Второй проект в DesignSpark Mechanical: тело вращения с внешними ребрами.
Что это будет?

В статье рассмотрены манипуляции с ребрами геометрии, выполненными инструментом Pull; создано тело вращения с углублением сложной формы и внешними периодическими ребрами на примере поворотной ручки потенциометра; подробно рассмотрена подготовка модели к 3D-печати и экспорту в формат STL. Изложенная методика применима и для создания других тел вращения, например шестеренки редуктора, используемого в приводе робота.

Введение

В этой статье мы продолжим знакомство с бесплатным пакетом инженерного 3D-моделирования DesignSpark Mechanical. К его особенностям следует отнести интуитивный интерфейс, широкие для бесплатного пакета возможности и встроенный доступ к обширной библиотеке моделей компонентов, которые легко импортировать в свой дизайн. DesignSpark Mechanical эффективно используется в связке с бесплатным пакетом для создания печатных плат DesignSpark PCB, а также обеспечивает подготовку и экспорт созданных в нем моделей для 3D-печати. Это делает DesignSpark Mechanical очень удобным инструментом для быстрого прототипирования электронных устройств.

DesignSpark Mechanical можно установить, скачав дистрибутив со страницы продукта на сайте www.designspark.com. Процедура несложная и происходит в соответствии с указаниями мастера установки. Для запуска программы потребуется активировать вашу копию, создав аккаунт на этом сайте.

Дальнейший материал организован следующим образом:

1. В первой части мы рассмотрим возможности работы с ребрами геометрии, предоставляемые инструментом Pull, применительно к простейшему объекту.
2. Во второй части, используя полученные навыки и новые приемы моделирования, мы создадим модель пластиковой поворотной ручки для потенциометра, загруженного из библиотеки компонентов RS.
3. В третьей части мы рассмотрим вопросы подготовки модели к печати и ее экспорта в формат STL.

На иллюстрациях к статье используются следующие условные обозначения:

,  — щелчок мышки и щелчок мышки с указанием номера действия;

 — зона, требующая внимания читателя или приведения выделенных установок в указанный вид.

И некоторые другие графические символы, смысл которых понятен из контекста.

Подробное знакомство с инструментом Pull (вытягивание) САПР DesignSpark Mechanical

В прошлой статье [4] мы модифицировали объект, загруженный из библиотеки компонентов RS Components. Теперь мы создадим свой собственный объект «с нуля» и подробнее рассмотрим возможности основных инструментов моделирования.

Одним из основных средств создания и модификации трехмерных объектов в пакете DesignSpark Mechanical является инструмент Pull. Он может применяться к ребрам, поверхностям и твердым телам. Перед тем как начать моделирование основного объекта нашей статьи, рассмотрим возможности инструмента Pull для работы с ребрами объекта на примере простого объекта — шайбы.

Создадим новый файл дизайна с помощью команды File > New > Design. В плоскости XY нарисуем круг радиусом 10 мм, используя инструмент Circle группы Sketch. С помощью инструмента Pull с установками по умолчанию вытянем из этого круга шайбу, задав в поле ввода высоты значение 5 мм (рис. 1).

Рис. 1. Создание шайбы инструментом Pull в программе DesignSpark Mechanical

В левой нижней части окна на вкладке настроек инструмента Pull (Options-Pull) можно изменить способы воздействия инструмента на модель (рис. 2).

Рис. 2. Окно настроек инструмента Pull

Верхний ряд позволяет в явном виде обозначить, намереваемся ли мы добавить материал к объекту (+Add), вырезать материал из объекта (–Cut) или создать новое тело, игнорируя пересечение его геометрии с существующими телами (No merge). По умолчанию инструмент Pull пытается предугадать намерение пользователя. Например, если создать круг меньшего диаметра на поверхности шайбы и потянуть его внутрь шайбы, в шайбе возникнет углубление, переходящее в отверстие при протягивании его насквозь шайбы, а если потянуть контур во внешнюю сторону, материал будет добавляться, создавая цилиндрический выступ на поверхности шайбы. Явно указать намерение добавить материал может потребоваться, например, в случае создания оси, которая должна начинаться с одной стороны объекта и оканчиваться с другой, не формируя в нем отверстия.

