ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΕΑΔΣΑ-ΤΕΙ ΑΘΗΝΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΟΥ ΣΧΕΔΙΟΥ (DESIGN) Α. ΚΑΛΛΙΓΕΡΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΣΥΝΕΡΓΑΤΗΣ - MSc ΕΡΓ ΑΣΤ ΗΡΙΑ ΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣ ΕΙΣ Μ ΟΝΤΕ ΛΟΠΟ ΙΗΣΗ Σ ( ΣΥΜΒ ΑΤΙΚ ΗΣ- ΨΗΦΙ ΑΚΗΣ ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜ ΕΝΩΝ ΑΘΗΝΑ 2008 Σελ.1 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Κάθε γνήσ ιο αντίτυπο έχε ι την Υπογραφή του συγγραφέα. Απαγ ορεύεται η αναδημ οσίευ ση, α νατύπ ωση και κάθε είδους αντιγ ρα φή ολ όκλ ηρης ή μ έρους της εργασίας αυτ ής, χωρίς π ροηγ ούμ ενη έγγραφη άδεια του συγγραφέα. C opyright ® A. C alligeris All r ights r es er ve AΘHNA, 2008 Σελ.2 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.3 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ 1. ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΤ ΥΠΟΠΟΙΗΣΗΣ 8 1.1. Ταχεία μέθοδος κατασκευής πρωτοτύπων Rapid prototyping 8 1.1.1. CAD και RPT 9 1.1.2. Το ενδιάμεσο αρχείο (Interface) τροφοδοσίας της στερεολιθογραφίας (STL) 19 1.1.3. Δομή υποστήριξης των πρωτοτύπων 23 1.1.4. Συστήματα RPT που υπάρχουν διαθέσιμα στην αγορά 25 1.1.4.1. Στερεολιθογραφία από την 3D Systems, Valencia California 26 1.1.4.2. Solid Ground Curing από την Cubital, Ισραήλ 32 1.1.4.3. Επιλεκτική ενοποίηση με Laser (Selectiv e Laser Sin-tering-SLS) 36 από την εταιρεία DTM του Austin, Texas 1.1.5. Υλικά που χρησιμοποιούνται στη σύγχρονη 40 Αρθροπλαστική -Ιδιότητες-Τρόποι παραγωγής- Αντιδράσεις του οργανισμού 1.1.5.1. Μεταλλικά υλικά 40 1. 1. 5.1.1. Τρόποι παραγωγής των προθέσεων από τα μεταλλικά υλικά 41 1.1.5.2. Κράματα Co-Cr 42 1.1.5.3. Αν οξείδωτοι χάλυβες 44 1.1.5.4. Τιτάνιο και κράματα αυτού 45 1.1.6. Αμέταλλα υλικά 47 1.1.6.1. Πολυαιθυλένιο υψηλού μοριακού βάρους (UHMW -PE) 47 1.1.6.2. Ακρυλικό τσιμέντο (Polymethyl methacrylate- PMMA) 48 1.1.7. Βιοκεραμικά 50 1.1.7.1. Αλουμίνα 51 1.1.7.2. Υδροξυαπατίτης (Hydroxyapatite-HA) 53 1.2. Συστήματα Αριθμητικού Ελέγχου Computer Numerical Control (CNC) 57 1.2.1. Πως λειτουργεί το CNC 57 -Ορισμός του αριθμητικού ελέγχου (NC) -Ιστορική εξέλιξη του αριθμητικού ελέγχου Η εξέλιξη της τεχνολογίας NC CNC DNC -Που χρησιμοποιούνται οι εργαλειομηχανές CNC 1.2.1.1. Στόχοι 62 1.2.1.2. Βασικές αρχές αριθμητικού ελέγχου 62 1.2.2. Έλεγχος των εργαλειομηχανών 67 1.2.2.1. Πρακτικές πλευρές του ελέγχου των εργαλειομηχανών CNC 67 1.2.2.2. Έλεγχος της ταχύτητας της ατράκτου 67 1.2.3. Προγραμματισμός εργαλειομηχανών CNC 68 1.2.3.1. Προγραμματισμός με κώδικες 68 1.2.3.2. Συμπεράσματα 72 1.2.4. Σετάρισμα κοπτικών εργαλείων 72 1.2.4.1. Εισαγωγή 72 1.2.4.2. Σετάρισμα μήκους 72 1.2.4.3. Αντιστάθμιση ακτίνας 75 Σελ.4 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 1.3. CAD 76 1.3.1. Εισαγωγή στα συστήματα CAD-Γεωμετρική μοντελοποίηση 76 1.3.2. Κατηγορίες συστημάτων CAD 78 1.3.2.1. 2-D συστήματα 78 1.3.2.2. 3-D συστήματα 80 1.3.3. Μοντέλα σύρματος W iref rame modeler 81 1.3.4. Μοντέλα επιφανειών Surf ace modeler 90 1.3.4.1 90 1.3.4.2 92 1.3.5. Στερεά μοντέλα Solid modeler 98 1.3.5.1. Χαρακτηριστικές ιδιότητες 98 1.3.5.2. Γενικές μέθοδοι κατασκευής 98 Σχεδιασμός με στοιχειώδη σώματα 99 Σχεδιασμός με γραμμική σάρωση (sweeping) επίπεδων επιφανειών 100 Σχεδιασμός με περιστροφική σάρωση επιπέδων επιφανειών 101 Σχεδιασμός με σάρωση ολοκλήρων σωμάτων 103 Σχεδιασμός με σύνθεση από περισσότερες όψεις 103 1.3.5.3. Λειτουργίες συν όλων Boolean operations 104 1.3.5.4. Τοπικές μεταβολές 105 2. ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΥΜΒΑΤΙΚΗΣ ΜΟΝΤ ΕΛΟΠΟΙΗΣΗΣ 107 2.1. Στερεά μοντελοποίηση Solid modeling 107 2.1.1. Constructiv e Solid Geometry (CSG) 108 2.1.2. Τρόπος αναπαράστασης μοντέλου 110 2.1.3. Χρησιμοποιούμενοι αλγόριθμοι 2.2. Οριακή αναπαράσταση Boundary Representation (B-Rep) 113 2.2.1. Τρόπος αναπαράστασης μοντέλου 113 2.2.2. Χρησιμοποιούμενοι αλγόριθμοι 114 2.3. Υβριδικά συστήματα Hybrid systems 116 2.4. Εν οποιημένη παραγωγή με Η/Υ 120 2.5. Τεχνική μελέτη με τη βοήθεια υπολογιστή Computer aided engineering(CAE) 120 2.5.1. Εισαγωγή 120 2.5.2. Σχεδιασμός προϊόντος με τη χρήση υπολογιστή 121 2.6. Συστήματα CAD (Hardware) 121 2.7. Λογισμικό CAD (Software) 122 Σχεδιασμός διεργασιών με τη βοήθεια υπολογιστή Computer aided process 2.8. planning (CAPP) 122 Τεχνολογία ομαδοποίησης και σχεδιασμός διεργασιών Group technology 2.8.1. and process planning 123 Η χρήση υπολογιστών στο σχεδιασμό των διεργασιών παραγωγής Process 2.8.2. planning 126 2.9. Επεξηγήσεις όρων 127 3. ΕΓΧΕΙΡΙΔΙΟ ΕΡΓΑΛΕΙΟΜΗΧΑΝΗΣ EMCO 128 Σελ.5 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.1. Τεχνικά χαρακτηριστικά της μηχανής 129 Addresses G-Codes M-Codes Cycles 3.2. Τεχνικά χαρακτηριστικά W inNC GE FANUC σειρά 0/21-Μ 133 Addresses G-Codes M-Codes Cycles Συμβολισμοί-πλήκτρα (κλειδιά) μηχαν ής (Programming in Heidenhain Plain 3.3. Text Dialog) 136 Programming according to ISO/DIN LABYRINT H 3.4. ΦΥΛΛΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ CNC-1 141 CNC-EXAMPLES (notes) 3.4.1. ΦΥΛΛΟ ΣΧΕΔΙΑΣΕΙΣ ΠΡΟΪΟΝΤΟΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ CNC-1 143 CNC-EXAMPLES (drawing) 3.4.2. ΜΕΛΕΤΗ ΑΝΑΦΟΡΑΣ ΠΡΟΪΟΝΤΟΣ CNC-1 145 CNC-EXAMPLES (adjustment sheet) 3.4.3. ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑ ΕΡΓΑΛΕΙΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ CNC-1 147 CNC-EXAMPLES (production sheet) 3.4.4. ΦΥΛΛΟ ΡΥΘΜΙΣΕΙΣ ΕΡΓΑΛΕΙΩΝ CNC-1 149 CNC-EXAMPLES (CNC-programme) 3.4.5. ΦΥΛΛΟ ΠΡΟΪΟΝΤΟΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ CNC-1 151 3.4.6. ΦΥΛΛΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΥ ΠΡΟΪΟΝΤΟΣ Α’ CNC-1 153 3.4.7. ΦΥΛΛΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΥ ΠΡΟΪΟΝΤΟΣ Β’ CNC-1 155 FOOT BALL SYMBOL 3.5. ΦΥΛΛΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ CNC-2 157 CNC-EXAMPLES (notes) 3.5.1. ΦΥΛΛΟ ΣΧΕΔΙΑΣΕΙΣ ΠΡΟΪΟΝΤΟΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ CNC-2 159 CNC-EXAMPLES (drawing) 3.5. ΦΥΛΛΟ ΣΧΕΔΙΑΣΕΙΣ ΠΡΟΪΟΝΤΟΣ (ΛΕΠΤΟΜΕΡΕΙΑ) CNC-2 161 CNC-EXAMPLES (adjustment sheet) 3.5.3. ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑ ΕΡΓΑΛΕΙΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ CNC-2 163 CNC-EXAMPLES (production sheet) DESK T RAY 3.6. ΦΥΛΛΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ CNC-3 165 CNC-EXAMPLES (notes) 3.6.1. ΦΥΛΛΟ ΣΧΕΔΙΑΣΕΙΣ ΠΡΟΪΟΝΤΟΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ CNC-3 167 CNC-EXAMPLES (drawing) Σελ.6 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.6.2. ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑ ΕΡΓΑΛΕΙΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ CNC-3 169 CNC-EXAMPLES (adjustment sheet) 3.6.3. ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑ ΕΡΓΑΛΕΙΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ CNC-3α 171 3.6.4. ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑ ΕΡΓΑΛΕΙΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ CNC-3β 173 3.6.5. ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑ ΕΡΓΑΛΕΙΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ CNC-3γ 175 BOTTLE OPENER 3.7. ΦΥΛΛΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ CNC-4 177 CNC-EXAMPLES (notes) 3.7.1. ΦΥΛΛΟ ΣΧΕΔΙΑΣΕΙΣ ΠΡΟΪΟΝΤΟΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ CNC-4 179 CNC-EXAMPLES (drawing) 3.7.2. ΦΥΛΛΟ ΣΧΕΔΙΑΣΕΙΣ ΠΡΟΪΟΝΤΟΣ (ΛΕΠΤΟΜΕΡΕΙΑ) CNC-4 181 CNC-EXAMPLES (drawing) 3.7.3. ΦΥΛΛΟ ΣΧΕΔΙΑΣΕΙΣ ΠΡΟΪΟΝΤΟΣ (ΛΕΠΤΟΜΕΡΕΙΑ) CNC-4 183 CNC-EXAMPLES (drawing) 3.7.4. ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑ ΕΡΓΑΛΕΙΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ CNC-4 185 CNC-EXAMPLES (adjustment sheet) 3.7.5. ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑ ΕΡΓΑΛΕΙΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ CNC-4α 187 3.7.6. ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑ ΕΡΓΑΛΕΙΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ CNC-4β 189 3.8. Πληροφορίες παρελκόμενων 191 3.8.1. Εργαλεία συγκράτησης απάρτιων 193 3.8.2. Τσοκ σύσφιξης εργαλείων 194 3.8.3. Εργαλεία κοπής 195 3.8.4. Όργανα μετρήσεις αναφορών 197 3.8.5. Πάγκος εργασίας 198 3.8.6. Παρελκόμενα μηχανής CNC-emco PC MILL 55 199 4. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 204 Σελ.7 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 1. ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΤΥΠΟΠΟΙΗΣΗΣ 1 .1 . Ταχεία μέθοδος κατασκευής πρωτοτύπων Rapid prototyping Μέθοδος ταχείας κατασκευής πρωτοτύπων Ο ανταγωνισμός και οι απαιτήσεις της παραγωγής σήμερα δημιουργούν την ανάγκη ελαχιστοποίησης του χρόνου που χρειάζεται από τη σύλληψη της ιδέας ενός νέου προϊόντος έως ότου αυτό εμφανιστεί στην αγορά. Τα προϊόντα της εποχής μας γίνονται ολοένα πιο σύνθετα, προϋποθέτοντας την ύπαρξη αυξημένου εξοπλισμού για την υλοποίηση ενός πρωτότυπου μοντέλου. Οι συμβατικοί τρόποι κατεργασίας απαιτούν ίσως βδομάδες για την κατασκευή ενός πρωτοτύπου. Μια ακόμη δυσκολία αποτελεί η αυξανόμενη πολυπλοκότητα της γεωμετρίας των σημερινών προϊόντων. Σχήμα 1.1: Διάγραμμα ροής της εξέλιξης της Τεχνολογίας Ταχείας Κατασκευής Πρωτοτύπων ή RPT (Rapid Prototyping Technology). Το κλειδί της γρήγορης παραγωγής πρωτοτύπων και της συμπίεσης του χρόνου κατασκευής τους είναι η Τεχνολογία Ταχείας Σελ.8 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Κατασκευής Πρωτοτύπων RPT (Rapid Prototyping Technology). Την προηγούμενη δεκαετία ένας μεγάλος αριθμός νέων τεχνολογιών αναπτύχθηκαν με στόχο να δώσουν τη δυνατότητα, ώστε η σύλληψη μιας ιδέας να μεταμορφωθεί σε ένα στέρεο πρωτότυπο σε μικρό χρονικό διάστημα. Σύμφωνα με τον J. M. Pacheco: «Η μέθοδος κατασκευής πρωτοτύπων κατατάσσεται σε τρεις κατηγορίες. Κατασκευή με αφαίρεση υλικού, κατασκευή με πρόσθεση υλικού και κατασκευή με συμπίεση υλικού». Στην κατηγορία της αφαίρεσης υλικού υπάγονται τα συστήματα στα οποία από την κατεργαζόμενη πρώτη ύλη αφαιρούνται τμήματα μέχρι να αποκτήσει το επιθυμητό σχήμα. Στη μέθοδο με πρόσθεση υλικού το πρωτότυπο δημιουργείται από την συνένωση σωματιδίων πρώτης ύλης σε στρώσεις. Στην τρίτη κατηγορία ημίρρευστο ή υγρό υλικό συμπ ιέζεται στο επιθυμητό σχήμα και στη συνέχεια σκληραίνεται ή στερεοποιείται. Η RPT με πρόσθεση υλικού κατατάσσεται σε τρεις κύριες κατηγορίες σύμφωνα με το είδος του υλικού που χρησιμοποιείται, την κατηγορία των φωτοπολυμερών, των θερμοπλαστικών και των συγκολλημένων υλών. Τα συστήματα RPT φωτοπολυμερών στερεοποιούν υγρά φωτοπολυμερή (π.χ. μείγμα ακρυλικών εστέρων και εποξικών ρητινών, εταιρεία GIBA-GEIGY) ελέγχοντας την έκθεσή τους σε ακτινοβολία συγκεκριμένων μήκους κύματος (π.χ. υπεριώδη ακτινοβολία UV). Τα συστήματα RPT θερμοπλαστικών λιώνουν στέρεο υλικό, το οποίο συνενώνεται με την ψύξη. Τέλος τα συστήματα RPT συγκόλλησης συνενώνουν το υλικό το οποίο δημιουργούν το πρωτότυπο (δηλ. χαρτί, πλαστικά ή σύνθετα υλικά). (Ref. J. M. Pacheco, 1993). 