Representação geométrica 3D para AM

Representação geométrica 3D para AM

1. Formato STL

   • Forma simples e robusta de representar modelos 3D por malha triangular recobre superfícies de um objeto
   • Pode ser interpretada por qualquer sistema AM
   • Regra formação triângulos no STL
     • Regra da mão direita
       • Define o interior e exterior das superfícies
     • Conexão vértice-vértice
       • Degeneração e a malha é inválida
   • STL na representação ASCII
     • Interpretado facilmente por pessoas ou plataformas computacionais
     • Arquivo STL no ASCII é editável e tem valores numéricos
   • STL na representação binária
     • Arquivo mais compacto, pouco inteligível para interpretação humana, menos portável para computadores
     • Configurada como default nos sistemas CAD
   • STL em cores
     • Possível acompanhada da evolução processos AM para produzir peças coloridas
     • Cor do triângulo definida pela composição RGB
   • Deficiências do STL
     • Não tem informações topológicas que garante consistência da malha
     • Não representa cor, acabamento superficial, tipo de material e materiais com graduação funcional
     • Qualidade da malha depende da qualidade dos algoritmos gerado de malhas implementado na exportação do CAD

2. Obtenção de Modelo Geométrico 3D

   • Sistema CAD 3D
     • Gera modelos 3D a partir de operações com sólidos e/ou superfícies
     • Modelagem sólida por superfícies ou as duas (modelagem híbrida), usuário decide pela complexidade da geometria
     • Problemas geométricos das peças
       • Superfícies não conectadas
       • Sólidas não conectadas
       • Sobreposição de superfícies
   • Digitalização Tridimensional
     • Obtém superfícies externas de objetos com scanner ou máquina fotográfica
     • Captura geometria de um objeto físico é convertido em superfícies para usar em modelos de engenharia
     • Modelos 3D pode ser feito por sistema de medição de coordenadas ou apalpamento
   • Tomografia computadorizada, ressonância magnética e ultrassom 3D
     • Anatomia interna de um paciente ou objeto vem por segmentação e reconstrução 3D
     • TC obtém radiodensidade dos tecidos ou componentes da estrutura do objeto
     • RM usa campo magnético de alta densidade pra orientar spin do átomo de hidrogênio
     • Ultrassom 3D emite e recebe onda acústica e a forma que os tecidos reflete as ondas é captada por um sensor e processadas computador

3. Exportação de arquivos STL em sistema CAD 3D

   • CAD exporta dados da representação nativa para o STL
   • Ao converter modelo sólido para malha STL aproximam as superfícies do modelo CAD 3D por uma malha de triângulo
   • Parâmetros do CAD que controla a malha gerada
     • Comprimento da corda ou flecha
       • Determina máxima distância entre a superfície do modelo 3D e a superfície do triângulo
     • Ângulo de controle
       • Tolerância para curvas com raio pequeno e as pequenas dimensões do modelo
   • Qualidade representação STL
     • Conversão do modelo sólido em modelo representação de malhas polígono conduz a erros de aproximação de superfícies contínuas e regulares
   • Considerações sobre geração de STL
     • Tolerância de adjacência
     • Montagem
   • Problemas encontrados nos arquivos no STL
     • Malha com falhas ou aberturas por falta de triângulos
       • Os triângulos do STL deve recobrir a superfície do modelo
       • Se faltar triângulos as superfícies apresentam aberturas
     • Malha com degeneração de triângulos
       • Degeneração topológica dois vértices de triângulo adjacente coincidente ou próximo pode ser coincidente
       • Degeneração geométrica três vértices são pontos diferentes e colineares
       • Interseção de triângulos dois ou mais triângulos intersectam e fere regra de vértice-vértice
       • Inversão dos vetores normais regra da mão direita orientada a normal em relação ao triângulo não respeita sequência de vértices
       • Lógica da geração da malha de triângulos depende estratégia e robustez do algoritmo para sua geração

4. Ferramentas manipulação e correção de arquivos formato STL

   • Útil desde importação e verificação da consistência dos dados até preparação do AM a ser usado gerando suporte e simulando o fatiamento
   • Auxilia o planejamento de processo, completo e rápido
   • Implementa algoritmo melhoria de triângulos para usuário planejar, simular e avaliar tempo construção da peça
   • Executam o planejamento de processo e o equipamento processa um planejamento feito anteriormente

5. Formato AMF

   • Supre as deficiências no formato STL e atende necessidades da AM
   • Inclui informações sobre unidade, cor, material, gradiente, múltiplas cópias
   • Independência de tecnologias representa a geometria e qualquer tecnologia AM pode fabricar usando as informações com as propriedades
   • Simplicidade fácil de implementas, entender, editar e depurar para usar programas de CAD e os fabricantes de AM
   • Adaptabilidade ao aumento da complexidade ou tamanho da peça como melhoria da resolução e precisão na fabricação
   • Desempenho computacional garante tempo razoável nas operações escrita e leitura nos computadores
   • Compatibilidade com versões anteriores qualquer arquivo STL converte em formato AMF sem perder informações
   • Compatibilidade com versões futuras versátil para adaptar a evoluções tecnológicas de AM sem perder versões anteriores

6. Formato 3MF

   • Formato 3D para manufatura
   • Especificado e implementado em bibliotecas livres e o código-fonte pode ser baixado e incorporado em qualquer produto
   • Representado por uma malha de elementos triangulares
   • Rica para representar modelo com informações internas, materiais, cores etc
   • Extensível para suportar inovações na área de AM
   • Interoperável
   • Amplamente adotado
   • Livre dos problemas encontrado nos formatos usados
   • Baseado em XML permite interoperabilidade entre plataformas computacionais e aplicativos

7. Formato CLI

   • Desenvolvido em projeto europeu Brite-EuRam
   • Atende as tecnologias de AM e tem geometria organizada em contorno 2D fechado
   • Vantagem por ser simples usa entidades simples (polylines) e pode ser representado em ASCII ou binário e pode ser manipulado facilmente
   • Desvantagem direção fixa de fatiamento tira liberdade do usuário de AM na fabricação, e contorno obtido por segmento de reta

8. Formato VRML

   • Permite modelos 3D visualizar com browsers da internet
   • Tem coordenadas da nuvem de pontos da 3D e suas cores e também informações não tão relevantes para AM
   • Independência de plataforma, extensibilidade e eficiência até em conexões com pequena banda da internet
   • Desvantagem pra AM não representa bem superfícies com sólidos, impedindo reprodução de peças de materiais com gradação funcional

9. Formato OBJ

   • Visualiza programas gráficos pela simplicidade e são de código aberto
   • Pode se armazenada nos formatos ASCII ou binário
   • Armazena informações adicionais como textura e material
   • Importado por programas de tecnologias AM como Makerbot