Опции второго ряда настроек мы рассмотрим подробнее в следующих статьях цикла. Опция Thicken Surface (утолщать поверхность) позволяет указать, должно создаваться твердое тело при вытягивании поверхности или же поверхность должна просто сдвигаться в направлении вытягивания. Опция Maintain Offset (сохранять смещение) неактивна в большинстве случаев и предназначена для сохранения отношения смещения в процессе выполнения операции. Опция Pull Both Sides позволяет вытягивать контур симметрично в обе стороны. Опции Measure (измерение) и Ruler (линейка) позволяют управлять вытягиванием с помощью измерений.

Рассмотрим третий ряд настроек инструмента Pull, предназначенный для переключения режимов его работы с ребрами. Этот ряд предоставляет выбор одного из пяти режимов работы: Round (скругление), Chamfer (создание фаски), Extrude Edge (вытягивание ребра), Copy Edge (копирование ребра), Pivot Edge (перемещение ребра).

Выделим верхнее ребро шайбы щелчком мыши, при выборе ребро должно подсветиться желтым цветом (рис. 3). По умолчанию при выделении ребра активна опция Round — создание скругления. Потянув за ребро внутрь шайбы, мы создаем скругление, радиус которого можно задать в окошке ввода. Зададим радиус скругления 2 мм (рис. 3a). Также в этом режиме можно модифицировать уже созданное скругление, просто выделив скругленные поверхности объекта и потянув в направлении желаемого изменения радиуса.

Рис. 3. Использование инструмента Pull в различных режимах

Отменим операцию скругления. Это можно сделать с помощью стандартного сочетания клавиш Ctrl+Z, либо воспользовавшись поддержкой жестов мыши, присутствующей в пакете DesignSpark Mechanical: для отмены действия достаточно зажать правую кнопку мыши и нарисовать ею короткую линию влево. При отпускании кнопки мыши последнее действие будет отменено. Аналогично, для повторения действия нужно провести мышью с зажатой правой кнопкой вправо.

Изменим режим работы инструмента Pull на Chamfer. В этом режиме можно выполнить и модифицировать на выбранных ребрах фаску, потянув за выделенное ребро (рис. 3б). Режим Extrude Edge позволяет создать поверхность по пути вытягивания ребра. Отменим действие Chamfer, переключимся в режим Extrude Edge и потянем за ребро в направлении одной из желтых стрелочек. Это приведет к созданию поверхности, ограниченной исходным ребром и скопированным расширенным ребром (рис. 3в).

Если мы хотим сделать на поверхности шайбы суженную версию ее контура, например, для последующего формирования цилиндрического выступа, то вместо инструмента Extrude Edge нам потребуется опция Copy Edge, которая не создает лишней поверхности, а лишь копирует ребро. Отменим результат операции Extrude Edge и переключимся в режим Copy Edge. Выделим верхнее ребро и потянем его в направлении центра шайбы (рис. 3г). На верхней грани шайбы появится круг. Теперь с помощью инструмента Pull с настройками по умолчанию из него можно вытянуть цилиндр, начинающийся на верхней грани шайбы.

Последняя опция Pivot Edge инструмента Pull позволяет сдвигать ребра объекта без копирования с соответствующим этому сдвигу изменением геометрии объекта. Отменим результат действия предыдущей операции и сдвинем выделенное ребро в режиме Pull к центру шайбы. Цилиндрический объект шайбы превратится в усеченный конус (рис. 3д).

Таким образом, в зависимости от настроек, применение одного и того же инструмента в пакете DesignSpark Mechanical может привести к совершенно разным результатам. Основные настройки инструмента, которые понадобятся при выполнении операции, могут быть изменены не только в окне настроек инструмента, но и во всплывающем над курсором при выделении объектов окне, дублирующем настройки.

