Разработанный в Университете Колорадо в Боулдере, OpenVCAD упрощает многоматериальное 3D-проектирование с помощью точности и гибкости кода.
Градиентные модели сканирования для печати с использованием OpenVCAD с открытым исходным кодом.
Университет Колорадо в Боулдере
Новое программное обеспечение с открытым исходным кодом кардинально меняет подход инженеров к проектированию и печати многоматериальных объектов.
Чарльз Уэйд, аспирант кафедры компьютерных наук Университета Колорадо в Боулдере, разработал OpenVCAD — систему проектирования, которая выходит за рамки традиционного моделирования, используя код для отображения не только форм, но и распределения материалов внутри трехмерных объектов.
Инструмент, созданный в лаборатории вычислений Matter Assembly под руководством доцента Роберта Маккарди, позволяет инженерам проектировать пространственно изменяющиеся многоматериальные объекты с удивительной легкостью и точностью.
Проект отражает растущий интерес к вычислительным подходам, объединяющим кодирование с проектированием, — сдвиг, который может преобразить аддитивное производство.
«Безусловно, история изучения и практики проектирования многокомпонентных конструкций существовала задолго до появления OpenVCAD», — сказал Маккарди, который также сотрудничает с кафедрами компьютерных наук, электротехники, вычислительной техники и энергетики.
«Но мы считаем, что накладные расходы на написание специфического кода для конкретных проектов каждый раз мешают инженерам заниматься проектированием в той мере, в какой они могли бы».
«С OpenVCAD мы делаем всю эту работу один раз — и делаем это действительно хорошо — чтобы у людей была встроенная инфраструктура для представления этих пространственно-изменяющихся многоматериальных конструкций».
Нарушение границ САПР
Проектирование многокомпонентных объектов давно стало испытанием для традиционных систем автоматизированного проектирования (САПР). Традиционные системы обычно определяют внешние границы объекта, предполагая, что внутренняя часть выполнена из одного материала.
Этот подход неэффективен, когда инженерам нужно моделировать градиентные конструкции: объекты с плавным переходом между материалами, например, подошва кроссовок, которая меняется от твёрдой внизу к мягкой вверху. Без специальных инструментов создание таких плавных переходов практически невозможно.
Вот тут-то и пригодится OpenVCAD. Программное обеспечение позволяет пользователям комбинировать сложные математические функции и назначать их в качестве материалов различным областям трехмерного объекта.
«Это первый широкодоступный инструмент проектирования на основе кода, работающий с несколькими материалами», — сказал Уэйд.
«В отличие от традиционного программного обеспечения САПР, где приходится чертить все чертежи для каждого изменения и нельзя представить градуированные материалы, наш инструмент позволяет пользователям изменять одну небольшую переменную и легко отслеживать обновление всей конструкции».
Из лаборатории в каждую отрасль
Исследовательская группа продемонстрировала универсальность OpenVCAD на различных 3D-принтерах, включая один в лаборатории Маккарди, способный печатать одновременно пятью материалами.
Применение этого программного обеспечения выходит далеко за рамки академической сферы. Это программное обеспечение может быть полезно инженерам и исследователям в самых разных областях: от медицинского моделирования до мягкой робототехники и структурного моделирования.
Хирурги могли бы использовать его для создания реалистичных анатомических моделей для планирования хирургических операций. Исследователи робототехники могли бы использовать его для разработки гибких приводов, которые изгибаются в одном направлении, но остаются жёсткими в другом.
А инженеры-строители могут применять уникальные механические свойства к определенным частям сложных решетчатых конструкций для повышения прочности и поглощения ударов.
«Мы можем использовать основные возможности OpenVCAD для представления многоматериальных объектов в различных областях», — сказал Маккарди. «Но в некоторых областях, которые нас воодушевляют, нас ждут ещё большие перспективы, и мы очень надеемся, что этот подход к проектированию многоматериальных объектов станет популярным».
OpenVCAD, как и следует из его названия, имеет полностью открытый исходный код. Он поставляется с реализацией на Python, что позволяет пользователям импортировать репозиторий и начать проектирование одной строкой кода.
«Мы хотим, чтобы это было доступно широкому кругу людей», — сказал Уэйд. «У нас растёт база внешних исследователей из других учреждений, которые используют этот инструмент, и мы надеемся дать этому сообществу возможность максимально эффективно работать».
Результаты исследования опубликованы в журнале Additive Manufacturing.
Sourse: interestingengineering.com
