3D tisk a scanner

Použití 3D modelování a digitálního prototypování není již pouze doménou strojírenských oborů. Jeden ze zajímavých projektů si můžete prohlédnout v dnešním článku. Jedná se o digitální model známé památky UNESCO. Poutní kostel na Zelené hoře je unikátním uměleckým dílem geniálního českého architekta vlašského původu Jana Blažeje Santiniho-Aichla ve stylu barokní gotiky. Stavba se vymyká běžným dobovým uměleckým normám. Založení kostela souviselo s připravovaným blahořečením a svatořečením Jana Nepomuckého poté, co byl v jeho hrobě v pražské katedrále sv. Víta nalezen jeho domnělý zázračně neporušený jazyk. Stavba byla zahájena v roce 1719 a vysvěcen byl za dva roky od zahájení stavby. Areál poutního kostela byl pro svou jedinečnost zařazen roku 1994 mezi památky zapsané do prestižního Seznamu světového kulturního dědictví UNESCO. Tuto památku si zvolil jeden z našich studentů jako součást své práce řešené v CAD aplikacích. David Okurka, student 4. ročníku oboru Technické lyceum, prakticky bez výkresů, pouze na základě náčrtů, fotografií a základních měření vymodeloval 3D virtuální kostel na Zelené hoře ve Žďáře nad Sázavou. Práce byla o to zajímavější, že v podstatě nebyla k dispozici jakákoliv dokumentace a celý model musel být digitalizován manuálně. 

Rapid Prototyping je moderní technologií, která umožňuje rychlou a levnou výrobu prostorových předmětů samonosné konstrukce. Výkres součásti nakreslený v CADu nebo načtený prostorovým scannerem je transformován do příslušného formátu a nahrán do výrobního zařízení, které součást vyrobí. Škola tak vychází vstříc modernizaci výuky v oblasti využívání informačních a komunikačních technologií a začleňování dalších moderních technologií a poznatků vědy, výzkumu a vývoje do oborů odpovídajících v kraji tradičním průmyslovým oborům. Vybudování referenčního pracoviště na VOŠ a SPŠ ve Žďáru nad Sázavou umožňuje využít školám, ale i zainteresovaným firmám službu rychlé výroby prototypů z 3D CAD dat pomocí technologie Rapid Prototyping. Tato moderní technologie poskytuje v úzké návaznosti na PLM a BIM aplikace cestu k tvorbě prototypů nových výrobků. Jedná se v současné době o nejrychlejší a nejefektivnější možnost verifikace funkčního designu nového, případně inovovaného výrobku s minimálními vedlejšími náklady na realizaci jeho výroby.

Pro 3D tisk využíváme na škole tiskárny pracující na technologii FDM s plastem ABS+ od společnosti Stratasys.

3D Scannery

Nové technologie a postupy v 3D navrhování v posledních letech přináší řadu novinek. Jednou z nich je bezesporu technologie získávání 3D dat pomocí speciálních scannerů. Tato zařízení dovolují získávat polygonální geometrii v podobě prostorových sítí s velkým množstvím definičních bodů. Data lze poté zpracovávat v různých technických oblastech. Lze nad nimi dále vytvářet konstrukční řešení nových výrobků, využívat je v oblasti architektury, medicíny, archeologie apod. V současné době řešíme v jednom z našich projektů nasazení technologie 3D scanování. Jedná se o 3D scanner ATOS Compact Scan, který v sobě zúročuje dosavadní zkušenosti společnosti GOM v oblasti profesionální digitalizace 3D dat. Jedná se o zařízení pracující na stativu s vysokou přesností na technologii modrého světla, které má jiné díky vlnové délce výrazně lepší prostupnost prostorem než světlo bílé. Zařízení snímá povrch modelu v blocích, které jsou dány velikostí pracovního prostoru scanneru. Velmi příjemná je především podpora různých metod automatizace měření, která je stěžejní pro masovější nasazení této technologie v průmyslu. Průmyslově využívané scannery jsou charakteristické svou přesností a precizností digitalizace. Je tedy vždy nutné počítat s poměrně vysokými požadavky na hardware, který používáme pro digitalizaci modelu s danou přesností. Ta se pohybuje řádově v setinách milimetru. 