1.1.1. CAD και RPT Τα συστήματα RPT, για να παραγάγουν ένα πρωτότυπο έχουν σαν βασική προϋπόθεση την ύπαρξη μοντέλου σχεδιασμένου με την βοήθεια Η/Υ (μοντέλο CAD). Το μοντέλο CAD είναι η γεωμετρική αναπαράσταση ενός στερεού ή μιας τρισδιάστατης επιφάνειας με ηλεκτρονικό τρόπο σε μορφή αρχείου. Τα συστήματα RPT παράγουν πραγματικά στερεά από τα ηλεκτρονικά αυτά μοντέλα. Όπως αναφέρει ο P. F. Jacobs, θα μπορούσαν να ονομαστούν απλά μηχανές αναπαραγωγής τρισδιάστατων αντιτύπων (Ref. P.F. Jacobs, 1992). Είναι σημαντικό ακόμη να κατανοηθεί ότι όταν ένα μοντέλο CAD είναι ανακριβές, το αναπαραγόμενο πρωτότυπο θα είναι και αυτό με τη σειρά του ανακριβές (Ref. T. B. Heller, 1991). Σελ.9 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 1.2: Τυπικό μοντέλο CAD δημιουργημένο από επιφάνειες. Σχήμα 1.3: Τυπικό στερεό μοντέλο CAD. Τα συστήματα RPT απαιτούν τροφοδότηση από CAD μοντέλα, τα οποία πρέπει να είναι απόλυτα ορισμένα. Αυτό γιατί κατά την επεξεργασία των γεωμετρικών στοιχείων του μοντέλου το σύστημα RPT δημιουργεί κλειστές περιοχές και διαχωρίζει το εσωτερικό από το εξωτερικό του μοντέλου. Με άλλα λόγια το μοντέλο CAD πρέπει να είναι σαφώς ορισμένο κλειστό σε όγκο μοντέλο (Ref. J. M. Pacheco, 1993). Υποθέτοντας ότι θα ήταν δυνατόν να τμηθεί ένα μοντέλο CAD στο οριζόντιο επίπεδο από μία λεπίδα, η λεπίδα θα προχωρούσε κόβοντας αρχικά την εξωτερική επιφάνεια και εισχωρώντας μέσα στη μάζα του, θα έτεμνε κάθε εσωτερική λεπτομέρεια, μέχρι να βγει από την αντίθετη μεριά του μοντέλου. Το αποτέλεσμα αυτής της τομής θα ήταν μια ή και περισσότερες κλειστές επ ίπεδες επ ιφάνειες. Αυτές οι κλειστές επίπεδες επιφάνειές επ ιτρέπουν την πλήρη κατανόηση των κλειστών όγκων του μοντέλου. Το σχήμα 1.4 είναι ένα απλό παράδειγμα τομής μιας κούπας καφέ. Σελ.10 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 1.4: Παράδειγμα τομής ενός μοντέλου CAD και δημιουργίας της επιφάνειας της τομής. Από τις συντεταγμένες των εξωτερικών επιφανειών κάθε οριζόντιας τομής παράγεται, μέσω ειδικών αλγορίθμων, σταυρωτή διαγράμμιση που στερεοποιεί τις περιοχές μεταξύ των ορίων του πρωτότυπου (Σχήμα 1.5). Αν η γεωμετρία του κομματιού δεν είναι απόλυτα κλειστή λόγω έλλειψης ολοκλήρων επιφανειών ή κακής συναρμογής ακμών που δεν συνδέονται, τότε, δημιουργούνται προβλήματα, που έχει να αντιμετωπ ίσει και να επ ιλύσει το λογισμικό του εκάστοτε συστήματος RPT. Ετσι η κατασκευή του πρωτοτύπου επηρεάζεται αρνητικά αφήνοντας ανοίγματα και ατέλειες στην επιφάνειά του. Σχήμα 1.5: Τοπική διαγράμμιση κατά άξονες Χ-Υ με λεπτομέρεια των ορίων του κομματιού. Η περιγραφή των στερεών αντικειμένων δεν εξαρτάται μόνο από τα όρια της εξωτερικής τους επ ιφάνειας, πρέπει να μεταβιβαστεί και ο προσανατολισμός των στερεών περιοχών. Τα όρια των μοντέλων χρησιμοποιούνται για να αναγνωριστεί ο προσανατολισμός της μάζας του μοντέλου προσδιορίζοντας τις πληροφορίες επ ιφανείας (Σχήμα 1.6). Λανθασμένα στοιχεία, όπως τοιχώματα μηδενικού πάχους ή αλληλοσυγκρινόμενες περιστρεφόμενες επιφάνειες (Σχήμα 1.7), οδηγούν σε ανέφικτους σχηματισμούς που ονομάζονται ταινίες Mobious. (Ref. SLA-190/250 User Guide, 1991). Σχήμα 1.6: Περιγραφή κανονικής επιφάνειας. Σελ.11 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 1.7: Περιστρεφόμενες επιφάνειες Στα τρισδιάστατα συστήματα CAD δημιουργίας επιφανειών, αρχικά κατασκευάζονται δυσδιάστατες κατατομές, οι οποίες εξωθούνται (extruded), καμπυλώνονται (revolve), περιστρέφονται (swept) ή και ενώνονται μεταξύ τους (blend), ώστε να δημιουργήσουν την επιθυμητή τελική επιφάνεια (Σχήμα 1 .8 ) . α. Εξώθηση επιφάνειας β. Περιστραμμένη επ ιφάνεια γ. Καμπυλωμένη επιφάνεια δ. Ένωση επιφανειών Σελ.12 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 1.8: Επιφάνειες που έχουν υποστεί α) εξώθηση, β) περιστροφή, γ) καμπύλωση και δ) στο τελευταίο σχήμα έχουν ενωθεί. Η περιγραφή απλών επιφανειών μπορεί να γίνει με τη βοήθεια επιπέδων και άδειων κυλίνδρων (tabulated cylinders, σχήμα 1.8.1). Πιο πολύπλοκες επιφάνειες, προσδιορίζονται μέσω σχημάτων βασισμένων σε μαθηματική παρεμβολή, όπως οι καμπύλε Bezier (Σχήμα 1.8.2). Οι καμπύλες Bezier δημιουργούνται από την ένωση δύο σημείων με γραμμή. Το σχήμα αυτής της γραμμής ελέγχεται από τη θέση δύο επιπλέον σημείων, τα οποία μπορούν να μετακινηθούν κατά βούληση και να δημιουργήσουν την επιθυμητή καμπύλη. Στον προγραμματισμό CAD τα σημεία ελέγχου των καμπύλων Bezier ονομάζονται “handles” (λαβές), οι δε καμπύλες “splines”, (Ref. R. Mills, 1991). Σχήμα 1.8.1: Μια επιφάνεια τύπου tabulated cylinder Σελ.13 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 1.8.2: Μια καμπύλη τύπου Bezier Στα πιο εξελιγμένα συστήματα CAD ο έλεγχος του σχήματος των επιφανειών γίνεται μέσω των οντοτήτων NURBS (Nurbs defined entities). Παρόλο που τα τρισδιάστατα συστήματα CAD που χειρίζονται επιφάνειες μπορούν να δημιουργήσουν ακριβή μαθηματικά όρια στις επιφάνειες, η ύπαρξη ανοιχτών επιφανειών είναι πιθανή, γιατί δεν είναι αναγκαίο τα μοντέλα που δημιουργούνται από επιφάνειες (surface models) να είναι τελείως κλειστά. Πιο συγκεκριμένα, μια επιφάνεια μπορεί να προεκταθεί πέραν των ορίων του μοντέλου, χωρίς να δημιουργηθεί πρόβλημα, ενώ στα αντίστοιχα CAD συστήματα που χειρίζονται στερεά (solid models) αυτό δεν είναι δυνατόν, καθώς μηνύματα λάθους (warning messages) θα εμφανιστούν στο χειριστή του συστήματος. Τα τρισδιάστατα συστήματα επιφανειών CAD δημιουργούν επιφάνειες μηδενικού πάχους, οι οποίες χρησιμοποιούνται στην κατασκευή του εκάστοτε μοντέλου. Η χρήση αυτού του μοντέλου από τα συστήματα RPT προϋποθέτει την συρραφή “sewing” των εφαπτόμενων επιφανειών που απαρτίζουν το μοντέλο και τη μετατροπή τους σε ένα κλειστό συνεχές κέλυφος που περικλείει τον επ ιθυμητό όγκο. Σε αυτή τη μέθοδο ο χρήστης πρέπει επίσης να προσδιορίσει π ια πλευρά του κελύφους περικλείει τη μάζα του κομματιού. Πρόσθετα, σε μερικές π εριπτώσεις, μερικές επ ιφάνειες δημιουργίας του μοντέλου που συνορεύουν, ενώ τέμνονται, προεκτείνονται πέραν της τιμής τους. Τα πλεονάζοντα αυτά τμήματα πρέπει να αφαιρούνται. Αυτή η διαδικασία στα συστήματα CAD αναφέρεται σαν “trimming”. Στο σχήμα 1.9 φαίνεται η συρραφή “sewing” και η ρύθμιση “trimming” αλληλοτεμνόμενων επιφανειών ενός τυπικού τρισδιάστατου μοντέλου. Παρόλο που τα τρισδιάστατα συστήματα CAD που επεξεργάζονται επ ιφάνειες απαιτούν περισσότερη εργασία από αυτά επεξεργασίας στερεών, έχουν καλύτερη δυνατότητα περιγραφής πολύπλοκων επιφανειών. Από την άλλη μεριά τα τρισδιάστατα συστήματα στερεών περιγράφουν με μεγαλύτερη ευκολία τις εσωτερικές λεπτομέρειες ενός κομματιού, όπως κοιλότητες ή τρύπες. Σήμερα στα πιο εξελιγμένα συστήματα CAD, όπως (CATIA, I-DEAS. Pro/Engineer, CV CADDS 5, κ.λ.π.), (Ref. Silicon Graphics, Inc., 1990), υπάρχει η δυνατότητα δημιουργίας μοντέλων με συνδυασμό των δύο μεθόδων, δηλαδή και με επιφάνειες και με στερεά. Σελ.14 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Τα CAD συστήματα τρισδιάστατου μοντελισμού με στερεά ικανοποιούν τις απαιτήσεις των συστημάτων RPT καλύτερα από τα CAD συστήματα επιφανειών. Αυτό το συμπέρασμα εξάγεται από την αρχική απαίτηση της περιγραφής ενός μοντέλου με απόλυτη σαφήνεια των λεπτομερειών του, που την ικανοποιούν καλύτερα τα CAD συστήματα στερεών (Ref. P.F. Jacobs, 1992). Όπως αναφέρουν οι R.J. Donahue και R. S. Turner ένα στερεό μοντέλο μπορεί να περιγραφεί σαν ένας γεωμετρικός κλειστός όγκος. Αυτός ο όγκος αναπαρίσταται γραφικώς μέσω καμπύλων και επιφανειών, όπως επίσης και μη γραφικώς μέσω της δομής ενός τοπολογικού δένδρου, το οποίο προσδιορίζει ορθολογικά τη δομή του μοντέλου και αυτή η δυνατότητα ενυπάρχει μόνο στα στέρεα μοντέλα (Ref R.J. Donahue και R. S. Turner, 1991) . Με άλλα λόγια ο μοντελισμός με στερεούς όγκους αναπαριστά το κομμάτι σαν στερεό αντικείμενο. Στο επόμενο σχήμα φαίνονται οι επιφάνειες πριν και μετά τη συνένωση και τη ρύθμιση. Σελ.15 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 1.9: Τυπική συρραφή “sew” και ρύθμιση “trim” τεμνόμενων επιφανειών σε ένα τρισδιάστατο μοντέλο επιφανειών Τα υπολογιστικά δεδομένα που αναφέρθηκαν πιο πάνω δίνουν την ακριβή θέση και σύνδεση όλων των επιμέρούς επιφανειών που συνθέτουν ένα αντικείμενο (σχήμα 1.9.1). Σε κάθε ανεξάρτητη επιμέρους επ ιφάνεια προσδιορίζεται ο προσανατολισμός της σε σχέση με τη μάζα του μοντέλου και έχει διεύθυνση πάντα από το μοντέλο προς τα έξω. Σε περίπτωση ρήξης της κλειστής επ ιφάνειας του σχεδιαζόμενου μοντέλου, μηνύματα λάθους ειδοποιούν το σχεδιαστή. Όπως προσδιορίζεται από την Τεχνολογική επιθεώρηση CAD/CAM/CAE της Silicon Graphics, Inc., τα περισσότερα υπάρχοντα συστήματα CAD διαθέτουν υβρίδια μαθηματικών αλγόριθμων για τη διευκόλυνση του μοντελισμού στερεών. Σελ.16 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 1.9.1: Πλήρης περιγραφή ενός τετραέδρου Σελ.17 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Ειδικότερα: Constructive Solid Geometry (CSG), δηλαδή οικοδόμηση μέσω γεωμετρικών στερεών, όπου χρησιμοποιούνται απλά γεωμετρικά σώματα, όπως κύβοι, σφαίρες, κώνοι σαν βασικά δομικά στοιχεία. Αυτά τα στοιχεία συνδυάζονται μέσω απλών πράξεων της άλγεβρας Bool, όπως ένωση, διαφορά, τομή. Η ιεραρχική αναπαράσταση καταγράφεται στο ιεραρχικό δέντρο, η σχεδιαστική κατασκευαστική διαδικασία (constructive solid geometry), (δηλαδή κρατιέται στο ιεραρχικό δέντρο) (Ref. Silicon Graphics Inc., 1990). Τα συστήματα αναπαράστασης εξωτερικών επιφανειών (boundary representation (BREP) systems) βασίζονται σε πολυώνυμα ή NURBS (non- uniform rational B-splines). Τα NURBS είναι ακριβής μαθηματική περιγραφή γεωμετρίας που επιτρέπουν τον εύκολο χειρισμό στις δύο ή τρεις διαστάσεις απλών ή πολύπλοκων επιφανειών (Ref. Silicon Graphics Inc., 1990). Προσέγγιση γεωμετρίας με επίπεδα τμήματα (faceted approximation) είναι η τεχνική στην οποία η επιφάνεια του στερεού χωρίζεται σε επ ίπεδα τ μ ή μ ατ α. Τα επίπεδα αυτά είναι συνήθως τρίγωνα ή τετράπλευρα. Αυξάνοντας την πυκνότητα αυτών των επιπέδων η προσέγγιση της γεωμετρίας των καμπύλων επιφανειών γίνεται καλύτερη. Σαν δυσδιάστατο παράδειγμα μπορεί να αναφερθεί η προσέγγιση κύκλου από διαδοχικά ευθύγραμμα τμήματα (Ref. Silicon Graphics Inc., 1990), δηλαδή ο κύκλος προσεγγίζεται από ένα πολύγωνο. Χαρακτηριστική διαφορά μεταξύ συστημάτων CAD είναι ο τρόπος σύνθεσης των επιμέρους γεωμετρικών τμημάτων που απαρτίζουν το μοντέλο. Υπάρχουν συστήματα που βασίζονται στη σύνθεση χαρακτηριστικών γνωρισμάτων του μοντέλου (featured based models), όπως οπές, σχισμές, πλευρές, κελύφη, οι δε χρήστες αυτών των συστημάτων καλούνται να σκεφτούν σαν μηχανικοί στη σύνθεση του μοντέλου. Από την άλλη μεριά υπάρχουν συστήματα που βασίζονται στη σύνθεση απλών γεωμετρικών στερεών για τη δημιουργία των μοντέλων, προϋποθέτουν, όμως τη εξοικείωση των χρηστών τους με την άλγεβρα Bool (Boolean model) και καλούνται να σκέφτονται με μαθηματικό τρόπο για τη σύνθεση των μοντέλων. Η πρωταρχική διαφορά στις δύο αυτές κατηγορίες συστημάτων είναι ότι τα μεν συστήματα που συνθέτουν μοντέλα βασίζονται στα χαρακτηριστικά γνωρίσματα διατηρούν το συσχετισμό μεταξύ των χαρακτηριστικών αυτών, γατί έτσι προγραμματίζονται και τροποποιούνται εύκολα (σχήμα 1.10), ενώ τα συστήματα που διαχειρίζονται τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά μέσω πράξεων της άλγεβρας Bool δεν τροποποιούνται εύκολα. Σβησίματα και επανακαθορισμός των γεωμετρικών χαρακτηριστικών συχνά οδηγεί σε λάθη και αποτυχίες. Σελ.18 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 1.10: Παράδειγμα διαφοράς μεταξύ Feature Based και Model Boolean Model μετά από σβησίματα και επανακαθορισμό του μοντέλου σε σχέση με τη διατήρηση του συσχετισμού των γεωμετρικών χαρακτηριστικών του μοντέλου. Συστήματα μοντελισμού CAD που χρησιμοποιούνται ευρύτατα στη βιομηχανία σήμερα : Parametric Technologies Pro/ENGINEER Microstation (Intergraph) ME-30 (Hewlett-Packard) Dassault Systems CATIA SDRC I-DEAS Unigraphics (EDS) Alias Research, Inc. Alias Designer 1.1.2. Το ενδιάμεσο αρχείο (Interface) τροφοδοσίας της στερεολιθογραφίας (STL) Τα αρχεία που δημιουργούν τα διάφορα πακέτα CAD χρειάζεται να μετατραπούν σε ένα ενδιάμεσο αρχείο τύπου STL, μετατρέπουν μέσω ενός προκαθορισμένου τρόπου τα στοιχεία της γεωμετρίας των μοντέλων CAD, ώστε να γίνονται κατανοητά από τα συστήματα RPT (Ref. P. F. Jacobs, 1992) . Αυτός ο τρόπος διαμόρφωσης των στοιχείων της γεωμετρίας πρωτοεπινοήθηκε και αναπτύχθηκε για την 3D Systems Inc., Stereolithography system (SLA) από την ομάδα Albert Consulting Group. Η μετατροπή του αρχείού ενός μοντέλου σε αρχεία STL βασίζεται στην ψηφοποίηση της επιφάνειας του μοντέλου και την περιγραφή της σαν ένα πολύεδρο (αυτή η μέθοδος ακολουθείται από πολλά πακέτα Σελ.19 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ στερεού μοντελισμού CAD). Οι ακριβείς επ ιφάνειες των μοντέλων (δημιουργημένες σαν CSG ή NURBS) ψηφοποιούνται και προσεγγίζονται μέσω επιπέδων και ευθυγράμμων τμημάτων (Σχήμα 1.11). Σχήμα 1.11: Ψηφιοποιημένο CAD μοντέλο Οι επίπεδες επιφάνειες μπορούν να περιγραφούν επακριβώς από τριγωνικές έδρες γιατί αυτές μπορούν να ταυτίζονται με τα επίπεδα τμήματα της επιφάνειας του μοντέλου (Σχήμα 1.12). Σχήμα 1.12: Τριγωνισμός επίπεδων επιφανειών Οι καμπύλες επ ιφάνειες αποτελούν βασικό πρόβλημα μετατροπής του αρχικού αρχείου σε αρχείο STL (Σχήμα 1.13). Σελ.20 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 1.13: Τριγωνισμός καμπύλων επιφανειών Ο αριθμός των εδρών που χρησιμοποιούνται για να αναπαραστήσουν μια καμπύλη επιφάνεια επιδρά στην ακρίβεια της προσέγγισής της (Σχήμα 1.14). Σχήμα 1.14: Ακρίβεια καμπύλης επιφάνειας σε σχέση με τον αριθμό των τριγώνων εδρών που χρησιμοποιούνται. Η