Часто при работе с ребрами нужно применить инструмент сразу к нескольким ребрам, образующим замкнутый контур в плоскости. Выделить все ребра контура можно с помощью двойного щелчка мышью по любому ребру контура. Если ребро участвует в нескольких различных планарных контурах, третий и последующие щелчки мыши по ребру последовательно переключают выделение этих контуров. Воздействие инструмента на модель также может быть изменено с помощью кнопок вспомогательных инструментов, расположенных вдоль левого края области моделирования. Некоторые из них мы рассмотрим в процессе моделирования основного объекта. Создадим новый файл для моделирования основного объекта статьи — поворотной ручки для потенциометра.

Создание тела вращения с ребрами (ручки потенциометра) средствами САПР DesignSpark Mechanical

Допустим, мы хотим использовать в электронном устройстве один из потенциометров, трехмерные модели которых доступны в каталоге RS Components. Предположим, что для получения выгодного внешнего вида прототипа нам понадобится создать особую поворотную ручку для потенциометра, максимально соответствующую внешнему виду прибора. Для более точного и быстрого моделирования загрузим модель потенциометра из каталога, например потенциометр Alps Audio dual pot. 100K horizontal 15mm (RK09L1220A1B). Сделать это можно, открыв каталог с помощью кнопки Download 3D Models группы Insert (рис. 4), выбрав соответствующий компонент (RS Components > Passive Components > Variable Resistors > Potentiometers > Audio dual pot. 100K horizontal 15mm) в дереве компонентов и нажав кнопку Insert in my Design now.

Рис. 4. Загрузка модели потенциометра из каталога RS Components

Если модель используемого в изделии компонента отсутствует в каталоге, для моделирования достаточно знать существенные размеры — диаметр и длину оси потенциометра, параметры среза оси.

Настройка программы для работы с загруженной моделью потенциометра

После загрузки компонента его модель появится в окне моделирования. Для удобства дальнейшей работы развернем модель потенциометра и перенесем ее так, чтобы ось вращения потенциометра совпадала с осью Z глобальной системы отсчета окна моделирования. Для этого сначала развернем модель на 180° вокруг оси X. Для этого выберем инструмент Move группы Edit (рис. 5), выделим в окне Structure (структуры) корневой элемент сборки Audio dual pot. 100K, потянем за красную стрелку-дугу, отвечающую за вращение относительно оси X, и введем в поле ввода угла поворота точное значение 180°.

Рис. 5. Поворот модели потенциометра

После этого переключимся в режим вида сверху (рис. 6). Сделать это быстро можно, просто щелкнув на оси Z кубика в левой нижней части окна моделирования, либо стандартным способом — воспользовавшись кнопкой выбора вида на модель группы Orient.

Рис. 6. Варианты переключения стандартных видов камеры в программе DesignSpark Mechanical

Теперь для совмещения оси потенциометра с осью Z нам требуется сдвинуть модель потенциометра по оси Y. Воспользуемся возможностью инструмента Move передвигать модель вдоль выбранной оси до заданного предела (рис. 7). Снова выделим сборку потенциометра. Перенесем центр модели, используемый для ее перемещений и его вращений, на ось вращения потенциометра. Для этого активируем вспомогательный инструмент Anchor, кнопка которого расположена в левой части окна моделирования, и укажем новое положение центра. Указать центр окружности можно, выбрав любую дугу этой окружности, а потому для помещения центра на ось потенциометра достаточно щелкнуть мышкой по любому дуговому ребру оси. Центр перемещения модели сдвинулся. Теперь передвинем модель вдоль оси Y до совмещения нового центра модели с осью Z. Для этого выделим зеленую ось перемещения объекта, обозначив таким образом направление сдвига, активируем вспомогательный инструмент Up To в левой части окна моделирования и укажем точку, до которой требуется сдвинуть объект, — глобальный центр координат.

Рис. 7. Совмещение оси потенциометра с осью Z

Переключимся в изометрический вид с помощью кнопки Home View группы Orient (рис. 8). Защитим модель потенциометра от случайных перемещений и модификаций, выбрав Lock (закрыть) из меню правой кнопки мыши, щелкнув на модели потенциометра в дереве структуры. В этом режиме элементы ребра и поверхности модели потенциометра все еще могут быть выбраны, но не могут быть изменены или сдвинуты.

