FreeCAD: реверс-инжиниринг механических форм

Реверс-инжиниринг часто используют для креплений, деталей и узлов машин и других механических форм. Этот метод служит для проектирования и контроля качества различных промышленных изделий.

В данной статье цикла «Реверс-инжиниринг для начинающих» мы рассмотрим, как самостоятельно выполнить обратное проектирование механической формы в FreeCAD. FreeCAD — САПР с открытым исходным кодом, популярная среди энтузиастов в сфере 3D-сканирования и 3D-печати.

Программа FreeCAD имеет:

• полное геометрическое ядро на базе OpenCasCade, которое позволяет проводить трехмерные операции над сложными типами форм;

• полностью параметрическую модель данных, благодаря которой форму объекта можно задавать через параметры или другие объекты;

• модульную архитектуру, которая позволяет расширять функциональность программы при помощи модулей (плагинов): комплексных на C++ или простых скриптов на Python и макросов;

• модули для создания традиционных чертежей с экспортом в .svg и .pdf.

В этой статье мы расскажем:

• как импортировать данные сканирования в FreeCAD;

• как выполнить реверс-инжиниринг в FreeCAD.

Мы подробно осветим следующие вопросы:

• модуль Works with Meshes;

• проверка размеров детали;

• выравнивание детали по осям системы координат;

• построение контура детали и получение твердого тела;

• построение резьбы.

Весь процесс мы поэтапно иллюстрируем скриншотами.

Процесс реверс-инжиниринга механической формы

В качестве объекта для демонстрации работы в FreeCAD мы взяли небольшую форсунку и отсканировали ее. Механические формы часто оказываются проще органических: наша форсунка симметрична и довольно проста геометрически:

Посмотрим, как средствами FreeCAD доработать такой «мыльный» 3D-скан до полноценной модели.

1.  Загружаем данные сканирования в модуль Works with Meshes:

2. Импортируем файл оцифровки в формате .stl:

3. Проверим размеры детали по двум точкам на меше:

4. Ориентируем меш по рабочей системе координат. Для этого устанавливаем вид по плоскости ZX и числовыми значениями перемещаем меш:

5.  Выравниваем ось детали с осью системы координат Y:

6. Перемещаем меш по оси Y:

7. Сделаем копию меша, которую далее будем рассекать, не меняя исходный:

8. Чтобы различать меши, изменим цвет копии:

9. Приступим к обрезке копии меша. Построим плоскость, проходящую через центральную точку системы координат. Зададим ее расположение и размеры:

10. Укажем плоскость, сетку и выполним отсечение:

11. По оставшейся части будем строить контур детали:

12. Для построения наружного контура переходим в модуль PartDesign:

13. Укажем плоскость построения эскиза:

14. Для удобства при построении можно применить настраиваемую решетку:

15. Разделим построение контура на 2 части для последующей демонстрации булевого объединения. Строим контур с заданием размерных связей и ограничений:

16. Создание эскиза выполняется легко, поскольку реализован алгоритм автоматических привязок:

17. Создаем первую часть твердого тела, вращая контур вокруг центральной оси детали:

18. Так же строим вторую часть профиля (тела):

19. Объединяем обе части детали в одну:

20. Строим обрезающее твердое тело с шестигранным профилем:

21. Выполняем обрезку:

22. Строим внутреннее конусное отверстие и вырезаем его из общей модели:

23. Строим резьбовую часть детали. Для работы команды необходим профиль сечения и направляющая траектория резьбы:

24. Выполним объединение:

25. Построим радиусы скруглений, ориентируясь по совпадению с мешем:

26. Результат построений можно сохранить в CAD-форматах .igs или .stp:

Результаты реверс-инжиниринга

В результате работы мы получили точную 3D-копию реальной форсунки. Форма и размеры надежно совпадают, ведь модель мы построили по 3D-скану. Теперь готовую 3D-модель можно использовать для создания новой детали или же для дальнейших конструкторских работ. А мы теперь знаем, как провести обратное проектирование в FreeCAD, и можем повторить процесс с другой механической формой.

Другие статьи цикла:

Rhinoceros: Использование плагина RhinoResurf при обработке органических форм

Geomagic Design X: выравнивание и редактирование сетки

SolidWorks: реверс-инжиниринг органических форм