ακρίβεια εξαρτάται από την απόκλιση μεταξύ της επιφάνειας που δημιούργησε το πρόγραμμα CAD και της πολύεδρης επιφάνειας που δημιούργησε η μετατροπή της σε αρχείο STL. Η ακρίβεια αυτή ελέγχεται από δύο παραμέτρους, το ύψος χορδής και τον έλεγχο γωνίας (Σχήμα 1.15). Ύψος χορδής ορίζεται η μέγιστη απόσταση μεταξύ της χορδής που δημιουργείται από τη μετατροπή και της πραγματικής επ ιφάνειας του μοντέλου. Μικρότερη απόκλιση από την πραγματικήΣελ.21 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ επιφάνεια επιτυγχάνεται, όταν το ύψος της χορδής μειώνεται. Σχήμα 1.15: Παράμετροι που ελέγχουν την απόκλιση από την πραγματική επιφάνεια του μοντέλου. Το ύψος χορδής (μέγιστη απόλυτη απόκλιση από την επιφάνεια του μοντέλου). Ο έλεγχος γωνίας ρυθμίζει και δίνει πρόσθετη βελτίωση σε καμπύλες με μικρή ακτίνα. Για παράδειγμα σε σχέση με το μέγεθος του μοντέλου, αν σε ένα σφαιρικό αντικείμενο υπάρχει μια εσοχή πολύ μικρής ακτίνας (Σχήμα 1.16), το ψηφοποιημένο αποτέλεσμα μπορεί να έχει πολύ μικρό γεωμετρικό προσδιορισμό. Σχήμα 1.16: Τυπικό παράδειγμα ελέγχου γωνίας Τα αρχεία STL αποτελούνται από τριάδες συντεταγμένων Χ, Υ, Ζ του χώρου που είναι κορυφές τριγώνων. Τα τρίγωνα αυτά περιγράφουν την κλειστή επιφάνεια των τρισδιάστατων μοντέλων CAD (Σχήμα 1.17). Η δυνατότητα δημιουργίας αρχείων STL δεν προϋποθέτει την αγορά ενός ολοκληρωμένου συστήματος RPT. Εταιρείες πώλησης πακέτων CAD ή ανεξάρτητοι οίκοι ανάπτυξης λογισμικού μπορούν να προμηθεύσουν «μεταφραστικό» λογισμικό μετατροπής CAD αρχείων σε STL. Σελ.22 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 1.17: Ένα τυπικό αρχείο STL. 1.1.3. Δομή υποστήριξης των πρωτοτύπων Κοινό χαρακτηριστικό των συστημάτων RPT είναι η αναγκαιότητα της ύπαρξης δομής υποστήριξης για την ορθή κατασκευή των πρωτοτύπων. Η δομή υποστήριξης έχει την ίδια λογική με τα εξαρτήματα συγκράτησης των κομματιών (εργαλειοδέτες) που κατεργάζονται μηχανουργικά. ΤΑ υποστηρίγματα αυτά είναι συνήθως λεπτά τοιχώματα σε διάταξη τετραγωνισμένου πλέγματος ή ιστού (Σχήμα 1.18). Σελ.23 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 1.18: Τυπική διάταξη δομής υποστήριξης πρωτοτύπου. Εργαλειοδέτης Η δομή υποστήριξης είναι απαραίτητη για τους εξής λόγους : Συγκρατεί το κομμάτι στη θέση του κατά τη διάρκεια της κατασκευής του. Ελαχιστοποιεί ή και εξαλείφει παραμορφώσεις της βάσης, όπου κατασκευάζεται το πρωτότυπο (πλατφόρμα). Διευκολύνει την απομάκρυνση του κομματιού από την πλατφόρμα, όταν ολοκληρωθεί η κατασκευή. Συγκρατεί τμήματα της γεωμετρίας του κομματιού που «κρέμονται» ή δεν συνδέονται με την κύρια μάζα του μοντέλου από την αρχή της διαδικασίας κατασκευής. Σελ.24 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Μερικά συστήματα RPT παρέχουν λογισμικό που αξιολογεί τα αρχεία STL και δημιουργεί αυτόματα τα υποστηρίγματα που υπολογίζει σαν απαραίτητα (Ref. X. Yan, P. Gu. 1996). Υπάρχουν συστήματα RPT που χρησιμοποιούν λογισμικό τρίτων εταιρειών για την κατασκευή τα ων απαραίτητων υποστηριγμάτων. Η Solar Concepts (Los Angeles, CA) διαθέτει τέτοιο λογισμικό, γνωστό ως Bridgeworks. Άλλα πάλι συστήματα RPT δεν χρειάζονται λογισμικό δημιουργίας δομής υποστήριξης (π.χ. Selective Laser Sintering), γιατί χρησιμοποιούν το ακατέργαστο υλικό από το οποίο δημιουργείται το πρωτότυπο σαν υποστήριγμα (Ref. T.K. Ulrich, D.J.Eppinger, 1995, C.Q. Turtle, 1994). Μερικά συστήματα RPT διαφημίζουν ότι δεν χρειάζονται απαραίτητα υποστηρίγματα (Ref. K. Nutt, 1991), αλλά, όταν απαιτούνται κλειστές ανοχές και δύσκολες γεωμετρίες, είναι γενικά αποδεκτό ότι η ύπαρξη υποστηριγμάτων επιβάλλεται (Ref. P.F. Jacobs, 1992) . 1.1.4. Συστήματα RPT που υπάρχουν διαθέσιμα στην αγορά Σύμφωνα με τον P.F. Jacobs σχεδόν όλα τα συστήματα ταχείας κατασκευής πρωτοτύπων λειτουργούν μέσω λογισμικού, ειδικά αναπτυγμένων που τεμαχίζει τρισδιάστατα μοντέλα CAD ως προς τον κατακόρυφο άξονα και δημιουργεί μια διαδοχική σειρά από λεπτά στρώματα. Από τα στρώματα αυτά προκύπτουν οι εντολές συντεταγμένων που οδηγούν τη μονάδα ελέγχου του συστήματος RPT. Ακόμα και ο P.F. Jacobs ισχυρίζεται ότι η 3D Systems, Inc., of Valencia, California πρώτη συνέλαβε, σχεδίασε, ανέπτυξε, παρήγε και πούλησε αυτή την τεχνολογία. Από το συνολικό αριθμό των συστημάτων ταχείας κατασκευής πρωτοτύπων που βρίσκονται σήμερα σε λειτουργία ανά τον κόσμο, το 90% έχει κατασκευαστεί από την 3D Systems. Από τα υπόλοιπα συστήματα RPT περίπου τα μισά χρησιμοποιούν τη μέθοδο της στερεολιθογραφίας. Συνεχίζοντας, ισχυρίζεται ότι η κατανόηση της λειτουργίας καθενός από αυτά τα συστήματα είναι ουσιαστικά περιττή, γιατί τα υπόλοιπα συστήματα RPT έχουν βασιστεί στις αρχές της στερεολιθογραφίας (Ref. P.F. Jacobs, 1992). Ο σχεδιασμός από το πανεπιστήμιο του LEEDS ενός CAD μοντέλου για την αξιολόγηση των διαθέσιμων τεχνολογιών ταχείας κατασκευής πρωτοτύπων, όπως αναφέρεται στην αναφορά CARP (Ref. CARP 1996), έδειξε τα ακόλουθα σημαντικά χαρακτηριστικά: Ακρίβεια διαστάσεων. Γεωμετρικές ανοχές ευθυγραμμίας, επιπεδότητας, κυκλικότητας κ.λ.π. Δυνατότητα κατασκευής τοιχωμάτων διαφορετικού πάχους. Δυνατότητα κατασκευής επιφανειών ελεύθερης μορφής. Δυνατότητα κατασκευής μικρών λεπτομερειών. Δυνατότητα κατασκευής εσωτερικών και εξωτερικών ραδίων διαφορετικού μεγέθους Ακρίβεια κατά το μέρος του κομματιού, όταν περιέχει επαναλαμβανόμενα χαρακτηριστικά Τα συμπεράσματα τα αναφοράς CARP ανάμεσα σταΣελ.25 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ συστήματα που έλεγξε απέδειξαν ότι δεν υπάρχει καθαρός νικητής στη βαθμολόγηση της κατασκευής δοθέντος εξαρτήματος, γιατί οι διάφορες τεχνικές έχουν αδυναμίες σε κάποιους τομείς, ενώ υπερέχουν σε άλλους. Τα κυρία συστήματα Ταχείας κατασκευής πρωτοτύπων που διατίθενται στο εμπόριο σήμερα είναι: Stereo lithography by 3D Systems, Valencia, California. Solid Ground Curing by Cubital, Israel. Selective Laser Sintering by DTM Corporation, Austin, Texas. Fused Deposition Modelling by Stratasys Inc., Eden Prairie, Minnesota. Laminated Object Manufacturing by Helisys Corporation, Torrance, California. Three Dimensional Printing by BPM Technology, Inc., Greenville, South Carolina. Three Dimensional Plotting by Saunders Prototype, Inc., W ilton, New Hampshire. Solid Imager Stereo lithography by Aaroflex, Inc., Fairfax, Virginia. JP Systems 5 Desktop Rapid Phototyping by Schroff Development Corporation, Mission, Kansas. Photo-making. Ballistic Particle Manufacturing (BPM). Light Sculpting – Photo solidification . DuPoint / Teijin Seiki – SOMOS/Soliform Sony – Solid Creation Systems (SCS). Mitsubhshi – Solid Object Ultra – Violet Laser Plotting Misui – Computer Operated Laser Active Modelling Electro – Optical Systems – Stereos 1.1.4.1. Στερεολιθογραφία από την 3D Systems, Valencia California To 1984 o Charles Hull επινόησε τη διαδικασία της κατασκευής εξαρτημάτων με τη μέθοδο της στερεολιθογραφίας. Δύο χρόνια αργότερα, το 1986, και αφού κατοχύρωσε την ιδία μαζί με τον Ray Freed, δημιούργησε την εταιρεία 3D Systems Inc. Η πρώτη συσκευή στερεολιθογραφίας που διατέθηκε στο εμπόριο παρουσιάστηκε στην έκθεση AutoFact το Νοέμβριο του 1987. Ήταν το πρώτο και το μόνο μέχρι εκείνη τη στιγμή σύστημα RPT που μπορούσε κανείς να αγοράσει. Επτά τύποι SLA διατίθενται σήμερα στο εμπόριο από την 3D Systems και είναι οι εξής: SLA-190/20 SLA- 250/30 SLA-250/40 (Δυνατότητα αλλαγής του δοχείου Vat που περιέχει τη ρητίνη) SLA-250/50 (Δυνατότητα αλλαγής του δοχείου Vat που περιέχει τη ρητίνη και σύστημα Zephyr Recoater για ευθυγράμμιση της στάθμης της ρητίνης) (Σχήμα 1.19) SLA-350/10 (Laser σταθερής κατάστασης) (Σχήμα 1.20) SLA-500/30 (Orion Imaging Technology) SLA-500/30H (Laser υψηλής ισχύος) (Σχήμα 1.21) Σελ.26 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Υπάρχουν σήμερα ανά τον κόσμο πάνω από 750 εγκατεστημένα συστήματα SLA. Σχήμα 1.19: SLA-250/50 (Αναπαραγωγή 3D Systems Corporation) Σχήμα 1.20: SLA-350/10 (Αναπαραγωγή 3D Systems Corporation) Σελ.27 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 1.21: SLA-500/30 (Αναπαραγωγή 3D Systems Corporation) Ο όρος στερεολιθογραφία (Stereolithography) που έχει δοθεί από την 3D Systems σημαίνει «τρισδιάστατη εκτυπωτική ή σχεδιαστική διαδικασία», προέρχεται από την ελληνική ρίζα στερεό- (Stereo), που έχει σχέση με τον χώρο στις τρεις διαστάσεις και τη λέξη λιθογραφία (lithography), που εννοεί τη διαδικασία εκτύπωσης (Ref. 3D Systems, SLA-250 Training Manual, 1997). Η μέθοδος της στερεολιθογραφίας μπορεί να χωριστεί σε τέσσερα βασικά επίπεδα: 1. Σχεδιασμός CAD 2. Προετοιμασία του κομματιού 3. Προετοιμασία της μηχανής και κατασκευή του πρωτοτύπου 4. Τελική επεξεργασία (φινίρισμα) του πρωτοτύπου μετά την κατασκευή. Ο σχεδιασμός του μοντέλου μπορεί να γίνει είτε σαν στερεό είτε σαν μοντέλο τρισδιάστατης κλειστής επιφάνειας από σύστημα CAD. Το αρχείο με το μοντέλο CAD μετατρέπεται στη συνέχεια στην προκαθορισμένη μορφή STL της στερεολιθογραφίας και τροφοδοτεί το σταθμό εργασίας που είναι συνδεδεμένος με το σύστημα της στερεολιθογραφίας. Σε αυτό το στάδιο η προετοιμασία του κομματιού περιλαμβάνει τα παρακάτω βήματα: 1. Έλεγχο του αρχείου STL 2. Τοποθέτηση μοντέλου στη σωστή θέση για την κατασκευή του. 3. Δημιουργία της δομής υποστήριξης. (Η δομή υποστύλωσης είναι απαραίτητη, όταν η τομή του μοντέλου περιέχει νησίδες ή ασύνδετες περιοχές υλικού. Αυτή η δομή απομακρύνεται προσεκτικά από το πρωτότυπο στην τελική επεξεργασία φινιρίσματος). 4. Δημιουργία των παραμέτρων που χρειάζεται στη διαδικασία της στερεολιθογραφίας. 5. Τερματισμός του μοντέλου σε στρώσεις και δημιουργία των αρχείων κατασκευής της μηχανής. (Το πάχος των στρώσεων κυμαίνεται μεταξύ 0,06mm και ο,50mm). Σελ.28 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Μετά την προετοιμασία του κομματιού, τα αρχεία κατασκευής του κομματιού, μεταφέρονται στον υπολογιστή ελέγχου του συστήματος μέσω δικτύου. Σε αυτό το σημείο αρχίζει η προετοιμασία της μηχανής και η διαδικασία κατασκευής. Η κατασκευή ξεκινάει από τον πάτο του κομματιού. Κατασκευαζόμενες οι στρώσεις διαδοχικά η μία μετά την άλλη, παράγουν ολόκληρο το στερεό πρωτότυπο. Με τη μέθοδο αυτή μπορούν να παραχθούν εξαρτήματα εξαιρετικής πολυπλοκότητας (Σχήμα 1.22) σε κλάσμα του χρόνου που θα χρειαζόταν με μια συμβατική μέθοδο κατασκευής πρωτοτύπου, όπως η κατεργασία με εργαλειομηχανές CNC. Σχήμα 1.22: Ολοκληρωμένη σύνθεση συναρμολογημένων εξαρτημάτων από πρωτότυπα στερεολιθογραφίας (Ανατύπωση από την 3D Systems) Ολοκληρωμένη σύνθεση συναρμολογημένων εξαρτημάτων Στο σχήμα 1.23 αναπαρίσταται σχηματικά διαδικασία της κατασκευής πρωτοτύπων με τη βοήθεια της στερεολιθογραφίας. Η συσκευή της στερεολιθογραφίας αποτελείται από τα παρακάτω βασικά Σελ.29 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ μέρη: Laser υπεριώδους ακτινοβολίας και τα συσχετιζόμενα οπτικά συστήματα εστίασης της δέσμης. Καθρέπτες κατεύθυνσης της ακτίνας του Laser. Δοχείο (VAT) που περιέχει το φωτοπολυμεριζόμενο υγρό υλικό. Σύστημα ευθυγράμμισης της επιφάνειας του υγρού. Σύστημα μετακίνησης του δοχείου κατά την κατακόρυφη διεύθυνση, με δυνατότητα βημάτων ίσων με το πάχος των στρωμάτων που έχουν δημιουργηθεί στο αρχείο κατασκευής του κομματιού. Οπτικά συστήματα εστίασης της ακτίνας Σύστημα σάρωσης κατά τις διευθύνσεις ΧΥ Στήριξη της πλατφόρμας Πολυμερισμένο μοντέλο δημιουργημένο από στρώσεις Υγρό φωτομονομερές Σχηματική αναπαράσταση της στερεολιθογραφίας της 3D και μεθοδολογία κατασκευής κομματιού (Ανατύπωση από Rapid News). Σελ.30 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 1.23: Σχηματική αναπαράσταση της κατασκευής κομματιού με τη μέθοδο της στερεολιθογραφίας (Αναπαράσταση από Tony Tansey. 