Рис. 8. Защита модели потенциометра от случайных модификаций с помощью опции Lock

Допустим, потенциометр будет крепиться в отверстии корпуса изделия и фиксироваться гайкой снаружи. Мы хотим создать специальную ручку, которая будет закрывать гайку, а ее нижняя грань будет прилегать к корпусу устройства. При наличии модели корпуса имело бы смысл разместить потенциометр непосредственно в предназначенном для него отверстии. В нашем же случае мы просто создадим плоскость, обозначающую внешнюю часть корпуса. Допустим, она находится на 2 мм ниже окончания резьбовой части потенциометра.

Создание основных объемов объекта средствами САПР DesignSpark Mechanical

Выделим верхнюю грань резьбовой части потенциометра и нажмем на инструмент Plane группы Insert (рис. 9). Это приведет к созданию новой плоскости, совпадающей с выбранной гранью. С помощью инструмента Move сдвинем ее вдоль синей оси Z на 2 мм вниз. Нижняя грань ручки потенциометра должна лежать в этой плоскости.

Рис. 9. Создание вспомогательной плоскости внешней части корпуса прибора

При выделенной созданной плоскости активируем инструмент Circle группы Sketch и нарисуем в плоскости круг радиусом 24 мм с центром в начале координат (рис. 10). Переключимся из режима Sketch в режим 3D Mode с помощью одноименного инструмента группы Mode либо горячей клавишей D. Вытянем созданную круговую поверхность с помощью инструмента Pull вверх на 2 мм.

Рис. 10. Создание нижней поверхности ручки потенциометра

Выберем инструмент Pull и выделим верхнее ребро получившегося цилиндра (рис. 11). Во всплывшем над курсором окне быстрого выбора настроек инструмента выберем режим копирования ребер Copy Edge, рассматривавшийся нами в первой части статьи. Сдвинем ребро к центру оси на 2 мм, создав его копию.

Рис. 11. Создание контура боковой поверхности ручки потенциометра

Выделим созданный центральный круг на верхней грани объекта и с помощью инструмента Pull вытянем его на 12 мм вверх (рис. 12). Создадим коническое сужение в верхней части ручки: выделим верхнее ее ребро, выберем из окна быстрого доступа над курсором режим работы с ребрами Pivot Edge и сдвинем ребро на 2 мм к центру.

Рис. 12. Создание боковой и верхней поверхностей ручки потенциометра

Общий внешний контур будущей ручки потенциометра создан. Теперь выполним посадочное отверстие в нижней ее части. Повернем модель так, чтобы видеть нижнюю грань ручки (рис. 13). Выделим нижнее ребро и в режиме Copy Edge сдвинем его на 4 мм внутрь, создав круг для углубления под гайку.

Рис. 13. Создание контура углубления под гайку

Полученный круг требуется «утопить» до выхода оси потенциометра из резьбовой части. Эта задача несколько усложняется тем, что созданная нами модель закрывает верхнюю часть потенциометра. Одним из удобных способов контроля редактирования модели в такой ситуации является использование вида модели в разрезе.

Вид модели в разрезе

Для создания сечения модели выберем оси Z и Y глобальной системы отсчета, удерживая Ctrl, и нажмем на кнопку Section Mode группы Mode. Это переключит нас на вид модели в разрезе плоскостью ZY. Находясь в этом режиме (рис. 14), мы можем сдвинуть созданный нами внутренний круг на нижней грани на требуемое расстояние. Утопим круг на расстояние 2,5 мм, дающее некоторый запас.

Рис. 14. Переключение на вид в разрезе и создание углубления под гайку

Создание углублений сложного профиля в основном объеме детали

Для создания дальнейшего углубления под ось выделим дно получившегося углубления и из меню правой кнопки мыши выберем Set New Sketch Plane, что переключит нас в режим черчения в нужной плоскости (рис. 15).

