Материализация визуализации
Основой проектной деятельности является программное обеспечение. Инструментами для проектирования служат программы, выполняющие различную функцию. Создание информационной модели автомобиля DUBINA EVO начиналось с эскизного проекта. Эскиз был создан в бесплатном растровом графическом редакторе Krita. Это программное обеспечение с открытым кодом, входящее в состав KDE. Krita разрабатывается преимущественно для художников и фотографов, распространяется на условиях GNU GPL. Программа поддерживает неразрушающее редактирование слоев и масок, работу в различных цветовых пространствах и с различными цветовыми моделями – RGB, CMYK, LAB, в режиме от 8 до 32 бит с плавающей точкой на канал. Кроме того, реализованы популярные фильтры (такие как нерезкое маскирование), корректирующие слои, маски и динамические фильтры, а также серия инструментов для ретуши. Однако основным приоритетом разработчики ставят реализацию возможностей для художников. В эскизном проекте представлялась концепция автомобиля, его габаритные размеры, конструктивные особенности. После определения основных размеров и конструктивных особенностей создавались чертежи будущего автомобиля.
Интерфейс программы Krita.
Чертежи выполнялись в программе LibreCAD. LibreCAD (ранее CADuntu) – кроссплатформенная, открытая и свободная САПР для 2-мерного черчения и проектирования, создана на основе QCad. LibreCAD позволяет решать задачи двухмерного проектирования, такие как подготовка инженерных и строительных чертежей, схем и планов. Работает под управлением операционных систем Linux, Windows и Mac OS X. Распространяется под лицензией GNU General Public License версии 2. Исходный код написан на языке программирования C++ с использованием библиотек Qt. Далее по чертежам строилась трехмерная модель. Для трехмерного моделирования оптимальна программа Blender. Blender – это комплексная программа, сочетающая в себе все актуальные возможности 3D моделирования. Программа не требовательна к характеристикам компьютера, в ней можно провести дизайнерское проектирование, организовать сборочную конструкцию и подготовить модель для печати на 3D принтере. Использование всех основных видов моделирования: свободные формы и скульптинг, работа с твердыми телами (в том числе и прямым редактированием), возможность задания параметрических размеров, а также поддержка форматов obj и stl в качестве импортируемой геометрии. Все элементы, которые смоделированы, могут использоваться в качестве дальнейших шаблонов для работы. Программное обеспечение поддерживает различные форматы файлов 3D для импорта и экспорта, в том числе Alembic, 3D Studio (3DS), Filmbox (FBX), Autodesk (DXF), SVG, STL (для3D-печати), UDIM, USD, VRML, WebM
Интерфейс программы LibreCAD.
Трехмерные модели деталей автомобиля собирались в сборочные единицы и соединялись в основные части автомобиля. Кузов автомобиля строился в режиме скульптинг. Построение было начато с создания одного полигона, который был разбит на 4 равных полигона. Прибавляя один полигон за другим придавалась форма кузова. В местах, требующих большее количество полигонов, полигоны были поделены на необходимое количество. Построив и отредактировав продольную половину корпуса, был применен модификатор симметрия. Модификатор создает симметричную копию детали. Получившееся деталь меняет свою форму при изменении формы оригинальной детали. Соединив две симметричные части кузова, получился кузов при изменении, формы которого с одной стороны меняется форма другой стороны. Для придания корпусу ровных гладких линий применялись трехмерные лекала. Для построения ровной окружности колесных арок использовался цилиндр. Прикладывая цилиндр к колесной арке как шаблон, выравнивались линии полигонов. Для построения прямых линий на дверях и пороге корпуса использовались прямоугольные плоскости. Трехмерные лекала позволяют проверить прямолинейность линий полигонов со всех сторон. Еще для визуального определения гладкости формы корпуса используются материалы, имеющие глянцевую поверхность. На визуальное определение гладкости поверхности влияют не только тип материала, но также и цвет.
Интерфейс программы Blender.
Детали механизмов, шестеренки редукторов делались в программе FreeCAD. FreeCAD – параметрическая САПР общего назначения с открытыми исходными кодами (на базе лицензии LGPLv2+). Основой геометрического моделирования твёрдых тел в FreeCAD является принцип граничного представления, в то же время имеется поддержка полигональных сеток. Геометрическим ядром FreeCAD является OpenCASCADE. Кроме задач машиностроения, FreeCAD может использоваться для таких задач, как архитектурное проектирование, или инженерный анализ методом конечных элементов. Freecad поддерживает более 30 форматов файлов для импортирования.
Для изготовления деталей автомобиля применялась 3Д печать. Технология 3Д печати универсальна. Размер детали для 3D печати ограничен только размером принтера. 3D принтер – это периферийное устройство, использующее метод послойного создания трехмерного объекта по цифровой 3D модели. Для 3D печати не требуется дополнительная оснастка. Все типы деталей изготавливаются на одном принтере. Для того чтобы напечатать деталь на ЗД принтере необходимо сначала исходный формат ЗD модели конвертировать в G-код. G-код – условное именование языка программирования устройств с числовым программным управлением (ЧПУ). Был создан компанией Electronic Industries Alliance в начале 1960-х. Для конвертирования STL формата в формат G-code применяется программа Slic3r.
Интерфейс программы FreeCAD.
В этой программе можно установить скорость печати, коэффициент заполнения и многое другое. После конвертации файл с G-кодом загружается в ЗД принтер. Из-за послойного формообразования можно изготавливать детали любой сложности. Для 3D печати используются различные материалы. Наиболее распространённые PLA, ABS, PVA пластики, нейлон, резина, металлический порошок. Самый производительный процесс ЗД печати – это процесс стереолитографии. В процессе стереолитографии слой материала образуется на всей площади поверхности одновременно. Яркие лучи света, передаваемые от проектора, попадают на прозрачное стекло. Стекло находится на дне ванны с жидким светоотверждающим материалом. Проектор под стеклом передает изображение поперечного сечения каждой части детали. Таким образом материал на стекле отвердевает и вытягивается слой за слоем из ванной вверх.
Управление автомобилем производится по программе написанной в интегрированной среде разработки Arduino IDE. Это кросс-платформенная приложение (для Windows, MacOS, Linux), разработанное на C и C ++. Оно используется для написания и загрузки программ на Arduino-совместимые платы, а также на платы других производителей. Исходный код для среды IDE выпущен под общедоступной лицензией GNU версии 2. Arduino IDE поддерживает языки C и C ++ с использованием специальных правил структурирования кода. Arduino IDE предоставляет библиотеку программного обеспечения из проекта Wiring, которая предоставляет множество общих процедур ввода и вывода. Для написанного пользователем кода требуются только две базовые функции для запуска эскиза и основного цикла программы, которые скомпилированы и связаны с заглушкой программы main () в исполняемую циклическую исполнительную программу с цепочкой инструментов GNU, также включённой в дистрибутив IDE.
3D принтер Sparkmaker и напечатанные детали.