1996) Η συσκευή Laserπου διαθέτει η στερεολιθογραφία είναι Ηλίου – Καδμίου ή ιονισμένου Αργού υπέρυθρης ακτινοβολίας. Η ακτίνα που εκπέμπει διευθύνεται από σύστημα καθρεπτών στις δύο διευθύνσεις (Χ, Υ) της επιφάνειας της ρητίνης που περιέχεται στον ειδικό δοχείο (vat). Όταν ξεκινάει η κατασκευή μέσα στη ρητίνη, ακριβώς κάτω από την επιφάνειά της βρίσκεται βυθισμένη η πλατφόρμα, όπου πάνω της στηρίζονται τα κομμάτια που κατασκευάζονται. Η πλατφόρμα είναι στερεωμένη σε σύστημα «ανελκυστήρα» και έχει τη δυνατότητα να κινείται κατά την κατακόρυφη διεύθυνση Ζ. Αρχικά, η ακτίνα Laser ακολουθώντας την πρώτη οριζόντια τομή του αρχείου CAD σαρώνει το πρώτο στρώμα του κατασκευαζόμενου κομματιού. Καθώς η υπέρυθρη ακτίνα αγγίζει την επιφάνεια της υγρής ρητίνης αρχίζει η διαδικασία πολυμερισμού της και συμβαίνει μόνο στις περιοχές που εκτίθενται στην ακτινοβολία. Το ποσοστό της ενέργειας που προσπίπτει και απορροφάται από το φωτοπολυμεριζόμενο υγρό καθορίζει το βαθμό και το βάθος στερεοποίησής του. Μόλις ολοκληρωθεί η στερεοποίηση του πρώτου στρώματος, το σύστημα του ανελκυστήρα βυθίζει την πλατφόρμα τόσο όσο είναι το πάχος ενός στρώματος. Καθώς βυθίζεται το στερεοποιημένο στρώμα της ρητίνης, καλύπτεται με νέα υγρή ρητίνη και ειδικό σύστημα ευθυγραμμίζει τη στάθμη της επιφάνειας. Η όλη διαδικασία επαναλαμβάνεται μέχρι να ολοκληρωθεί το κομμάτι. Ελέγχοντας τις παραμέτρους της ακτίνας του Laser (ταχύτητα κίνησης, εστίαση, ισχύς) ελέγχεται το βάθος διείσδυσης της ακτίνας στο προηγούμενα στερεοποιημένο στρώμα. Λόγω αυτής της διείσδυσης επ ιτυγχάνεται σύνδεση μεταξύ των διαδοχικών στρωμάτων. Ο ανελκυστήρας συνεχίζει να βυθίζεται στρώμα στρώμα, μέχρι να ολοκληρωθεί και το τελευταίο στρώμα του κομματιού που κατασκευάζεται. Με το τέλος της όλης διαδικασίας η πλατφόρμα αναδύεται από το δοχείο (vat) και αποκαλύπτεται το έτοιμο κομμάτι. Ο χρόνος που απαιτείται για την κατασκευή ενός κομματιού εξαρτάται από την πολυπλοκότητα και την ακρίβεια κατασκευής, η οποία Σελ.31 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ καθορίζεται από τον αριθμό των στρωμάτων που απαρτίζουν το κομμάτι. Η δυνατότητα κατασκευής του εσωτερικού όγκου του κομματιού σαν μια κυψελωτή δομή αντί συμπαγή μπορεί να μειώσει το χρόνο κατασκευής. Το υγρό που παγιδεύεται μέσα σε κοιλότητες ή ανάμεσα από τα τοιχώματα στη διάρκεια του σταδίου της επιπρόσθετης στερεοποίησης, που επιτυγχάνεται σε κατάλληλη συσκευή έκθεσης των τελειωμένων κομματιών, η οποία πολυμερίζεται σε υπέρυθρη ακτινοβολία. Το τελευταίο αυτό στάδιο συμπεριλαμβάνει τα ακόλουθα βήματα: Αφαίρεση κομματιού από την επιφάνεια της πλατφόρμας. Αποστράγγιση του κομματιού από τα περισσεύματα ρητίνης που παραμένουν στις κοιλότητες του κομματιού. Καθαρισμός, τέλος, του κομματιού από τις υγρές ρητίνες, που παραμένουν στην επιφάνεια, με τη βοήθεια διαλυτών (π.χ. ασετόν), πεπιεσμένου αέρα ή με υπέρηχους. Μετά την απομάκρυνση από το μπάνιο καθαρισμού, το κομμάτι είναι μερικώς στερεοποιημένο, γι’ αυτό πρέπει με μεγάλη προσοχή να τοποθετηθεί στο εσωτερικό της συσκευής έκθεσης σε υπέρυθρη ακτινοβολία. Μέσα στη συσκευή υπάρχει περιστρεφόμενο τραπέζι, όπου τοποθετείται το κομμάτι για σύντομο χρονικό διάστημα και ολοκληρώνεται η στερεοποίησή του. Τα στερεοποιημένα κομμάτια χρειάζονται φινίρισμα των εξωτερικών τους επιφανειών, γιατί τα στρώματα της κατασκευής τους είναι ορατά. Το φινίρισμα μπορεί να γίνει με τρίψιμο στο χέρι με λίμα ή γυαλόχαρτο ή και με μηχανή αμμοβολής. Πιο κλειστές ανοχές μπορούν να επιτευχθούν με πρόσθετη μηχανουργική κατεργασία (ρεκτιφιέ). Τα ολοκληρωμένα κομμάτια στη συνέχεια βάφονται και διακοσμούνται, για να δημιουργήσουν εντύπωση. Τα πολυμερισμένα κομμάτια μετά τη στερεοποίηση έχουν ιδιότητες που κυμαίνονται από ευθραυστότητα έως ολκιμότητα ακόμη και ελαστικότητα. Αυτές οι ιδιότητες εξαρτώνται από τον τύπο του φωτοπολυμεριζόμενου υγρού που χρησιμοποιείται. Η αρχική ρητίνη ακρυλικής βάσης, που χρησιμοποιήθηκε για τη διαδικασία της στερεολιθογραφίας, έχει την τάση να δημιουργεί μάλλον, εύθραυστα κομμάτια με μεγάλο συντελεστή συρρίκνωσης. Νεότερες ρητίνες εποξικής βάσης, όπως η SL5170 της Ciba Geigy Corporation, (Πίνακας 1.1) έχουν μικρό συντελεστή συρρίκνωσης και μηχανικές ιδιότητες ABS μέσης πυκνότητας (μεγαλύτερη ολκιμότητα και ελαστικότητα). Ιδιότητα Συν θήκη Τιμή Εμφάνιση - Διαυγής Πυκν ότητα 25°C (@ 77°F) 1,14 g/cc Ιξώδες 30°C (@ 86°F) 165-195 Cp 35°C (@ 95°F) 125 Cp Βάθος διείσδυσης Penetration Depth - 4,8 mils (Dp)* Κριτική έκθεση Critical Exposure - Critical Exposure (Ec)* (Ec)* Πίνακας 1.1 Τυπικές ιδιότητες της υγρής ρητίνης SL5170 Σελ.32 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Ο μικρός συντελεστής συρρίκνωσης μεταφράζεται σε τελικό κομμάτι κλειστότερης ανοχής. Η ρητίνη SL 5170 (Πίνακας 1.2) έχει μικρό ιξώδες και είναι εποξικής βάσης φωτοπολυμεριζόμενο υγρό. Είναι σχεδιασμένη ειδικά για χρήση σε στερεολιθογραφία που διαθέτει laser ηλίου – καδμίου (HeCd). (Ref. Gibatool Resin Handbook, 1997). Ιδιότητα Μέθοδος Τιμή Αντοχή εφελκυσμού ASTM D 638 8,600 – 8,800 psi DIN 53455/ISO R 527 59-60 N/mm2 Μέτρο ελαστικότητας σε ASTM D 638 542 – 603 ksi εφελκυσμό DIN 53455/ISO R 527 2,400 – 2,500 N/ mm2 Επιμήκυνση θραύσης ASTM D 638 7-19% DIN 57455/ISO R 527 8-14% Καμπτική αντοχή ASTM D 790 107 – 108 N/ mm2 (15,500 – 15,700 psi) Μέτρο ελαστικοποίησης σε ASTM D 790 2,920 – 3,010 N/ mm2 κάμψη (423 – 436 ksi) Impact Strength ASTM D 256 0.5 – 0.7 ft-lb/in DIN 52453/ISO R 179 27-30 kJ/m2 (initially) 80-90 kJ/ m2 (3 weeks) Σκληρότητα DIN 53505 85 Shore D Glass Transition temp. DMA, 4°C/min 65-90°C (149-184°F) Θερμοκρασία ASTM D 648 49°C (120°F) @ 264 psi παραμόρφωσης 55°C (131°F) @ 66 psi Πίνακας 1.2 Τυπικές ιδιότητες στερεοποιημένου κομματιού στερεολιθογραφίας** * Για αναφορά μόνο. Η τιμή μπορεί να διαφέρει μεταξύ μηχανών διαφορετικών τύπων. ** Τα δείγματα του τεστ κατασκευάστηκαν με SLA (ACES TIM) και υπέστησαν στη συνέχεια έκθεση σε υπεριώδη ακτινοβολία (UV) για 60 λεπτά μέσα σε συσκευή PCA-250. 1.1.4.2. Solid Ground Curing από την Cubital, Ισραήλ Το σύστημα Solid βασίζεται στη μέθοδο ταχείας κατασκευής πρωτοτύπων Solid Ground Curing (SGC), που αναπτύχθηκε από την Gubital Ltd. Τα κεντρικά γραφεία της Gubital εδρεύουν στο Ισραήλ, ενώ υπάρχουν και περιφερειακά γραφεία στις Ηνωμένες Πολιτείες και στη Γερμανία. Τα μοντέλα που διαθέτει η Gubital ονομάζονται Solider 4600 (Σχήμα 1.24) και Solider 5600, ενώ απαρτίζονται από ένα σταθμό εργασίας και τη μηχανή που κατασκευάζει τα πρωτότυπα. Ο σταθμός εργασίας χρησιμοποιεί λειτουργικό σύστημα UNIX πάνω στο οποίο τρέχει το λογισμικό Solider, το οποίο από τρισδιάστατο μοντέλο CAD δημιουργεί τα απαραίτητα αρχεία, για να λειτουργήσει το σύστημα. Η διαδικασία SGC (εικονίζεται στο Σχήμα 1.25) ξεκινάει μόλις εισαχθεί το τρισδιάστατο μοντέλο CAD και καθοριστεί το πάχος των στρώσεων κατασκευής του μοντέλου. Σελ.33 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 1.24: Το σύστημα Solider 4600 (Αναπαραγωγή από την Gubital Ltd) Τα δεδομένα της οριζόντιας τομής, δημιουργούνται από τον υπολογιστή και στέλνονται σαν είδωλο στον εκτυπωτή μάσκας (mask plotter). Σε αυτό το στάδιο ένας γυάλινος πίνακας φορτίζεται από ιόντα και το ηλεκτροστατικό μελάνι (toner) που απλώνεται στη γυάλινη επιφάνεια εμφανίζει το αρνητικό είδωλο της τομής. Σχήμα 1.25: Δημιουργία της μάσκας έκθεσης (Exposure Mask) του συστήματος Solider και άλλα στάδια παραγωγής (Αναπαραγωγή από την Gubital Ltd). Την ίδια στιγμή ο φορέας του κομματιού είναι στο στάδιο της εναπόθεσης ρητίνης. Σε αυτό το στάδιο ένα στρώμα 0,15 – 0,20 mm υγρής φωτοπολυμεριζόμενης ρητίνης εναποτίθεται στην επιφάνεια του υπό κατασκευή κομματιού. Στη συνέχεια η μάσκα έκθεσης (exposure mask) μετακινείται σε θέση ανάμεσα στη λάμπα υπεριωδών και το κατασκευαζόμενο κομμάτι, το κλείστρο ανοίγει για 3 δευτερόλεπτα και το κομμάτι εκτίθεται μόνο από τις περιοχές της μάσκας που είναι διαφανείς. Σε όλες τις περιοχές που εκτέθηκαν στην υπεριώδη ακτινοβολία επ ιτυγχάνεται πλήρης στερεοποίηση. Αφού πρώτα σβηστεί με μηχανικό και ηλεκτροστατικό τρόπο το σχέδιο της στρώσης που ήδη στερεοποιήθηκε, η μάσκα κινείται π ίσω στη θέση Σελ.34 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ επανασχεδιασμού της νέας στρώσης. Σε αυτό το σημείο αρχίζει η διαδικασία κατασκευής του μοντέλου. Το φορτίο του κομματιού κινείται σε θέση όπου βρίσκεται ειδική αναρροφητική διάταξη που απομακρύνει από το κομμάτι την υγρή μη στερεοποιημένη ρητίνη, η οποία ξαναεκτίθεται στην υπεριώδη ακτινοβολία. Το κομμάτι χωρίς τη μάσκα τώρα ξαναεκτίθεται στο υπεριώδες φως και έτσι στερεοποιούνται τα υπολείμματα της ρητίνης, που δεν μπόρεσε να απομακρύνει ο αποροφητήρας. Έπειτα το φορείο μετακινείται στη θέση εναπόθεσης του κεριού, το οποίο απλώνεται πάνω στο κομμάτι με πάχος στρώσης 0,20 mm και γεμίζει όλα τα κενά και τις κοιλότητες που δημιουργήθηκαν από την αναρρόφηση. Ειδική πλάκα κρυώνει και στερεοποιεί το κερί και στη συνέχεια φρεζοκεφαλή καθαρίζει το επιπλέον κερί αφήνοντας το επιθυμητό πάχος στρώσης. Τα γρέζια της κατεργασίας αυτής συλλέγονται και αυτά με σύστημα κενού. Τέλος, το κομμάτι χαμηλώνει, νέα ρητίνη απλώνεται για το επόμενο στρώμα και η όλη διαδικασία συνεχίζεται μέχρι το κομμάτι να ολοκληρωθεί πλήρως. Ο χρόνος κατασκευής του κάθε στρώματος διαρκεί περίπου 90 δευτερόλεπτα. Όταν το κομμάτι που κτίζεται ολοκληρωθεί, είναι όλο εγκλωβισμένο μέσα στο κερί. Αυτό το κερί είναι υδατοδιαλυτό και απομακρύνεται είτε τήκοντάς το σε φούρνο μικροκυμάτων είτε ξεπλένοντάς το, οπότε αποκαλύπτεται το πρωτότυπο. Η Gubital ισχυρίζεται ότι η μέθοδος Solid Ground Curing έχει τα παρακάτω πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλα συστήματα RPT. Η μέθοδος Solid Ground Curing ξεπερνάει δέκα με δεκαπέντε φορές την παραγωγικότητα άλλων συστημάτων ταχείας κατασκευής πρωτοτύπων βασισμένων σε φωτοενεργοποιούμενα πολυμερή. Οποιοδήποτε σχήμα σε κάθε πιθανή τοποθέτηση μπορεί να κατασκευαστεί. Σε γενικές γραμμές τα κομμάτια χτίζονται κατά τη διάρκεια της νύχτας, συχνά σε ομάδες και δεν χρειάζονται πρόσθετη έκθεση σε υπεριώδη ακτινοβολία, μόλις κατασκευαστούν. Η χρήση του κεριού που υποβαστά το κομμάτι διευκολύνει γεωμετρίες που επικρέμονται. Δεν χρειάζεται πρόσθετη στερεοποίηση. Δεν χρειάζονται υποστηρίγματα για τη στήριξη του κομματιού (ο συνδυασμός του στερεού πολυμερούς και του κεριού εξαλείφει την ανάγκη χρησιμοποίησης υποστήριξης). Δεν υπάρχουν περιορισμοί στη γεωμετρία. Υψηλή παραγωγικότητα. Η Gubital ισχυρίζεται επίσης ότι το σύστημα επιτυγχάνει ακρίβεια κατασκευής κομματιών της τάξης των 0,02 in, χωρίς την ανάγκη χειρισμού του συστήματος από έμπειρο χρήστη. Η ανάλυση στους άξονες Χ-Υ είναι καλύτερη από 0,004 in. Το κατασκευαζόμενο πάχος στρώματος μπορεί να κυμαίνεται μεταξύ 0,004-0,006 in. Η ταχύτητα κατασκευής είναι 60 -100 στρώματα ανά ώρα. Τα παρακάτω προβλήματα έχουν αναφερθεί από χρήστες των συστημάτων Solid Ground Curing (Ref. Rapid News, 1996): Σελ.35 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Παράγεται μεγάλος όγκος αποβλήτου. Η ρητίνη που συλλέγεται από τον από τον αποροφητήρα και το σύστημα κενού κατά τη διάρκεια του φρεζαρίσματος δεν μπορεί να ξαναχρησιμοποιηθεί. Η υγρή ρητίνη είναι επικίνδυνο για την υγεία υλικό. Ένας τρόπος μείωσης του προβλήματος είναι η κατασκευή όσο το δυνατόν περισσοτέρων κομματιών σε κάθε κατασκευαστικό κύκλο. Το σύστημα κενού που σκουπίζει την επιφάνεια δεν απομακρύνει πλήρως το υγρό φωτοπολυμερές και έχει σαν αποτέλεσμα την αύξηση των επιφανειακών ανωμαλιών και τη μείωση της ακρίβειας κατασκευής. Το μοντέλο Solider 5600 (Πίνακας 1.3) είναι πολύ μεγάλο μηχάνημα και χρειάζεται ειδική πρόβλεψη χώρου τοποθέτησης. Οι διαστάσεις του είναι 4070 mm x 1685 mm x 1460 mm. Όγκος εργασίας κατασκευής 50 x 35 x 50 cm (Cross W orking Volume) (20 x 14 x 20 inches) Προσδιορισμός μικρότερου δυνατού 0,15 mm typical πάχους (Surface Definition) (0,006 inches) Ανάλυση κατά τις διευθύνσεις Χ-Υ Better than 0,1 mm (Χ-Υ Resolution) (0,004 inches) Κατακόρυφη ανάλυση Ζ (πάχος στρώσης 0,1 – 0,2 mm (Ζ Resolution (layer Thickness)) (0,004 – 0,006 inches) Γεωμετρική πολυπλοκότητα (Geometric Απεριόριστη Complexity) Unlimited Μέγεθος τυπικά μικρότερο 0,4 mm κατασκευαζόμενου χαρακτηριστικού (0,016 inches) (Minimum Feature Size Typical) Μέγεθος μικρότερου κατασκευαζόμενου 0,15 mm χαρακτηριστικού στο οριζόντιο επίπεδο (0,006 inches) (Minimum Feature Size Horizontal Plane) Μέγεθος μικρότερου κατασκευαζόμενου 0,6 mm χαρακτηριστικού στο κατακόρυφο (0,024 inches) επίπεδο (Minimum Feature Size Vertical Plane) Πίνακας 1.3 Χαρακτηριστικά του μοντέλου Solider 5600 1.1.4.3. Επιλεκτική ενοποίηση με Laser (Selective Laser Sin-tering- SLS)από την εταιρεία DTM του Austin, T exas Η επιλεκτική ενοποίηση με Laser (Selective Laser Sintering – SLS) είναι μια μέθοδος ταχείας κατασκευής πρωτοτύπων RPT, στην οποία χρησιμοποιείται πούδρα υλικού. Τη μέθοδο αυτή την επινόησε ο Carl Deckard στο