Рис. 15. Выбор новой плоскости черчения в программе DesignSpark Mechanical

Создадим круг диаметром 6 мм, что соответствует диаметру оси потенциометра. Убедиться в этом можно, выделив ребро среза оси потенциометра, это приведет к отображению его размера. Переключимся в режим 3D Mode, а затем снова в режим сечения плоскостью ZY (рис. 16). В режиме сечения с помощью инструмента Pull и вспомогательного инструмента Up To сдвинем созданный круг, указав в качестве конечной точки сдвига верхнюю поверхность или верхнюю грань оси потенциометра.

Рис. 16. Создание отверстия под ось

Теперь созданный нами объект больше не пересекается с моделью потенциометра. Для завершения создания посадочного отверстия нам требуется спрямить одну из сторон отверстия для защиты от проворачивания, в соответствии со срезом на оси потенциометра. Переключимся в плоскость рисования, начинающуюся в начале среза на оси потенциометра. Для этого скроем созданный нами объект ручки, сняв галочку напротив него в дереве структуры (рис. 17), затем выделим горизонтальную поверхность среза и активируем режим Sketch Mode. Теперь снова включим видимость объекта ручки и с помощью инструмента Project To Sketch группы Sketch спроектируем хорду и дуговые сегменты среза на рисунок.

Рис. 17. Создание контура спрямления для защиты от проворачивания ручки

Переключимся в режим 3D Mode, скроем объект потенциометра, сняв галочку напротив него в дереве структуры (рис. 18), и повернем объект ручки так, чтобы видеть дно отверстия. Созданный нами сегмент круга представляет собой поверхность, которую нам требуется протянуть до дна отверстия. Сделаем это с помощью инструмента Pull и вспомогательного инструмента Up To, указав в качестве финальной точки перемещения дно отверстия.

Рис. 18. Создание спрямления стенки отверстия для защиты от проворачивания

Функциональная часть ручки создана. Осмотрим результат в разрезе (рис. 19).

Рис. 19. Функциональная модель тела вращения, созданного в программе DesignSpark Mechanical

Создание внешних рельефных элементов на основном объеме детали

Теперь на боковой поверхности ручки создадим рельефные элементы для удобства ее вращения. Начнем с одного рельефа. Для этого на верхней поверхности ручки создадим круг радиусом 3 мм (рис. 20) с центром в пересечении ребра верхней грани ручки с осью X.

Рис. 20. Создание контура рельефного элемента

Для создания ребра эту окружность нужно протянуть вниз вдоль образующей боковой стенки ручки. Для того чтобы создать траекторию протягивания, выделим оси Z и X (рис. 21), удерживая Ctrl, и выберем инструмент Project To Sketch. Это автоматически переключит нас в режим черчения в плоскости XZ. С помощью инструмента Project To Sketch спроецируем на данную плоскость отрезок — срез боковой грани ручки. Это и будет траекторией, вдоль которой требуется протянуть круг.

Рис. 21. Создание образующей рельефного элемента

Переключимся в режим 3D Mode. Выберем инструмент Pull и выделим с помощью него внешнюю часть созданного на верхней грани круга (рис. 22). Посредством вспомогательного инструмента Sweep выберем траекторию протягивания — созданный на боковой грани отрезок. Выбрать траекторию можно также щелчком мыши при зажатой кнопке Alt. Для протягивания объекта до конца траектории достаточно нажать кнопку вспомогательного инструмента Full Pull (полное протягивание).

Рис. 22. Создание рельефного элемента с помощью протягивания его контура вдоль образующей

После завершения операции мы увидим созданный протяженный полукруглый рельефный элемент (рис. 23). Выделим лишнюю часть окружности на верхней грани и удалим ее, нажав Delete. Теперь скруглим места стыковки рельефного элемента с боковой частью ручки. Для этого выделим два ребра стыковки, удерживая Ctrl, и используем инструмент Pull в режиме Round. В качестве радиуса скругления укажем 0,75 мм.

