 2Dnhư đường thẳng, hình chữ nhật, hình tròn Nhưvậy dựa trên đường mặt cắt được tạo ra có thểtrích xuất ý định thiết kế và thiết kế lại

Sketch Chế độ Sketch (bản phác thảo): trong chế độ

Sketch, ta có thể vẽ đường thẳng, cung tròn, đườngcong… mà không cần dữ liệu mới Có thể dùngSketch như là modun CAD của các phần mềm