Πανεπιστήμιο του Texas στο Austin. Η μέθοδος SLS δημιουργεί τρισδιάστατα αντικείμενα από διαδοχικά στρώματα. Τα στρώματα κατασκευάζονται από την πούδρα διαφόρων υλικών, η οποία λιώνεται από laser αερίου CO2. Η διαδικασία αρχίζει από το CAD μοντέλο του αντικειμένου που πρόκειται να κατασκευαστεί. Το μοντέλο τοποθετείται στην επιθυμητή θέση στο χώρο και αφού «τεμαχιστεί», δημιουργείται αρχείο, στο οποίο περιέχονται σε φέτες του με πάχος από 0,13 mm έως 0,51 mm. Η κατασκευή εξελίσσεται με στρώματα από σκόνη θερμοπλαστικού ή κεριού (Σχήμα 1.26). Σελ.36 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Ένα λεπτό στρώμα πούδρας που λιώνει με θερμότητα απλώνεται πάνω στον κύλινδρο κτισίματος των κομματιών μέσα στο θάλαμο κατασκευής. Στη συνέχεια το laser CO2 σαρώνει επιλεκτικά το στρώμα της πούδρας ιχνογραφώντας το πρώτο στρώμα του κομματιού που βρίσκεται υπό κατασκευή. Το laser καθώς προσπίπτει στην πούδρα, ανυψώνει τη θερμοκρασία της έως το σημείο τήξης της. Τα σωματίδια της πούδρας λιώνουν και ενοποιούνται σε μια μάζα. Η ένταση του laser ελέγχεται, ώστε να λιώνει τυπικά την πούδρα και μόνο στις περιοχές που αντιπροσωπεύουν τη γεωμετρία του κομματιού. Μέσω ενός μηχανισμού με κύλινδρο, επάνω στην επιφάνεια που ήδη έχει σαρωθεί από το laser, απλώνεται νέο στρώμα πούδρας. Η όλη διαδικασία επαναλαμβάνεται, έως ότου ολοκληρωθεί το κομμάτι. Το υλικό που βρίσκεται μέσα στον κύλινδρο κατασκευής και περιβάλλει το κομμάτι, χωρίς να έχει ενοποιηθεί μαζί του, λειτουργεί σαν ένα φυσικό υποστήριγμα. Έτσι δε χρειάζεται η κατασκευή υποστηριγμάτων, όπως συμβαίνει σε μερικά συστήματα RPT φωτοπολυμερών. Επίσης τα περισσεύματα της πούδρας του υλικού, μετά το πέρασμα του κυλίνδρου ευθυγράμμισης της επιφάνειας συλλέγονται σε ειδικό δοχείο και μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν. Μετά την ολοκλήρωση της όλης διαδικασίας της κατασκευής το κομμάτι αφαιρείται από το θάλαμο κατασκευής και την πούδρα που το περιβάλλει. Το τελειωμένο κομμάτι SLS πιθανά να χρειάζεται κάποια μορφή φινιρίσματος, όπως τρίψιμο με γυαλόχαρτο, ανάλογα και με την προτιθέμενη εφαρμογή. Συγκεκριμένη με άλλες μεθόδους, η επ ιπλέον επεξεργασία που χρειάζονται τα κομμάτια είναι ελάχιστη (Ref. DTM Corporation Sinterstation 2000, Operating Manual, 1996). Το πρώτο μοντέλο που κατασκεύασε η εταιρεία DTM ήταν το Model 125 το 1989. Μετά από βελτιώσεις του λογισμικού, όσο και του ίδιου του μηχανισμού και της διαδικασίας, η DTM παρουσίασε το 1992 το μοντέλο Sinterstation 2000 (Σχήμα 1.27) και το 1995 το μοντέλο Sinterstation 2500. Η ταχύτητα κτισίματος κομματιών, κυμαίνεται από 10 mm έως 50 mm την ώρα με πάχος κάθε στρώσης 0,127 mm. Η ακρίβεια κατασκευής δε, ανάλογα και με το υλικό, είναι 0,38 mm. Σχήμα 1.26: Σχηματική αναπαράσταση της διαδικασίας SLS (ανατύπωση από http://www.rapidnews.com/links.him) Σελ.37 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 1.27: Το μοντέλο Sinterstation 2000 (ανατύπωση από http://www.rapidnews.com/links.him) Ο εξοπλισμός περιλαμβάνει τρεις βασικές περιοχές: τον υπολογιστή ελέγχου, τον έλεγχο ατμόσφαιρας και το θάλαμο διεργασίας της κατασκευής του κομματιού. Ο υπολογιστής ελέγχου είναι σύστημα που βασίζεται σε λειτουργικό UNIX, στο οποίο δημιουργούνται τα αρχεία STL και τα αρχεία τεμαχισμού του μοντέλου σε φέτες. Η όλη διαδικασία κατασκευής παρακολουθείται επ ίσης από τον υπολογιστή ελέγχου. Στη μονάδα ελέγχου ατμόσφαιρας βρίσκονται τα όργανα φιλτραρίσματος και ανακύκλωσης των αερίων του θαλάμου κατασκευής. Τα όργανα αυτά διατηρούν σταθερή θερμοκρασία του αέρα που κυκλοφορεί μέσα στο θάλαμο, καθώς επίσης ρυθμίζουν την ποσότητα του αζώτου της ατμόσφαιρας που χρησιμοποιείται μέσα στη μονάδα. Στο θάλαμο των διεργασιών της κατασκευής των πρωτοτύπων υπάρχει το laser και το σύστημα διαχείρισης της πούδρας. Η εστίαση του laser γίνεται με κατάλληλα οπτικά και η σάρωση της επιφάνειας του κονιορτοποιημένου υλικού από την ακτίνα επιτυγχάνεται με σύστημα καθρεπτών. Δύο αποθήκες υλικού υπάρχουν στις δύο απέναντι μεριές του κυλίνδρου κατασκευής, η μία για να τροφοδοτεί με νέο κονιορτοποιημένο υλικό και η άλλη για να συλλέγονται τα περισσεύματα από το στρώσιμο και την ευθυγράμμιση της επ ιφάνειας του νέου υλικού. Η διαδικασία κτισίματος των κομματιών με τη μέθοδο SLS αρχίζει με την προετοιμασία της ατμόσφαιρας του θαλάμου κατασκευής, ο οποίος θερμαίνεται στη θερμοκρασία λειτουργίας και γεμίζεται με άζωτο. Το κτίσιμο με κονιορτοποιημένα υλικά δίνει αντικείμενα με πορώδη άγρια επ ιφάνεια. Τα δύο μοντέλα της εταιρείας DTM Sinterstation 2000 και 2500 δεν περιορίζονται σε μία μόνο κατηγορία υλικών. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια μεγάλη γκάμα υλικών, όπως θερμοπλαστικά, κεραμικά, μέταλλα ακόμη και σύνθετα υλικά. Αυτή η δυνατότητα προσφέρει ένα μεγάλο πλεονέκτημα σε σχέση με τα υλικά που χρησιμοποιούν τα άλλα συστήματα ταχείας κατασκευής πρωτοτύπων. Παρακάτω αναφέρονται τα υλικά που μπορούν να χρησιμοποιηθούν καθώς και τα χαρακτηριστικά τους: Σελ.38 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Κερί: Το κερί χρησιμοποιείται από τα χυτήρια παγκοσμίως στις εγχύσεις επένδυσης. Το κερί χρησιμοποιείται για τη δημιουργία μοντέλων, τα οποία στη συνέχεια επενδύονται με κεραμικό σχηματίζοντας καλούπια για την έγχυση μετάλλων. Το μέταλλο εισερχόμενο στο καλούπι λιώνει το κερί και καταλαμβάνει τη θέση του. Ο τύπος της έγχυσης ονομάζεται έγχυση επένδυσης (investment casting) και δημιουργεί πρωτότυπα και τμήματα καλουπιών. Πολυκαρμπονάτο: Είναι συνηθισμένο μηχανολογικό υλικό. Χρησιμοποιείται στην κατασκευή λειτουργικών μοντέλων και πρωτοτύπων, ανθεκτικών μοντέλων εγχύσεων επένδυσης για μεταλλικά πρωτότυπα και καλούπια (με τη μέθοδο Rapid Casting TIM) καθώς και μοντέλα για τύπωμα σε άμμο. Τα βασικά χαρακτηριστικά του υλικού αυτού είναι ανθεκτικότητα, αντοχή στη θερμότητα, συμβατότητα με τη διαδικασία της έγχυσης επένδυσης, το ότι κτίζεται εύκολα και τέλος, είναι εξαιρετικό για πρωτότυπα και μοντέλα με ακριβείς λεπτομέρειες και τοιχώματα μικρού πάχους. Nylon: Σύνηθες υλικό. Χρησιμοποιείται στην κατασκευή μοντέλων και πρωτοτύπων που προορίζονται για απαιτητικά περιβάλλοντα. Είναι ένα από τα πιο ανθεκτικά υλικά για την ταχεία κατασκευή πρωτοτύπων, που διατίθενται σήμερα στην αγορά. Προσφέρει ανώτερη χημική και θερμική αντοχή συγκρινόμενο με άλλα υλικά. Fine Nylon: Σύνηθες μηχανολογικό υλικό. Χρησιμοποιείται για την κατασκευή λειτουργικών πρωτοτύπων με μεγάλη λεπτομέρεια. Βασικά χαρακτηριστικά είναι η μηχανική ανθεκτικότητα, χημική και θερμική αντοχή, καθώς και εξαίρετη παρουσίαση λεπτομερειών, όταν αυτή απαιτείται. Μέταλλα: Μήτρα ατσαλιού / χαλκού με συνδετικό (binder) υλικό από θερμοπλαστικό. Χρησιμοποιείται στην ταχεία κατασκευή εργαλείων καλουπιών με τη μέθοδο της DTM Rapid Tool TIM από τα μοντέλα Sinterstation 2000 και 2500. Με αυτή τη μέθοδο κατασκευάζονται κοιλότητες και πυρήνες πρωτότυπων καλουπιών. Οι βασικές ιδιότητες του υλικού αυτού ξεπερνούν αυτές του κράματος του αλουμινίου 7075 και όταν χρησιμοποιείται στην ταχεία κατασκευή καλουπιών (Rapid Tool moulds), μπορεί να παράγει πάνω από 50.000 κομμάτια. Πολλά υλικά είναι υποψήφια για χρήση στο μέλλος, όπως κονιορτοποιημένα μέταλλα, κεραμικά και εξελιγμένες σύνθετες πούδρας με τα ανάλογα συνδετικά υλικά. Η DTM συνεργάζεται με την εταιρεία Goodrich, στην οποία ανήκει το μεγαλύτερο μέρος της DTM στην ανάπτυξη νέων υλικών για χρήση με τη μέθοδο SLS. Σελ.39 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 1.1.5. ΕΜΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗ Υλικά που χρησιμοποιούνται στη σύγχρονη Αρθροπλαστική- Ιδιότητες -Τρόποι παραγωγής-Αντιδράσεις του οργανισμού 1.1.5.1. Μεταλλικά υλικά Στην περίοδο εξέλιξης της αρθροπλαστικής πολλά διαφορετικά υλικά χρησιμοποιήθηκαν, αλλά λίγα κατάφεραν να εκπληρώσουν τις απαιτήσεις των εμφυτεύσεων τόσο τις μηχανικές όσο και τις βιολογικές. Τα μεταλλικά υλικά που κυρίως χρησιμοποιούνται στις αρθροπλαστικές για την παραλαβή του φορτίου των αρθρώσεων είναι τριών ειδών: Ανοξείδωτοι χάλυβες, κράματα με βάση το κοβάλτιο και κράματα με βάση το τιτάνιο (Nas S. Eftekhar, 1993). Η χρήση αυτών των κραμάτων έχει καθιερωθεί λόγω των μικρών ή και καθόλου αντιδράσεων του φυσιολογικού περιβάλλοντος απέναντί τους και των εξαιρετικών μηχανικών ιδιοτήτων τους, όπως η αντίσταση στη φθορά, υψηλό όριο ροής και αντοχή στον εφελκυσμό, καθώς και υψηλό βαθμό αντοχής σε κόπωση από εναλλασσόμενη κάμψη. Τα μέταλλα αυτά επιλέχθηκαν στην προσπάθεια εξεύρεσης υλικών που κατά κύριο λόγο θα είναι ανθεκτικά στη φθορά και στη διάβρωση και για την τάση τους να δημιουργούν στρώμα επ ιφανειακών μεταλλικών οξειδίων, που περιορίζει την ηλεκτροχημική διάβρωση (V.L. Fornaisier, 1884). Αυτά τα μεταλλικά υλικά ανήκουν στην κατηγορία των σχεδόν αδρανών υλικών. Στις αρχές της δεκαετίας του 1980 θέλοντας να μειωθεί η στιβαρότητα των προθέσεων άρχισε η αύξηση της χρήσης του τιτανίου και των κραμάτων του Σελ.40 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ (π.χ. Ti-6A1-4V) στη θέση των στιβαρότερων κραμάτων του κοβαλτίου – χρωμίου. Η χρήση όμως του τιτανίου σε μονοκόμματες προθέσεις είχε σαν αποτέλεσμα την αυξημένη φθορά της κεφαλής. Η χρήση διαιρετών προθέσεων σαν αποτέλεσμα της ανάγκης για διαφορετικά μήκη λαιμών των προθέσεων κατά την ώρα της εγχείρησης, έδωσε τη δυνατότητα χρήσης κεφαλών από διαφορετικά υλικά. Ο συνδυασμός χρήσης τιτανίου για το σώμα της πρόθεσης και κράματος κοβαλτίου (αυξημένη αντοχή στη φθορά) για την κεφαλή έδωσε ικανοποιητική λύση, όμως ο αντίποδας είναι η αυξημένη διάβρωση που παρατηρήθηκε στο σημείο επαφής των δύο μετάλλων λόγω της γαλβανικής διάβρωσης που υφίστανται τα δύο μέταλλα όντας εμβαπτισμένα μέσα στα υγρά του σώματος (J.P. Collier et al., 1990). Η μακρόχρονη παραμονή μέσα στο εσωτερικό του ανθρώπινου οργανισμού μιας τέτοιας πρόθεσης, είναι πιθανόν να οδηγήσει από την αυξημένη διάβρωση πέραν των άλλων βιολογικών προβλημάτων και στη πλήρη αποσύνδεση λαιμού και κεφαλής. Η τοξίνωση των κυττάρων από διάφορα μέταλλα είναι γνωστή. Σε εργαστηριακά πειράματα του Rae που καλλιέργησε κύτταρα βλάστες της αρθριτικής μεμβράνης με τα τρία κυρίως χρησιμοποιούμενα μέταλλα (χρώμιο, τιτάνιο, ανοξείδωτος χάλυβας) στην αρθροπλαστική διαπ ίστωσε την τοξικότητα κάθε μετάλλου. Τα πιο βλαβερά συστατικά είναι το χρώμιο και το κοβάλτιο από τους ανοξείδωτους χάλυβες το νικέλιο και από τα κράματα τιτανίου το βανάδιο. Ο Rae πιστεύει ότι η άρθρωση του κοβαλτίου – χρωμίου με τον εαυτό του θα δημιουργήσει εξαιρετικά υψηλά ποσοστά κοβαλτίου στους ιστούς, πράγμα ανεπιθύμητο. Ο Evans και οι συνεργάτες του παρατήρησαν αποτυχία εμφυτεύσεων σε ασθενείς με ευαισθησία στο δέρμα, θεώρησαν ότι η ευαισθησία στα μέταλλα μπορεί να οδήγησε στη νέκρωση του οστού που δημιούργησε την απόρριψη. Άλλοι ερευνητές έχουν αναφέρει δερματικά εξανθήματα και εκζέματα συσχετισμένα με την ευαισθησία στα μέταλλα που όμως εξαλείφθηκαν μετά την αφαίρεση των εμφυτευμάτων. Η αληθινή όμως επίδραση των μετάλλων στους ασθενείς παραμένει ακόμη άγνωστη (Nas S. Eftekhar, 1993). 1. 1. 