Рис. 23. Скругление стыков рельефного элемента с боковой поверхностью ручки

Размножение однородных элементов детали средствами САПР DesignSpark Mechanical

Теперь созданный нами рельефный элемент требуется размножить по всей боковой поверхности ручки. Для этого выберем инструмент Move. В окне опций инструмента отметим пункт Create Patterns (рис. 24). Затем, удерживая Ctrl, выделим три копируемые поверхности — основную поверхность рельефного элемента и две примыкающие к ней поверхности скругления. Переместим центр модифицируемой части в начало координат, воспользовавшись вспомогательным инструментом Anchor в левой части окна моделирования и указав начало координат в качестве нового центра. Теперь выделенные нами поверхности можно вращать относительно синей оси, потянув за синюю дуговую стрелку (п. 8 на рис. 24). Из-за того что мы отметили опцию Create Patterns, при вращении выделенных объектов вокруг оси Z будут создаваться их копии. При повороте на определенные углы будет отображаться несколько копий объектов, равномерно распределенных по углу поворота. Остановим процесс, когда число копий достигнет 8, и в активное по умолчанию поле Count (количество) введем новое значение — 12. Это приведет к созданию 12 рельефных элементов со скруглениями, равномерно расположенных по боковой поверхности ручки.

Рис. 24. Размножение рельефных элементов вращением вокруг оси Z

Для удобства использования ручки создадим скругление верхней грани. Выберем инструмент Pull и двойным щелчком по контуру верхней грани выделим все ребра контура (рис. 25). В режиме Round передвинем немного контур. Эта операция может занять некоторое время до отображения результата. Введем в поле радиуса значение 1,4 мм и нажмем Enter. Скругление перестроится на нужный радиус.

Рис. 25. Скругление верхней грани ручки

Создадим маркер положения ручки потенциометра в виде сферического углубления на верхней его части (рис. 26). Для этого с помощью инструмента Circle нарисуем в нужном месте окружность диаметром 2 мм на верхней части ручки. С помощью инструмента Line нарисуем диаметральную хорду окружности.

Рис. 26. Создание контура вращения для маркера положения ручки

После этого удалим одну из полуокружностей (рис. 27). Выберем инструмент Pull и выделим оставшийся полукруг. С помощью вспомогательного инструмента Revolve укажем ось вращения — диаметральную хорду. В окне опций инструмента Pull выберем режим Cut для создания углубления и нажмем кнопку вспомогательного инструмента Full Pull. Это приведет к созданию сферического углубления на поверхности детали, образованного телом вращения полукруга относительно выбранной оси.

Рис. 27. Создание маркера положения ручки телом вращения контура вокруг оси

Отключение отображения ребер для улучшения наглядности

Многочисленные ребра, отображающиеся на поверхности модели, иногда мешают оценить реальный внешний вид будущего изделия (рис. 28). Отображение определенных групп ребер можно отключить, сняв галочку напротив названия соответствующей группы, после нажатия на кнопку Edges, находящуюся на вкладке Display в группе Style. Приблизить отображение нашей модели к реальному изделию можно, сняв галочку Tangent (касательные), отвечающую за отображение ребер в местах стыковки касающихся поверхностей, и галочку Solid (твердые тела), отвечающую за отображение негладких ребер. Также на вкладке Display можно изменить цвет отображения модели.

Рис. 28. Отключение отображения групп ребер для оценки внешнего вида изделия, созданного в DesignSpark Mechanical

На этом моделирование ручки закончено. Сохраним файл модели.

Где применима изложенная методика?

Что такое созданная нами ручка потенциометра с геометрической точки зрения? Это тело вращения с вырезом сложной формы и с внешними периодически повторяемыми ребрами. Под это геометрическое описание подходит большое число деталей, используемых в радиоэлектронике, механике, робототехнике и т. д. Поэтому изложенную методику можно применять и в других областях, например, для создания шестеренки редуктора в приводе робота.

Экспорт модели из DesignSpark Mechanical для 3D-печати

Допустим, нам требуется изготовить прототип смоделированной ручки на 3D-принтере. Для такой мелкой модели лучше использовать принтеры с высокой детализацией печати, чтобы аккуратно воспроизвести посадочное отверстие и все элементы рельефа внешней поверхности. Чтобы отправить модель на печать, нам понадобится сохранить ее в формате, поддерживаемом программным обеспечением принтера, по которому будет создана программа печати.