Alfou a omegou celého řešení 3D digitalizace není ovšem pouze kvalita zařízení, ale také precizně vyladěný software pro zpracování mračna bodů a jeho polygonizaci. Tato aplikace musí nejen dokázat načíst obrovské mračno bodů, které může mít často statisíce až miliony objektů, ale také je musí dokázat analyzovat a proložit souvislou polygonální sítí bez chyb. GOM Inspect je volně dostupný software pro 3D inspekci mraku bodů a zpracování sítě umožňující rozměrovou analýzu 3D mraku bodů získaných z optických skenerů, laserových skenerů, počítačové tomografie CT a dalších zdrojů. Zároveň slouží i jako prohlížeč dat ze softwaru GOM Inspect Professional. Nabízí širokou škálu nástrojů pro komplexní analýzy dílů a sestav. Software GOM Inspect je nezávisle testován a certifikován německým a americkým národním institutem pro standardy a technologie (PTB, NIST). Přesnost vyhodnocovacího software je ověřována srovnáním výsledků získaných ze software s referenčními hodnotami.. GOM Inspect byl zařazen do třídy 1, tedy třídy s nejmenšími odchylkami.

Nespornou výhodou pro naše potřeby byla bezplatně dostupná verze aplikace GOM Inspect, která je k dispozici na stránkách výrobce 3D scanneru. Jedná se o software řešení, které svým výkonem a funkcemi patří ke špičce programů pro zpracování a verifikaci 3D dat. Pro naše první testování možností využití 3D dat pořízených scannerem ATOS Compact Scan jsme zvolili blok motoru. Průhledné a tmavé objekty jsou obecně pro potřeby 3D scanování problematické. Odlesky a nízká intenzita odraženého světla musí být kompenzovány povrchovou úpravou modelu, případně zvýšením intenzity svitu scanneru. V našem případě byl odlitek naprášen bílým kontrastním práškem pro maximálně precizní výstup dat ze scanneru. 

Pracnost vlastního vytvoření sítě je navíc minimální díky globálnímu snímání velkého pracovního prostoru scannerem umístěným na stativu. Finální velikost modelu STL byla překvapivě téměř 200 MB. Našim hlavním cílem bylo získaná data načíst do některého z nástrojů společnosti Autodesk pro vizualizaci a připravit prezentaci modelu. Grafický výstup je díky nim již na základní úrovni prakticky srovnatelný s kvalitní statickou vizualizací. Po aktivaci raytraceru je výsledek srovnatelný s tím nejlepším, co je v oblasti vizualizace na světovém trhu dostupné. Některé z CAD aplikací umí přímo polygonální model načítat pomocí specializovaných modulů a provádět ruční, případně automatickou náhradu množiny polygonů segmenty NURBS ploch. Obecně se jedná ovšem o poměrně časově náročnou operaci. Z tohoto důvodu je jistým řešením spojení části polygonálního modelu s NURBS objekty.

Pro scannování ve 3D využíváme na škole špičkového průmyslového scanneru řady ATOS od společnosti GOM mbH Gesellschaft für Optische Messtechnik.

Termovize

Termovizní systémy jsou založeny na zviditelnění tepelného záření, které objekty samy vyzařují. Jedná se dokonale pasivní zobrazovací přístroje, které nepotřebují žádné osvětlení objektů (Sluncem, hvězdami, umělými zdroji). Termovizní přístroje zobrazují tepelné rozdíly objektů. Termovizní kameru lze použít v řadě technických oblastí.

Nabídka měření termovizní kamerou

Termovizní kamera, jinak také termovize, je přístroj, který dokáže na dálku bezkontaktně zachytit dopadající infračervené tepelné záření. Dokáže z naměřených teplot za předpokladu známých okrajových podmínek emisivity, vlhkosti vzduchu, vzdálenosti apod., vytvořit teplotní obraz objektu, nazvaný termosnímek. U něj je teplota vyjádřena barvou. Vaše měření provedeme moderní termovizní kamerou Cyclops Ti 814 od anglické firmy Land Instruments. 

Technická data používané termovizní kamery

• spektrální pásmo: 8–14 µm
• rozlišovací schopnost: 320×240 bodů
• rozsah měření: –20 ÷ +500 °C
• rozlišení až 0,08 °C
• přesnost měření je stejná jako u běžných termokamer, a to ± 2 °C nebo 2 %
• optika: 21°´16°, rozlišení: 0,07°

Pro zajištění co nejlepší vypovídací schopnosti měření musí být teplotní rozdíl mezi vnit­řní teplotou vzduchu a teplotou venkovní co největší (venkovní teplota alespoň okolo nuly). Měření nesmí být ovlivňováno přímým slunečním svitem ani větrem. Proto je vhodné měřit za bezvětří po západu slunce nebo je-li pod mrakem. 

Další informace vám poskytnou

Ing. Petr Zahrádka, +420 566 651 276, +420 731 686 551, petr.zahradka@email.cz

Ing. Rudolf Voráček, +420 566 651 256, +420 604 315 871, voracek@spszr.cz