5.1.1. Τρόποι παραγωγής των προθέσεων από τα μεταλλικά υλικά Τρεις είναι οι βασικές τεχνικές παραγωγής εμφυτευμάτων από τα παραπάνω μέταλλα: 1. Η χύτευση ακριβείας 2. Η σφυρηλάτηση με μήτρα (καλούπι) 3. Η κονιομεταλλουργία Αυτές οι τρεις τεχνικές επηρεάζουν άμεσα τις μηχανικές ιδιότητες των υλικών και απαιτούν ελέγχους ποιότητας σε όλη τη διαδικασία παραγωγής για την εξακρίβωση των αποτελεσμάτων τους πάνω στα υλικά. Η χύτευση ακριβείας πραγματοποιείται με την έγχυση κεριού μέσα σε κατάλληλα διαμορφωμένη μήτρα ώστε να παραχθεί το επιθυμητό μοντέλο. Στη συνέχεια πολλά μοντέλα ενώνονται μαζί σχηματίζοντας μια δέσμη. Σελ.41 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Αυτή η δέσμη εμβαπτίζεται πολλές φορές σε ειδική κεραμική ουσία, η οποία σταθεροποιείται κάθε φορά με άμμο μέχρι να αποκτηθεί το επιθυμητό πάχος γύρω από τη δέσμη των μοντέλων. Μετά με θέρμανση περίπου μέχρι τους 1000°C το κερί λιώνει και το κεραμικό στερεοποιείται και αποκτά την απαιτούμενη αντοχή για να δεχτεί το λιωμένο μέταλλο κατά τη διάρκεια της χύτευσης. Μετά τη χύτευση και αφού κρυώσει το μέταλλο, η μήτρα σπάει και τα έτοιμα κομμάτια αποχωρίζονται από τη δέσμη και είναι έτοιμο για παραπέρα κατεργασία. Η σφυρηλασία γίνεται εν θερμό ή εν ψυχρώ από ειδική μηχανή που εξασκεί πίεση στο κατεργαζόμενο υλικό μέσω κατάλληλα διαμορφωμένου εργαλείου (μήτρας). Αυτή η διαδικασία μορφοποίησης μπορεί να γίνεται είτε σε θερμοκρασία περιβάλλοντος είτε σε πιο μεγάλες θερμοκρασίες, ανάλογα με τις ιδιότητες που θέλουμε να επ ιτύχουμε και το είδος του υλικού που βρίσκεται υπό κατεργασία. Η συγκεκριμένη κατεργασία προσδίδει πολύ καλή δομή κόκκων και καλές ιδιότητες αντοχής στα κατεργαζόμενα υλικά. Σα ν κατεργασία θέλει προσεκτική και στενή παρακολούθηση για την αποφυγή ελαττωμάτων και ρωγμών των κατεργαζόμενων τεμαχίων που θα μειώσουν δραστικά την αντοχή τους. Λόγω των καλών ιδιοτήτων που δίνει αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο στην παραγωγή προθέσεων. Μειονέκτημα της κατεργασίας θεωρείται το υψηλό κόστος των εργαλείων μορφοποίησης που είναι προσιτό μόνο για την κατασκευή μεγάλου αριθμού προθέσεων (G. Bensmann, 1994). Τέλος η κονιομεταλλουργία έχει εισαχθεί τελευταία στην παραγωγική διαδικασία των προθέσεων. Το πλεονέκτημα της μεθόδου είναι η μεγάλη ομοιογένεια που δίνει στη δομή των υλικών που κατασκευάζονται. Γίνεται με εκνέφωση λιωμένου μετάλλου που στη συνέχεια, αφού ψυχθεί, συλλέγεται με τη μορφή πούδρας. Αυτή η πούδρα με εν θερμό ισοστατική πίεση δημιουργεί τα επιθυμητά εξαρτήματα. Οι μηχανικές ιδιότητες της μεθόδου που προσδίδονται στα παραγόμενα εξαρτήματα είναι αντίστοιχες με αυτές που παίρνουμε από τη σφυρηλασία. Το κόστος παραγωγής όμως για την ώρα είναι αυξημένο, με αποτέλεσμα αυτή η μέθοδος να μη χρησιμοποιείται σε μεγάλη κλίμακα. 1.1.5.2. Κράματα Co-Cr Τα κράματα κοβαλτίου συνήθως χρησιμοποιούνται σαν χυτά υλικά. Οι αντιδράσεις σε μακροχρόνιες εμφυτεύσεις κραμάτων με βάση το κοβάλτιο είναι ελάχιστες όμως δεν παύουν να υπάρχουν. Μικροσκοπικά, τα εμφυτεύματα αυτά γενικά είναι απαλλαγμένα από ινώδη ιστό και η κυτταρική αντίδραση είναι συνήθως ελαφρά μικρότερη από αυτή που παρατηρείται στα εμφυτεύματα του ανοξείδωτου χάλυβα. Μικρά σωματίδια έχουν παρατηρηθεί μέσα σε φαγοκύτταρα κοντά σε προθέσεις Co-Cr-Mo. Φασματοχημική ανάλυση σε ιστούς κοντά σε αυτά τα μέταλλα σ ζώα και φυτά έχει αποκαλύψει ιόντα και των τριών μετάλλων (Co-Cr-Mo). Σελ.42 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Επιτρεπόμενα όρια σύνθεσης (%) Co-Cr-T i-Ni Co-Ni-Cr-Mo Co-Ni-Cr-Mo Co-Cr-Mo Στοιχείο Wrought alloy Wrought alloy Fe Wrought alloy Cast alloy (4) (1) (2) (3) Κοβάλτιο Κύριο στοιχείο Κύριο στοιχείο Κύριο στοιχείο Κύριο στοιχείο Χρώμιο 10 to 21 19 to 21 18 to 22 26,5 to 30 Βολφάρμιο 14 to 16 - 3 to 4 - Νικέλιο 9 to 11 33 to 37 15 to 25 2,5 max Μολυβδαίνιο - 9 to 10,5 3 to 4 4,5 to 7 Σίδηρος 3 max 1 max 4 to 6 1 max Άν θρακας 0,15 max 0,025 max 0,05 max 0,35 max Πυρίτιο 1,0 max 0,15 max 0,5 max 1 max Μαγν ήσιο 2,0 max 0,15 max 1 max 1 max Αλουμίνιο - - - 0,14 max Τιτάνιο - 1 max 0,5 to 3,5 0,14 max Θείο - 0,01 max 0,01 max - Φώσφορος - 0,015 max - - ( 1) ISO 5832/V – 1978, BS3531: Part 2: 1980 ( 2) ISO 5832/6 -1980 (E) ( 3) ISO 5832-8:1987 (E) ( 4) ISO 5832/IV – 1978 (E), BS 3531:Part 2: 1980 Πίνακας 1.4 Η σύνθεση των κραμάτων κοβαλτίου που χρησιμοποιούνται για χειρουργικά εμφυτεύματα. Ορισμένα από τα κράματα του κοβαλτίου – χρωμίου (Co-Cr alloys) που είναι κατάλληλα για χυτά και αναφέρονται σαν “cast alloys”. Τα κράματα που προορίζονται για μηχανουργική κατεργασία αναφέρονται σαν “wrought alloys”. Ο πίνακας 1.4 περιέχει τη σύνθεση των κραμάτων του κοβαλτίου – χρωμίου που χρησιμοποιούνται στη σύγχρονη αρθροπλαστική για την κατασκευή εμφυτευμάτων σύμφωνα με την προδιαγραφή BS 3531:Part 2: 1980. Το μέγεθος των κόκκων (grain size) αυτών των κραμάτων δεν πρέπει να ξεπερνά τα 100mm και θα πρέπει μέσα στον όγκο του υλικού να είναι παντού το ίδιο για να εξασφαλιστεί ομοιογένεια στην αντοχή. Όπως είναι γνωστό το μέγεθος των κόκκων καθορίζει τις μηχανικές ιδιότητες, δηλαδή όσο μικρότεροι οι κόκκοι, τόσο καλύτερες ιδιότητες αποκτά το υλικό. Πρέπει ακόμα να είναι απαλλαγμένα από ακαθαρσίες κενά και καρβίδια που συνήθως εμφανίζονται στα όρια των κόκκων και τα οποία είναι π ιο εύθραυστα από το κυρίως υλικό και πιθανώς θα δημιουργήσουν τοπικές αδυναμίες στο υλικό και ρωγμές. Το κράμα Co-Cr-Mo μπορεί να λιώσει και να χυτευτεί στον αέρα ή σε συνθήκες κενού. Η στερεοποίηση των κραμάτων έχει την τάση να δημιουργεί κόκκους με αυξημένο μέγεθος και τάση εμφάνισης καρβιδίων στα όρια των κόκκων. Το μέγεθος των κόκκων μπορεί να μειωθεί με τη στενή παρακολούθηση της διαδικασίας της χύτευσης και με ειδικά πρόσθετα που έχουν σαν σκοπό τη μείωση των κόκκων. Ειδική θερμική κατεργασία των χυτών μετά τη χύτευση μπορεί να βελτιώσει τις μηχανικές ιδιότητες διαλύοντας τα καρβίδια μέσα στη μάζα του χυτού και εξαλείφει τις ανομοιογένειες. Σελ.43 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 1.1.5.3. Ανοξείδωτοι χάλυβες Τα μεταλλικά υλικά που από τα πρώτα χρόνια των αρθροπλαστικών χρησιμοποιήθηκαν και συνεχίζουν ακόμη και σήμερα να χρησιμοποιούνται είναι οι ανοξείδωτοι χάλυβες. Οι ανοξείδωτοι χάλυβες αντιδρώντας με το οξυγόνο του περιβάλλοντος δημιουργούν ένα προστατευτικό μεταλλικό οξείδιο, στο οποίο οφείλεται η αντίσταση στη διάβρωση. Για παράδειγμα, τόσο στους ανοξείδωτους χάλυβες όσο και στα κράματα κοβαλτίου – χρωμίου που χρησιμοποιούνται στις εμφυτεύσεις δημιουργείται ένα επιφανειακό στρώμα που είναι οξείδιο του χρωμίου. Τα ιόντα του χρωμίου της επιφάνειας ενώνονται με τα μόρια του οξυγόνου και δημιουργούν αυτό το προστατευτικό στρώμα. Αυτό το χρώμα καθιστά το χάλυβα ανοξείδωτο. Το στρώμα αυτό στα κράματα κοβαλτίου – χρωμίου είναι παχύτερο και γι’ αυτό είναι πιο ανθεκτικά στη διάβρωση από τους ανοξείδωτους χάλυβες (R. Poss et al., 1988) . Ανοξείδωτοι χάλυβες χωρίς μεγάλη καθαρότητα μπορούν να οδηγήσουν σε αποτυχημένη εμφύτευση λόγω διάβρωσης. Ακόμη λόγω συγκέντρωσης των τάσεων και εξαιτίας της διάβρωσης, μπορεί να προκληθεί ρηγμάτωση από το δυναμικό φορτίο. Ένας ανοξείδωτος χάλυβας που χρησιμοποιείται στην Αγγλία όπως ο ΕΝ58J παρόμοιος με τον AIS-3161, φαίνεται να είναι υποκείμενος σε γαλβανική διάβρωση ιδίως σε περιβάλλοντα, όπως διαλύματα αλάτων (Nas. S. Eftekhar, 1993). Πίνακας 1.5: Η σύνθεση κραμάτων ανοξείδωτων χαλύβων που χρησιμοποιούνται σαν χειρουργικά εμφυτεύματα (αναπαραγωγή από ISO 5832-1: 1987 (E)) Σύμφωνα με την προδιαγραφή ISO 5832-1: 1987 (Ε) δύο συνθέσεις χρησιμοποιούνται (βλέπε Πίνακα 1.4). Η σύνθεση D παρουσιάζει μικρότερη αντοχή εφελκυσμού από τη σύνθεση Ε όταν και τα δύο υλικά βρίσκονται σε αναπτυγμένη μορφή. Αυτού του είδους οι χάλυβες βρίσκονται στην οστενητική φάση σε όλες τις θερμοκρασίες, δε βάφονται και δε μορφοποιούνται με χύτευση, επειδή χάνουν μεγάλο μέρος από τις ιδιότητές τους, έχουν όμως μεγάλη δυνατότητα σφυρηλασίας τόσο στον αέρα όσο και με θέρμανση (W . Bolton, 1989). Με την εργοσκλήρυνση, (ψυχρή διαμόρφωση) αυξάνονται οι μηχανικές αντοχές αυτών των χαλύβων. Αυτοί οι ανοξείδωτοι χάλυβες σύμφωνα με την αμερικάνικη τυποποίηση AISI έχουν την ονομασία 316. Σελ.44 από 206 Σελ.44 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 1.1.5.4. Τιτάνιο και κράματα αυτού Το τιτάνιο και τα κράματά του έχει δεχτεί ότι εμφανίζει ελάχιστή αντίδραση όταν δεν παρουσιάζεται φθορά. Το στρώμα οξειδίων της επιφάνειας του τιτανίου είναι παχύτερο από αυτό των κραμάτων του κοβαλτίου – χρωμίου γι’ αυτό το τιτάνιο είναι το ανθεκτικότερο στην διάβρωση και με το μεγαλύτερο βαθμό βιοσυμβατότητας από τα τρία χρησιμοποιούμενα είδη κραμάτων (R. Poss et al., 1988). Η φασματοχημική ανάλυση των ιστών πλησίον των εμφυτευμάτων πάντα δείχνει παρουσία τιτανίου ακόμη και χωρίς την ύπαρξη σοβαρής αντίδρασης των ιστών. Νεότερες έρευνες (Nas. S. Eftekhar, 1993) έχουν αποδείξει την τοπική βιοσυμβατότητα του τιτανίου εξαιτίας της υψηλής του αντοχής στη διάβρωση. Καλή συμβατότητα παρατηρείται στην απουσία φθοράς και αστάθειας της εμφύτευσης. Η υψηλή αντοχή στο δυναμικό φορτίο και στον εφελκυσμό, το μικρό μέτρο ελαστικότητας, η αντοχή στη διάβρωση, η μικρή πυκνότητα και η εξαίρετη ευκαμψία και βιοσυμβατότητα κάνουν το τιτάνιο ιδιαίτερα χρήσιμο σαν υλικό αρθροπλαστικής. Το τιτάνιο είναι μέταλλο με ευαισθησία στις χαραγές και αυτή η ιδιότητα το κάνει ευπρόσβλητο στη φθορά και υπεύθυνο για τη δημιουργία μεταλλικών συντριμμάτων που πιθανά να οδηγήσουν στην οστεολυσία. Οι McKellop ;et al., δείχνουν από πειράματα εργαστηριακά, σε αντίθεση με τον ανοξείδωτο χάλυβα και τα κράματα του κοβαλτίου, ότι το τιτάνιο είναι υποκείμενο αποξεστικής φθορά ς από σωματίδια ακρυλικού τσιμέντου που εισέρχεται στη κεφαλή της πρόθεσης και τα οποία δημιουργούν μαύρα κατάλοιπα στην επιφάνειά της. Νεότερες τεχνολογίες δανεισμένες από την αεροναυπηγική βιομηχανία έχουν βελτιώσει την αντοχή στην κόπωση και στη διάβρωση. Ιόντα αζώτου διαποτίζουν την επιφάνεια σε βάθος 0,02 mm και προκαλούν σκλήρυνση της επιφάνειας και αυξημένη αντίσταση στη φθορά. Οι Alberktsson et al (T. Alberktsson et al., 1994) παρατήρησαν σε μοντέλα εμφυτευμάτων τύπου βίδας, τα οποία ήταν πλήρως σταθεροποιημένα, απευθείας επαφή μεταξύ μετάλλου και οστού (οστεο-ενοποίηση). Όταν το υλικό κατασκευής των εμφυτευμάτων αυτών ήταν καθαρό τιτάνιο, η ροπή εξαγωγής ήταν μεγαλύτερη από αυτή των εμφυτευμάτων από κράμα τιτανίου Ti-6A1-4V. Το γεγονός οφείλεται στη μεγαλύτερη κάλυψη της επ ιφάνειας του κράματος Ti-6A1-4V από μαλακό ιστό. Αν και το καθαρό τιτάνιο φαίνεται να έχει καλύτερες ιδιότητες βιοσυμβατότητας, η χρήση του Ti-6A1-4V προτιμάται για την κατασκευή μηριαίων εμφυτευμάτων λόγω των πολύ μεγαλύτερων μηχανικών αντοχών του. Το τιτάνιο έχει τη μισή πυκνότητα (density) (4,4 x 103 kg/m3) περίπου από τον ανοξείδωτο χάλυβα (7,8 x 103 kg/m3) και τα κράματα του κοβαλτίου – χρωμίου (9,15 x 103 kg/m3). Το τιτάνιο χρησιμοποιείται σε καθαρή μορφή με βαθμό καθαρότητας 99-99,5% στη μορφή βιδών ή πλακών. Τα κύρια υλικά των προσμείξεων που έχει το καθαρό τιτάνιο είναι το άζωτο, ο άνθρακας, το υδρογόνο, ο σίδηρος και το οξυγόνο. Το καθαρό τιτάνιο το συναντάμε σε πέντε τύπους (grade 1, 2, 3,4A and 4B) που παρουσιάζουν διαφορετική αναλογία των προσμείξεων, (βλέπε Πίνακας 5.3) και διαφορετικές αντοχές (βλέπε Πίνακα 5.4). Το κυρίως χρησιμοποιούμενο κράμα του τιτανίου στα χειρουργικά εμφυτεύματα είναι Ti-6A1-4V (ο Πίνακας 5.3 περιέχει επίσης τη Σελ.45 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ σύνθεσή του). Το τιτάνιο και τα κράματά του μπορούν να μορφοποιηθούν με πίεση ή να υποστούν μηχανική κατεργασία. Τα κράματα του τιτανίου παρουσιάζουν δύο μεταλλογραφικές δομές, τις α και β, που ονομάζονται φάσεις. Αυτές οι δύο φάσεις αντιστοιχούν με τη μορφή της κρυσταλλικής διάταξης των μορίων του υλικού. Η α φάση είναι εξαγωνικό πλέγμα συμπαγούς συσσωμάτωσης (hexagonal close-packed) και η β φάση κυβικό χωροκεντρωμένο πλέγμα (body center cubic). Το κράμα Ti-6A1-4V λέγεται και κράμα Α (άλφα) – Β (βήτα) γιατί παρουσιάζει τις δύο αυτές κρυσταλλικές δομές σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Αυτή η ιδιότητα κάνει το κράμα ικανό να δέχεται θερμική κατεργασία. Το τιτάνιο δεν χυτεύεται αν και έχει αυτή την ικανότητα όταν χρησιμοποιείται σαν χειρουργικό εμφύτευμα, γατί χάνει μεγάλο μέρος από τις μηχανικές τους ιδιότητες (G. Bensmann, 1994). Έχει εξαιρετικές αντοχές στη διάβρωση και δεν είναι τοξικό. Η μορφοποίηση των κραμάτων του τιτανίου απαιτεί εν θερμό κατεργασία, αλλά πρέπει να γίνεται κάτω από τους 950°C που είναι η θερμοκρασία μετατροπής των κρυσταλλικών του φάσεων για να μη μειωθούν οι μηχανικές αντοχές του υλικού. Πίνακας 1.6: Η σύνθεση του τιτανίου και των κραμάτων του που χρησιμοποιούνται σαν χειρουργικά εμφυτεύματα. Στον επόμενο πίνακα (Πίνακας 1.5) φαίνονται οι κυριότερες μηχανικές ιδιότητες των χρησιμοποιημένων μετάλλων από τα οποία κατασκευάζονται τα ορθοπεδικά εμφυτεύματα. Παρατηρείται το μικρό μέτρο ελαστικότητας που έχει το τιτάνιο και τα κράματά του έναντι του ανοξείδωτου χάλυβα και των κραμάτων του κοβαλτίου – χρωμίου ενώ δεν έχει σημαντικές διαφορές αντοχής. Αυτή η μικρή στιβαρότητα του τιτανίου είναι σημαντική για την αποφυγή της αποφόρτισης του οστού και σε συνδυασμό με τη βιολογική ουδετερότητα στο φυσιολογικό περιβάλλον, το κάνουν προτιμότερο για κατασκευή εμφυτευμάτων που υπόκεινται σε αυξημένο φορτίο. Τα υλικά που προορίζονται για την κατασκευή προθέσεων απαιτούν ποικίλους ελέγχους ποιότητας. Αυτοί οι έλεγχοι πρέπει να διασφαλίζουν την ακρίβεια της χημικής τους σύνθεσης, την ομοιογένεια της δομής τους καθώς Σελ.46 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ και τις μηχανικές ιδιότητες που προσδίδει η διαδικασία παραγωγής τους, ώστε να βρίσκονται μέσα στα όρια που ικανοποιούν την εξειδικευμένη τους χρήση. Πίνακας 1.7: Οι μηχανικές ιδιότητες των κυριότερων μετάλλων και κραμάτων που χρησιμοποιούνται στη κατασκευή εμφυτευμάτων. 