Формат STL является одним из самых распространенных форматов, используемых для экспорта трехмерных моделей для печати. И конечно, пакет моделирования DesignSpark Mechanical поддерживает экспорт в этот формат. Важное отличие формата STL от инженерных форматов файлов заключается в том, что модель сохраняется в полигональном представлении, то есть любая гладкая поверхность представляется в виде некоторого числа плоских треугольников. Степень точности представления может настраиваться при экспорте файла. Рассмотрим некоторые особенности экспорта в формат STL, которые необходимо учитывать при работе с пакетом DesignSpark Mechanical.

Для начала сохраним модель с предустановленным низким уровнем детализации. Для этого вызовем диалог Save As из меню File, выберем в списке доступных форматов снизу STL (рис. 29) и нажмем на кнопку Options. Диалог настроек откроется на странице настроек формата STL.

Рис. 29. Диалог настроек импорта/экспорта STL в программе DesignSpark Mechanical

В группе Resolution выберем предустановку Coarse (грубо), не меняя остальных настроек. Закроем диалог, нажав кнопку OK. Введем имя файла для сохранения, например knob_coarse, и сохраним первый STL-файл. Откроем этот файл для просмотра в DesignSpark. Тонким моментом является задание единиц измерения для открываемого STL-файла. Дело в том, что координаты вершин треугольников STL-модели задаются в единицах, которые в зависимости от стандарта могут быть миллиметрами, дюймами или другими принятыми единицами длины. Информация об используемых единицах измерения не сохраняется в файле и применяется пакетом при открытии. В диалоге открытия файлов из разворачивающегося списка STL units (рис. 30) можно выбрать одно из значений: Automatic (автоматически), Inches (дюймы), Feet (футы), Millimeters (миллиметры), Centimeters (сантиметры), Meters (метры). При этом автоматический выбор единиц не всегда дает правильный результат.

Рис. 30. Выбор единиц измерения при открытии файлов STL

Поэтому после загрузки модели надо проверить какой-либо из известных ее параметров. В нашем случае после открытия проверим диаметр внешнего ободка ручки. Выделим два противоположных ребра на нем (рис. 31), удерживая Ctrl, после чего нажмем на инструмент Measure (измерить) группы Investigate. При использовании автоматического определения единиц результат измерения получился примерно 601 мм (рис. 31а) вместо исходных 24 мм. Это значит, что единицы измерения были определены неверно, а именно программа автоматически посчитала дюймы вместо миллиметров, что привело примерно к 25‑кратному увеличению всех габаритов модели.

Рис. 31. Важность правильного выбора единиц измерения при импорте STL-файлов

Закроем STL-файл и откроем его заново, выбрав в качестве единиц измерения в диалоге открытия миллиметры. Повторим измерение диаметра и убедимся, что теперь результат равен приблизительно 24 мм (рис. 31б).

Для того чтобы единицы измерения при открытии всегда устанавливались в миллиметрах, можно при сохранении или открытии файла открыть диалог настроек Options формата STL и выбрать в нем Units: Millimeters в группе Import (рис. 32).

Рис. 32. Установка миллиметров как единиц по умолчанию при импорте STL-моделей из DesignSpark Mechanical

Различия отображения модели STL при разных настройках точности

Вернемся к загруженной модели и обратим внимание на то, каким образом она моделируется треугольниками (рис. 33а). Заметно, что при установленной сейчас точности Coarse (грубо) рельефные элементы на боковой части ручки приближенно моделируются гораздо точнее, чем внешний обод.

Теперь сохраним исходную модель в STL-формат с предустановленными настройками точности Fine (точно) в новый файл с именем knob_fine.stl. Откроем этот файл. Сетка треугольников стала гораздо плотнее по сравнению с первым экспортом сохранения (рис. 33б), рельефные детали разбиты на явно излишнее число маленьких тре-угольников, обеспечивающее более чем достаточную точность их воспроизведения. Однако точность приближения внешнего обода хотя и возросла до приемлемого для печати уровня, но по-прежнему сильно отстает от точности приближения рельефных деталей. Разберемся в причинах такого поведения экспорта.