1.1.6. Αμέταλλα υλικά 1.1.6.1. Πολυαιθυλένιο υψηλού μοριακού βάρους (UHMW-PE) Το πιο διαδεδομένο υλικό για την έδραση της κοτύλης πάνω στη μηριαία κεφαλή είναι το υψηλού μοριακού βάρους πολυαιθυλένιο Ultra Hight Molecular W eight Polyethylene (UHMW -PE). Πρωτοχρησιμοποιήθηκε το 1962 από τον Sir John Charnley και από τότε καθιερώθηκε σαν άριστο αντιτριβικό βιούλκο για χρήση στις τεχνητές αρθρώσεις. Η παραγωγή του γίνεται από πολυμερισμό αιθυλενίου με τη βοήθεια καταλύτη σε θερμοκρασία 75°C και πίεση 10 με 20 bar σε περιβάλλον χωρίς αέρα και υγρασία. Αυτή η διαδικασία παράγει μεγάλες αλυσίδες μορίων που φτάνουν κατά μέσο όρο τα 100,000 μόρια αιθυλένιου. Το τελικό προϊόν είναι σκόνη μεγέθους κόκκων γύρω στα 250 mm και περιέχει αλυσίδες μορίων με διαφορετικά μήκη. Η σκόνη του πολυαιθυλένιου κατόπιν λιώνεται στους 200°C για να μετατραπεί σε φύλλα και ράβδους ή ακόμα και σε έτοιμα εξαρτήματα με πίεση (R. M, Streicher, 1994). Σελ.47 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Πίνακας 1.8: Οι μηχανικές ιδιότητες του πολυαιθυλένιου υψηλής πυκνότητας. Mechanical properties of High Density Polyethylene. Πολυαιθυλένιο για ιατρική χρήση παράγουν μόνο δύο κατασκευαστές στον κόσμο, οι Himont, W ilmington, USA, (UH-HI) και Ruhrchemie, Oberhausen, F.R.G, (UH-RCH). Ο κάθε κατασκευαστής ακολουθεί διαφορετική διαδικασία παραγωγής με αποτέλεσμα να παράγουν πολυαιθυλένιο διαφορετικού μοριακού βάρους με τιμές μεταξύ 2 και 5 εκατομμύρια mole. Το υλικό με το μεγαλύτερο μοριακό βάρος και με τιμή μεγαλύτερη από 2,25 εκατομμύρια πρέπει να προτιμάται γιατί φαίνεται να διαθέτει καλύτερες ιδιότητες απέναντι στη φθορά (P.S. W alker & C. Eng. 1977). Το UHMW -PE έχει πυκνότητα μεταξύ 0,93 και 0,96. Η αντοχή του στα περισσότερα χημικά είναι πολύ υψηλή και η απορρόφηση νερού είναι πολύ μικρή. Σε έλεγχο δυναμικής συμπεριφοράς για το πολυαιθυλένιο από τον R. M. Streicher αποδείχτηκε ότι τα μεγαλύτερα πάχη τοιχωμάτων απορροφούν ελαστικά τα φορτία των αρθρώσεων και έτσι αποφεύγεται η πλαστική παραμόρφωση. Γι’ αυτό πρέπει να μη χρησιμοποιείται σε εξαρτήματα με πολύ μικρό πάχος. Το πολυαιθυλένιο είναι ένα υλικό που αν και διαθέτει εξαιρετικές αντιτριβικές ιδιότητες λόγω των μικρών μηχανικών αντοχών του, παρουσιάζει σχετικά μεγάλη φθορά από τη τριβή με την κεφαλή της μηριαίας πρόθεσης εξαιτίας του μεγάλου δυναμικού φορτίού στη θέση αυτή. Εκτεταμένες έρευνες έχουν συσχετίσει τη χαλάρωση των εμφυτευμάτων με την αυξημένη παραγωγή συντριμμάτων (debris) πολυαιθυλενίου από τις αρθρούμενες επ ιφάνειες (R. J. Friedmann et al., 1994). Όταν εδράζεται ΡΕ σε μέταλλο ο αριθμός φθοράς ανέρχεται σε 0,1 με 0,2 mm ανά χρόνο. Η χρησιμοποίηση κεφαλής από αλουμίνα μπορεί να μειώσει αυτό το ρυθμό φθοράς έως και 10 φορές (I. C. Clarke & G. W illmann, 1994). 1.1.6.2. Ακρυλικό τσιμέντο (Polymethyl methacrylate-PMMA) Το ακρυλικό τσιμέντο είναι ένα σημαντικό υλικό σταθεροποίησης των εμφυτευμάτων στις οστικές κοιλότητες. Η χρήση του ακρυλικού τσιμέντου καθιερώθηκε και αυτή από τον J. Charnely γιατί είναι ο πρώτος που τυποποίησε τις αρχές και τεχνικές που θα έφερναν την επ ιτυχία στις αρθροπλαστικές αν και η ιδέα χρήσης ενός υλικού σταθεροποίησης των εμφυτευμάτων ξεκίνησε από τις πρώτες εγχειρήσεις αρθροπλαστικής από τον Th. Clück (1853-1942) (D. W essinghage & G. Engels, 1994). Ακρυλικό τσιμέντο πρωτοκατασκευάστηκε το 1843. Βιομηχανικές τεχνικές Σελ.48 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ πολυμερισμού του τσιμέντου αναπτύχθηκαν από τους Rohm και Haas στη Γερμανία στις αρχές του αιώνα και το πρώτο ακρυλικό τσιμέντο το εμφάνισαν στο εμπόριο το 1927. Το Polymethyl methacrylate (PMMA) κατασκευάστηκε αρχικά από τους Hill και Crawford στη Βρετανία. Το PMMA μπορεί να πολυμερίζεται αυθόρμητα αλλά η αντίδραση είναι πολύ αργή. Η θερμότητα, η υπεριώδης ακτινοβολία και τα χημικά πρόσθετα μπορούν να επιταχύνουν τον πολυμερισμό. Η θερμότητα χρησιμοποιείται για τον πολυμερισμό του ΜΜΑ και τη δημιουργία εμπορικών προϊόντων, όπως Plexiglas (Rohm & Haas), Perspex (ICI, Ltd) και Lucite (Dupont) (N.S. Efrekhar, 1993), ΜΜΑ που σταθεροποιείται με θερμότητα πρωτοχρησιμοποιήθηκε σαν οδοντιατρικό υλικό σε άνθρωπο το 1937. Ανάμεσα στους πρωτοπόρους που χρησιμοποίησαν ακρυλικό τσιμέντο που στερεοποιείται μόνο του ήταν οι Kiaer και Jansen. Ο Haboush την ίδια χρονολογία χρησιμοποίησε το ακρυλικό τσιμέντο για τη μεταφορά του φορτίου στον έσω φλοιό του μηριαίου αυχένα. Το εμπορικώς διαθέσιμο ακρυλικό τσιμέντο έχει μοριακό βάρος 198.000, το οποίο αυξάνεται σε 242.000 με τη στερεοποίηση. Το 90% της αντοχής του στον εφελκυσμό του φτάνει σε 4 ώρες μετά τον πολυμερισμό. Οι μηχανικές ιδιότητες όμως του ακρυλικού τσιμέντου είναι σημαντικό μικρότερες από το συμπαγές οστό, (βλέπε Πίνακα 1.9). Οι μηχανικές ιδιότητες του ακρυλικού τσιμέντου επηρεάζονται από την τεχνική της ανάμειξης και ακόμη από την ανάμειξη αίματος και λίπους κατά τη διάρκεια της εγχείρησης. Η τεχνική που χρησιμοποιείται για την εμφύτευση φαίνεται να παίζει πρωταρχικό ρόλο στη μηχανική αντοχή που θα δείξει το τσιμέντο στην “in vivo” λειτουργία του (P.C. Noble, 1994). Το όριο δυναμικής αντοχής του μπορεί να αυξηθεί αν μικρύνει το ποσοστό των πόρων που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια του πολυμερισμού μέσα στη μάζα του και αυτό μπορεί να επιτευχθεί με τη φυγοκεντρική ή την ανάμειξη σε μερικό κενό των αρχικών συστατικών υλικών. Πίνακας 1.9: Συγκριτικός πίνακας τιμών μηχανικής αντοχής μεταξύ συμπαγούς οστού και ακρυλικού τσιμέντου. Κατά τη διάρκεια του πολυμερισμού του ακρυλικού τσιμέντου παρατηρείται συρρίκνωση της μάζας του που φτάνει περίπου το 7%. Επίσης ο πολυμερισμός είναι εξώθερμη αντίδραση που παράγει θερμότητα. Αυτή η θερμότητα εξαρτάται από το πάχος του τσιμεντένιου μανδύα που δημιουργείται κατά την εμφύτευση. Σε πειράματα του Mayer η ανώτατη θερμοκρασία για υλικό πάχους 3mm έφτασε τους 60°C ενώ το τσιμέντο πάχους 10mm τους 107°C. (N.S. Eftekhar, 1993). Θα πρέπει να χρησιμοποιούνται μικρά πάχη τσιμεντένιου μανδύα γύρω από τα εμφυτεύματα για να μην έχουμε υπερβολική αύξηση της θερμοκρασίας με αποτέλεσμα τη νέκρωση των γύρω ιστών. Ταυτόχρονα μικρή αναλογικά συρρίκνωση επέρχεται κατά τη στερεοποίηση όταν το πάχος του τσιμέντου είναι μικρό με Σελ.49 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ αποτέλεσμα να μη χαλαρώνει η σύνδεση. Το ακρυλικό τσιμέντο δεν είναι κόλλα, απλώς χρησιμοποιείται για να γεμίσει τα κενά μεταξύ της οστικής κοιλότητας και της πρόθεσης και να μεταφέρει σε όσο το δυνατόν μεγαλύτερη επιφάνεια του οστού το φορτίο από την πρόθεση (H.U. Cameron, 1994, N.S. Eftekhar 1993). Η πάνω από 30 χρόνια χρήση του ακρυλικού τσιμέντου σε χιλιάδες ασθενείς έχει αποδείξει ότι είναι ένα βιολογικώς αποδεκτό υλικό με πολύ μικρό ποσοστό παρενεργειών. Βασικό μειονέκτημα του ακρυλικού τσιμέντου είναι η μικρή μηχανική αντοχή στο δυναμικό φορτίο των αρθρώσεων. Αυτό φαίνεται από τη μεγάλη αύξηση των χαλαρώσεων που παρατηρούνται στις προθέσεις με τσιμέντο ύστερα από μια δεκαετία εμφύτευσης (H.U. Cameron 1964; P.C. Noble, 1994). 1.1.7. Βιοκεραμικά Τα βιοκεραμικά υλικά μπορούν να χωριστούν σε δύο μεγάλες κατηγορίες, τα αδρανή και τα βιοενεργά. Τα αδρανή υλικά δεν δημιουργούν βιολογικές αντιδράσεις των ιστών ή τουλάχιστον αυτές που παρατηρούνται είναι σε πολύ περιορισμένη κλίμακα. Τα βιοενεργά από την άλλη στηρίζουν τη συγκράτησή τους στην ανάπτυξη των ιστών μέσα στους πόρους που έχει η δομή τους, επιτυγχάνοντας βιολογική συγκράτηση. Η δημιουργία ιώδους ιστού στην επαφή των βιοενεργών υλικών με τα οστά είναι ανύπαρκτη ή πολύ μικρής κλίμακας συγκριτικά με τα αδρανή (M.T. Manley, 1993). Στην κατηγορία των αδρανών υλικών που χρησιμοποιούνται σαν βιοϋλικά ανήκει η αλουμίνα (alumina AI2O3) την οποία τη συναντάμε δε δύο μορφές, την πολυκρυσταλλική αλουμίνα και τη μονοκρυσταλλική αλουμίνα. Η αλουμίνα έχει ερευνηθεί σαν στερεά, δηλαδή πορώδες σύστημα με διάφορα μεγέθη πόρων για την ανάπτυξη ιστών και σαν επικάλυψη μετάλλων και άλλων υλικών. Η μονοκρυσταλλική μορφή (sapphire) χρησιμοποιείται σε συμπαγή μορφή με εξαιρετικά λεία επιφάνεια στην οδοντιατρική. Σα αδρανή βιοϋλικά ανήκουν επίσης τα κεραμικά zirconia (ZrO2) και titania (TiO2) τα οποία έχουν εξεταστεί σε πιο περιορισμένο βαθμό για τις ιδιότητες βοσυμβατότητας που έχουν. Πολλά άλλα κεραμικά υλικά έχουν μελετηθεί σαν βιοϋλικά, αλλά για τα περισσότερα δε βρέθηκαν ικανοποιητικές εφαρμογές σε σύγκριση με την αλουμίνα. Έρευνες που έχουν γίνει για το κεραμικό zirconia (ZrO2) δείχνουν και αυτό σαν βιοσυμβατό υλικό. Κάποιες καλύτερες μηχανικές ιδιότητες σε σχέση με την αλουμίνα είναι η μεγαλύτερη αντοχή σε κάμψη (ZrO2: 10000MPa, AI2O3::500MPa) και το μικρότερο μέτρο ελαστικότητας (ZrO2: 180GPa, AI2O3::400GPa) που έχει. Οι έρευνες αυτές όμως δεν είναι τόσο εκτεταμένες συγκριτικά με την αλουμίνα λόγω της καινούργιας σχετικά εμφάνισής της σαν υλικό κατασκευής ορθοπεδικών εξαρτημάτων. Διάφορες μορφές βιοενεργών κεραμικών έχουν μελετηθεί και αυτά σαν συμπαγή ή σαν επικαλύψεις άλλων υλικών για τη χρήση τους σαν εμφυτεύματα. Αυτά είναι calcium aluminate (CaO AI2O3 ), aluminium calcium phosphates (ALCAP), tracalcium phosphates (TCP), hydroxylapatite (HA) και τα βιογυαλικά (bioglasses), τα οποία έχουν αξιολογηθεί σε εκτεταμένες εργαστηριακές έρευνες σε ζώα καθώς και σε κλινικές έρευνες (J.E. Lemons, 1994) . Σελ.50 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Τα κεραμικά έχουν εισαχθεί εδώ και 20 χρόνια σαν υποψήφια υλικά των αρθρούμενων επιφανειών των ολικών αρθροπλαστικών ισχίου. Η χρήση τους έγινε για τη βελτίωση του συντελεστή τριβής των εδραζόμενων επ ιφανειών και τη μικροβιότερη λειτουργία τους. Η αλουμίνα φαίνεται ιδανική για τη χρήση της στην κατασκευή διαιρούμενων κεφαλών μηριαίων προθέσεων. Η διαιρούμενη κεφαλή δίνει τη δυνατότητα στο χειρούργο να επιλέξει τη διάμετρο της κεφαλής και το επ ιθυμητό μήκος λαιμού. Παράλληλα αποφεύγεται η επαφή δύο διαφορετικών μετάλλων που συμβαίνει όταν προσαρμόζουμε μια μεταλλική κεφαλή από Co-based alloy σε μεταλλική πρόθεση από titanium με τις ανεπιθύμητες ηλεκτροχημικές αντιδράσεις (π.χ. διάβρωση) (I.C. Clarke & G. W illmann, 1994). Σχήμα 1.10: Ταξινόμηση βιοκεραμικών (I.C. Clarke & G. Willmann, 1994). 