Откроем исходную модель и вызовем диалог сохранения ее в STL-формат. Вновь откроем окно настроек формата. Настройки разрешения в группе Resolution определяют максимально допустимое отклонение точек поверхности модели от ее аппроксимации и максимально допустимый угол отклонения нормалей к точкам поверхности от нормали к соответствующему треугольнику аппроксимации. Выберем предустановку Coarse, для которой соответствующие предельные значения равны 2 мм и 16° соответственно.

Ниже настроек группы Resolution находятся еще две настройки: Facet maximum edge length и Facet maximum aspect ratio. Первая позволяет ограничить максимальную длину ребер треугольников при разбиении, вторая — ограничить отношение самой длинной стороны треугольника к самой короткой. Для того чтобы добиться более гладкого приближения внешнего обода ручки, ограничим максимальный размер граней, введя в поле Facet maximum edge length значение 0,5 мм (рис. 33в). Закроем диалог, нажав ОК, и сохраним модель в файл с именем knob_custom.

Откроем новую модель и убедимся, что качество приближения внешнего контура модели значительно улучшилось: треугольники теперь имеют примерно одинаковый размер и качество приближения модели в целом лучше, чем в двух предыдущих файлах. При этом размер файла knob_custom примерно в два раза меньше, чем размер файла с точными настройками сохранения knob_fine.

Пользовательская настройка точности отображения детали с большим радиусом кривизны

В нашем примере приемлемого качества можно было бы достичь и с предустановкой Fine, а выигрыш от особых настроек Custom заметен в основном лишь в размере файла. Однако существуют модели, при сохранении которых внимательное отношение к настройкам просто необходимо. Рассмотрим одну из таких моделей — модель веретена, образованную вращением сегмента окружности большого радиуса относительно ее хорды. Создать такое веретено можно, нарисовав с помощью инструмента Three-Point Arc (арка по трем точкам) в плоскости XY короткую дугу большого радиуса с концами на оси X (рис. 34) и повернув ее с помощью инструмента Pull и вспомогательного инструмента Axis на 360° относительно оси X.

Рис. 34. Создание модели веретена в программе DesignSpark Mechanical

Сохраним модель в тех же двух вариантах, Coarse и Fine, использовавшихся нами для сохранения предыдущей модели, не ограничивая при этом максимальную длину ребер (снята галочка напротив Facet maximum edge length). Узкое веретено длиной 40 мм (рис. 35а) при установках Coarse без ограничения длины ребра сохраняется в виде двух конусов, соединенных основаниями (рис. 35б), что совершенно неприемлемо. Даже при установках Fine модель все равно непригодна для печати (рис. 35в), поскольку представлена цилиндром, двумя усеченными конусами и двумя конусами. Как же решить вопрос? Сохранить модель с основными настройками Coarse, но ограничить максимальную длину ребра 2 мм. Это позволяет сохранить модель веретена с достаточной точностью (рис. 35г).

Рис. 35. Результаты сохранения модели веретена с разными настойками точности

Вообще, наличие в модели поверхностей с большими радиусами кривизны требует повышенного внимания при экспорте в полигональные форматы, причем это справедливо и для экспорта из других пакетов моделирования, поскольку допустимая длина ребер обычно не ограничена в настройках по умолчанию. Точная 3D-печать все еще довольно дорогостоящая, поэтому внимательная проверка модели после ее экспорта в STL-формат может существенно сэкономить ресурсы при прототипировании, особенно когда дело касается печати деталей больших размеров.

Заключение

Особенностью подхода к моделированию в пакете DesignSpark Mechanical является универсальность предоставляемых им инструментов. Фактически основных инструментов моделирования всего два — Pull (вытягивание) и Move (перемещение). С одной стороны, это способствует лаконичности интерфейса и делает его более дружественным для новых пользователей. С другой — оба этих кажущихся простыми инструмента обладают большим числом настроек, иногда коренным образом изменяющих их воздействие на модель. Существуют и другие приемы работы с основными инструментами DesignSpark Mechanical, а также еще и не рассмотренные нами возможности пакета DesignSpark Mechanical. Знание всех возможностей инструментов помогает выполнять задачи 3D-моделирования быстрее и эффективнее.