1.1.7.1. Αλουμίνα Το πιο αντιπροσωπευτικό υλικό της κατηγορίας των αδρανών κεραμικών είναι η αλουμίνα. Η κύρια χρήση της αλουμίνας εξαιτίας της πολύ καλής αντίστασης στη φθορά και της μεγάλης αντοχής στα θλιπτικά φορτία είναι στην κατασκευή κεφαλών των προσθετικών εξαρτημάτων. Η αλουμίνα επιτυγχάνει εξαιρετικά λείες επιφάνειες με πολύ καλές τριβολογικές ιδιότητες. Έχει σκληρότητα πολύ μεγαλύτερη και από το σκληρότερο μεταλλικό κράμα που χρησιμοποιείται, δηλαδή του κοβαλτίου – χρωμίου, ιδιότητα που την κάνει ιδιαίτερα ανθεκτική στη φθορά (βλέπε Πίνακα 1.11). Η κωνική σύνδεση μεταξύ κεφαλής από αλουμίνα και μεταλλικού στελέχους πρόθεσης δε δημιουργεί ηλεκτροχημικές αντιδράσεις μειώνοντας τους κινδύνους διάβρωσης των στελεχών. Η αλουμίνα έχει πολύ μεγάλο μέτρο ελαστικότητας 380 GPa και δεν παρουσιάζει περιοχή ροής στο διάγραμμα αντοχής, δηλαδή είναι υλικό ψαθυρό, έχει δε καμπτική αντοχή 320 - 550 MPa (J.E. Lemons, 1994). Η αντοχή της σε θλιπτικά φορτία είναι πολύ μεγάλη 5000 MPa (E. Dorre, 1994). Αυτές οι ιδιότητες δεν ικανοποιούν τις απαιτήσεις Σελ.51 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ κατασκευής άλλων εξαρτημάτων των προθέσεων ισχίου από τις κεφαλές και τις τεχνικές κοτύλες. Στη χρήση αυτή όμως οι ιδιότητές της την κατατάσσουν σαν το κορυφαίο υλικό. Όταν εδράζεται αλουμίνα πάνω σε αλουμίνα ο ρυθμός φθοράς σε σύγκριση με το ζεύγος πολυαιθυλένιο / μέταλλο είναι μικρότερος κατά 100 φορές (I.C. Clarke & G. Willmann, 1994). Η φθορά των 2 mm/έτος δείχνει το μέγεθος αν συγκριθεί με τη φθορά των 200 mm/έτος που παρουσιάζουν τα ζεύγη πολυαιθυλένιο / μέταλλα. Οι μηχανικές ιδιότητες της αλουμίνας εξαρτώνται κατά κύριο λόγο από το μέγεθος των κόκκων που περιέχονται στη δομή της και πόσο πορώδης είναι αυτή. Οσο μικρότερο μέγεθος έχουν οι κόκκοι και όσο πιο ομοιόμορφοι είναι τόσο βελτιώνονται οι μηχανικές αντοχές του υλικού και η π ιθανότητα εμφάνισης μικρορωγμών μέσα στη δομή της αλουμίνας μειώνεται. Το μέγεθος των κόκκων της αλουμίνας ξεκίνησε από 36mm το 1976 και έφθασε τα 3mm το 1990. Η διαδικασία παραγωγής των εξαρτημάτων από αλουμίνα περιλαμβάνει αρκετά βήματα που πρέπει να ακολουθούνται με μεγάλη προσοχή για την επίτευξη υψηλής ποιότητας τελικού προϊόντος. Η μορφοποίηση περιλαμβάνει κύρια δύο φάσεις, πρώτα από σκόνη αλουμίνας με μεγάλη καθαριότητα και μέσω μηχανής δέχεται υψηλή πίεση 2000 bar και μορφοποιείται σε ένα πρώτο στερεό, το οποίο κατεργάζεται σε εργαλειομηχανή στο επιθυμητό σχήμα. Κατόπιν ψήνεται για να αναπτυχθούν οι κόκκοι που αποτελούν τη δομή του υλικού και να δημιουργήσουν ένα ενιαίο υλικό. Η αλουμίνα στη διαδικασία παραγωγής της χρειάζεται να ψηθεί σε θερμοκρασία μεταξύ 1400 και 1600°C, όπου τα μόρια αποκτούν αρκετή κινητική ενέργεια για να πάρουν τις κατάλληλες θέσεις στη δομή της και να συνδεθούν οι κόκκοι χωρίς όμως να λιώσει. Μετά το ψήσιμο η αλουμίνα πρέπει να κρυώσει με προσεκτικά βήματα ώστε να μη δημιουργηθούν ρωγμές από την ανισοτροπική συρρίκνωση των κόκκων και να μην παραμείνουν τάσεις μέσα στη δομή τους. Η μείωση των διαστάσεων στην απόψυξη μπορεί να φτάσει το 15 με 25% ενώ η μείωση του όγκου έως και το 50% (I.C. Clarke & G. W illmann, 1994). Για να μεγαλώσουν οι κόκκοι της αλουμίνας κατά την ώρα της θέρμανσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί MgO σαν πρόσθετο ελέγχου της ανάπτυξης των κόκκων. Μετά τη διαδικασία του ψησίματος το προϊόν αποκτά τις τελικές του διαστάσεις με λείανση και κατόπιν με γυάλισμα από εργαλεία με διαμάντια εξαιτίας της μεγάλης σκληρότητας που έχει αποκτήσει η αλουμίνα. Η τραχύτητα της επιφάνειας (Ra) μπορεί να φτάσει το 0,01 mm ύστερα από το γυάλισμα (E. Dorre, 1994). Πίνακας 1.11: Οι μηχανικές ιδιότητες της αλουμίνας σε σύγκριση με τα συνήθη μέταλλα που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή εμφυτευμάτων (αναπαραγωγή από E.Dorre, 1994). Σελ.52 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 1.1.7.2. Υδροξυαπατίτης (Hydroxyapatite-HA) Ένα κεραμικό υλικό που έχει μεγάλη σημασία για τη σταθεροποίηση των προσθετικών εξαρτημάτων μέσα στα οστά και ανήκει στην οικογένεια των βιοενεργών ή επιφανειακά ενεργών είναι ο υδροξυαπίτης ή ΗΑ. Τα οστά αποτελούνται από δύο συστατικά, το παρέγχυμα που περιλαμβάνει το ζωτικό κομμάτι του οστού και το στρώμα που είναι η ουσία που προσφέρει την υποστήριξη στο ζωντανό τμήμα του οστού και του δίνει τη στέρεα μορφή του. Το στρώμα είναι πορώδες και μέσα στους πόρους βρίσκονται τα κύτταρα και τα αγγεία του οστού. Η κύρια ιδέα για η χρησιμοποίηση του υδροξυαπίτη προήλθε από την ανάγκη χρησιμοποίησης στις εμφυτεύσεις ενός υλικού πορώδους που να έχει περίπου το μέγεθος των πόρων και η δομή που παρατηρείται στο ανόργανο τμήμα των οστών. Αμέσως μετά από το τραύμα που δημιουργεί στο οστό η εγχείρηση της εμφύτευσης, αρχίζει η διαδικασία επούλωσης με την απομάκρυνση των νεκρών ιστών και την ανάπτυξη νέων. Η παρουσία υποκατάστατου του ανόργανου τμήματος του οστού δίπλα στους τραυματισμένους ιστούς δίνει τη δυνατότητα στα κύτταρα που συμμετέχουν στην επούλωση του οστού να εισχωρήσουν μέσα στους πόρους αυτού του υποκατάστατου, που στην περίπτωσή μας είναι ο ΗΑ. Η εισχώρηση και ανάπτυξη των ιστών του οστού μέσα στον ΗΑ παρέχει αύξηση της στήριξης και σύνδεση του εμφυτεύματος με το οστό. Η πρόσθετη ιδιότητα που ενισχύει αυτή τη διαδικασία ανάπτυξης ζωντανού ιστού μέσα στους πόρους του υδροαξυαπατίτη, είναι η μεγάλη χημική ομοιότητά του με το ανόργανο οστό (E.C. Shors & R. R. Holmes, 1993, W .R. Lacefield, 1993) Πίνακας 1.12: Οι μηχανικές ιδιότητες του ΗΑ και του κράματος Ti-6AI-4V Η επιτυχία των εμφυτευμάτων που χρησιμοποιούν επικάλυψη ΗΑ έχει ερευνηθεί από πολλούς ερευνητές και η αξία αυτού του υλικού φαίνεται να είναι πολύ μεγάλη. Μειώνεται όμως από την ευθραυστότητά του και τη μικρή μηχανική αντοχή του που το κάνει ακατάλληλο για πιο γενικευμένη εφαρμογή Σελ.53 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ στην αρθροπλαστική ισχίου, πέρα από τις επικαλύψεις προθέσεων. Η επιτυχία κάθε ορθοπεδικής αρθροπλαστικής εγχείρησης βασίζεται στη σταθερή σύνδεση του εμφυτεύματος με το περιβάλλον οστό χωρίς την παρεμβολή μαλακού ιστού. Αυτή η διεργασία που σκοπό έχει τη σύνδεση της επιφάνειας του οστού με την επιφάνεια της πρόθεσης, επηρεάζεται από τις δυνάμεις που ενεργούν και από τις ιδιότητες των υλικών που χρησιμοποιούνται για την άρθρωση. Οι ιδιότητες της επιφάνειας των υλικών αυτών ως προς τη βιοσυμβατότητα και τη βιοχημεία εξασφαλίζουν τα βαθμό σταθερότητας της εμφύτευσης. Από τα υλικά που σήμερα χρησιμοποιούνται στις αρθροπλαστικές, το καθαρό τιτάνιο με “calcium hydroxylapatite” για επικάλυψη δίνουν τα καλύτερα αποτελέσματα σύνδεσης των εμφυτεύσεων (R.J. Friedman et al., 1993). Μειονέκτημα του ΗΑ αποτελεί η ευθραυστότητα και η σχετικά μικρή αντοχή του συγκρινόμενη π.χ. με το κράμα Ti-6AI-4V, (βλέπε Πίνακα 4.8). Έτσι η χρησιμοποίησή του περιορίζεται στην επικάλυψη αυτών των ανθεκτικότερων υλικών και συνδυάζεται με αυτόν τον τρόπο η ιδιότητα του ΗΑ να ενοποιείται με το οστό (οστεοενοποίηση) και παράλληλα αξιοποιείται η μηχανική αντοχή του κράματος που επικαλύπτεται. Σχήμα 1.0: Σχηματική αναπαράσταση της συσκευής ψεκασμού με πλάσμα (αναπαραγωγή από W.R. Lacefield, 1993). Η κυριότερη τεχνική επικαλύψεως είναι ο ψεκασμός με πλάσμα. Η τεχνική αυτή γίνεται με την εκτόξευση κόκκων ΗΑ μεγέθους 20-40 mm πάνω στην επιφάνεια που επικαλύπτεται. Η εκτόξευση αυτή γίνεται από αέριο, συνήθως αργό (argon), το οποίο μεταφέρει τους κόκκους του ΗΑ στην ψεκαζόμενη επιφάνεια. Το αέριο περνάει μέσα από μια ζώνη θερμοκρασίας, που δημιουργούν ή άνοδος και η κάθοδος του κυκλώματος, μεταφέροντας τους Σελ.54 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ κόκκους του ΗΑ. Η θερμοκρασία μπορεί να ξεπεράσει τους 10.000°C σε αυτή τη ζώνη και καθώς τα σωματίδια του ΗΑ περνάνε μέσα από αυτή την περιοχή για κλάσμα του δευτερόλεπτου, λιώνουν τοπικά και μετά επικολλώνται στην επιφάνεια που ψεκάζεται καθώς προσπίπτουν σε αυτή. Η θερμοκρασία που αναπτύσσεται στην ψεκαζόμενη επιφάνεια είναι γενικά μικρότερη από 300°C, τιμή που δεν επηρεάζει τις ιδιότητες των μεταλλικών υλικών, (βλέπε Σχήμα 4.1). Το πάχος της επικάλυψης πρέπει να είναι τουλάχιστον 50mm για να μπορέσει να αντέξει τις δυναμικές τάσεις της επιφάνειας του εμφυτεύματος που δημιουργούνται από τη λειτουργία της εμφυτευμένης άρθρωσης (R.G.T. Geesink et al., 1994) μέχρι να αναπτυχθεί το οστό και να συνδεθεί με το εμφύτευμα. Μετά την ανάπτυξη του οστού μειώνονται οι κίνδυνοι μηχανικής αστοχίας της επικάλυψης. Η παραγωγή του ΗΑ γίνεται τεχνητά από φωσφορούχα άλατα ασβεστίου (calcium phosphate salts) που με την κατάλληλη αναλογία ασβεστίου και φωσφόρου δημιουργείται ο υδροξυαπατίτης σε μορφή σκόνης που μετατρέπεται σε στερεό πυκνό όγκο (dence HA having maxi mum microporosity of 5%) με πίεση και ακολούθως θέρμανση στους 1100 - 1300°C για μερικές ώρες. Μετά από αυτή τη διαδικασία ο ΗΑ μπορεί να κατεργαστεί στο επιθυμητό σχήμα. Η κύρια εφαρμογή του συμπαγούς ΗΑ είναι στα εμφυτεύματα της οδοντιατρικής. Η δημιουργία πορωδών όγκων ΗΑ επιτυγχάνεται με ισοστατική πίεση και θέρμανση σκόνης φωσφορούχου ασβεστίου (calcium phosphate) που περιέχει σωματίδια ναφθαλίνης, τα οποία δημιουργούν τους πόρους στον όγκο του ΗΑ. Το μέγεθος των πόρων πρέπει να υπερβαίνει τα 100mm για να επιτρέπει την ανάπτυξη του οστού μέσα στον ΗΑ (E.C. Shors & R. R. Hol mes, 1993) . Άλλος τρόπος παρασκευής υδροξυαπατίτη είναι από το σκελετό ασπόνδυλων ζώων της θάλασσας, ειδικότερα κάποια είδη κοραλλιών. Αυτά τα κοράλλια όταν αναπτύσσονται δημιουργούν πορώδη σκελετό μέσα στον οποίο ζουν. Ο σκελετός αυτός είναι από ανθρακικό ασβέστιο που με κατάλληλη χημική αντίδραση μετατρέπεται σε υδροξυαπατίτη, διατηρώντας τη δομή των πόρων του αρχικού υλικού. Δύο είδη κοραλλιού χρησιμοποιούνται που μας δίνουν δύο είδη ΗΑ, τον ΗΑ200 που έχει πόρους μεγέθους περίπου 200mm και τον ΗΑ500 που έχει πόρους 500mm. Και τα δύο είδη έχουν πόρους που το μέγεθός τους είναι συγκρίσιμο με αυτό των ανθρωπίνων οστών. Σε μηριαία πρόθεση κράματος τιτανίου που εμφυτεύτηκε σε σκύλο, χρησιμοποιήθηκε επικάλυψη ΗΑ πάχους 50mm στις πρώτες κιόλας τρεις βδομάδες και παρατηρήθηκε αυξημένη αντοχή, η οποία έφτασε τα μέγιστα την έκτη εβδομάδα και από εκεί και έπειτα η αντοχή σταθεροποιήθηκε (R.J. Friedman et al., 1993). Στις δώδεκα εβδομάδες από την εμφύτευση οι επικαλυμμένες προθέσεις, είχαν τρεις φορές μεγαλύτερη αντοχή εξαγωγής από ότι οι απλές προθέσεις. Παρόμοιες μελέτες έδειξαν ανάλογα ενθαρρυντικά αποτελέσματα. Πρόσθετες μελέτες εξέτασης της ινώδους μεμβράνης προτείνουν ότι η επικάλυψη ΗΑ έχει τη δυνατότητα να αντικαταστήσει την ινώδη μεμβράνη με οστό, όταν υπόκειται σε συνεχές φορτίο. (R.J. Friedman et al., 1993). Σελ.55 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Έχει ακόμη δεχτεί ότι κενό έως και 2mm μεταξύ οστού και εμφυτεύματος με επικάλυψη ΗΑ μπορούν να γεμίσουν με την ανάπτυξη οστού, εφόσον το εμφύτευμα είναι σταθερό. Το ΗΑ φαίνεται να βοηθά τη σύνδεση μεταξύ προθέσεων και οστού ακόμη και σε προθέσεις που λόγω των φυσικών ορίων των οστών έχουν μικρό βαθμό επαφής κατά την εμφύτευση με πίεση. Η επικάλυψη ΗΑ δεν μπορεί να μετατρέψει μια κακή αρθροπλαστική σε καλή. Μπορεί όμως μια καλά εκτελεσμένη αρθροπλαστική να τη βελτιώσει και να βοηθήσει τη μεγαλύτερη αντοχή της στο χρόνο. Ο αδύνατος δεσμός όμως μεταξύ της επικάλυψης και του μετάλλου θα οδηγήσουν σε χαλάρωση και αποτυχία της εμφύτευσης. 1.2. Συστήματα Αριθμητικού Ελέγχου Computer Numerical Control (CNC) 1.2.1. Πως λειτουργεί το CNC -Ορισμός του αριθμητικού ελέγχου (NC) Μία εργαλειομηχανή είναι αριθμητικώς ελεγχόμενη (numerically controlled) όταν περιέχει λογικά κυκλώματα που μπορούν να την «κινήσουν» σύμφωνα με (αριθμητικές) εντολές που δίνονται σε αυτή δια μέσου διάτρητης ταινίας ή δισκέτας. Οι εντολές περιέχουν συντεταγμένες που ορίζουν την κίνηση του εργαλείου και πληροφορίες που ελέγχουν τα βοηθητικά συστήματα της εργαλειομηχανής π.χ. ταχύτητα περιστροφής ατράκτου, περιοχή ψυκτικού υγρού κ.λ.π. Πιο συγκεκριμένα ο Αριθμητικός Έλεγχος μέσω Ηλεκτρονικού Υπολογιστή (Computer Numerical Control ή CNC) είναι μία υποβοηθούμενη – από Η/Υ – διαδικασία, η οποία ελέγχει μηχανές γενικώς μέσω οδηγιών, οι οποίες δημιουργούνται από έναν κωδικοποιητή (POST PROCESSOR) και αποθηκεύονται σε ένα σύστημα μνήμης (ταινία, δισκέτα, σκληρό δίσκο, τσιπ κ.λ.π.) για άμεση ή και για μελλοντική χρήση. Αριθμητικός Έλεγχος (Numerical Control) σημαίνει ακριβώς αυτό που υπονοεί ο όρος, δηλαδή έλεγχος μέσω αριθμών. -Ιστορική εξέλιξη του αριθμητικού ελέγχου Το αρχικό κίνητρο για την ανάπτυξη του αριθμητικού ελέγχου δόθηκε από τη βιομηχανία αεροπορικών κατασκευών για την αντιμετώπιση της ανάγκης κατασκευής εξαρτημάτων με διαρκώς αυξανόμενη γεωμετρική πολυπλοκότητα. Η κατασκευή της πρώτης εργαλειομηχανής με σύστημα αριθμητικού ελέγχου έγινε το 1952 στο Πανεπιστήμιο ΜΙΤ της Μασαχουσέτης των ΗΠΑ με χρηματοδότηση της Αμερικανικής Αεροπορίας (USAF). Γρήγορα όμως έγινε αντιληπτό ότι αυτό δεν ήταν αρκετό. Για να προχωρήσει η τεχνολογία αυτή, έπρεπε να αναπτυχθούν κατάλληλα προγράμματα (software) για τον προγραμματισμό των εργαλειομηχανών. Επειδή η απαιτούμενη επένδυση για την ανάπτυξη του σχετικού προγράμματος και γλώσσας προγραμματισμού ήταν μεγάλη σε ανθρωποώρες αποφασίστηκε η Σελ.56 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ προσπάθεια αυτή να γίνει συλλογικά. Ετσι οι 25 μεγαλύτερες εταιρείες αεροκατασκευών των ΗΠΑ χρηματοδότησαν ένα κοινό πρόγραμμα, καρπός του οποίου ήταν η ανάπτυξη της γλώσσας προγραμματισμού ΑΡΤ (Automatic Programmed Tools). Διαχειριστής του προγράμματος ΑΡΤ είναι σήμερα ο οργανισμός CAM-1 (Computer Aided Manufacturing – International) Inc., ARLINGTON, TEXAS και το πρόγραμμα αυτό παρά το μέγεθός του (85.000 εντολές Fortran) έχει χαρακτηρισθεί κοινό δηλαδή μπορεί να το αποκτήσει αντί ενός συμβολικού ποσού. Η Τεχνολογία αριθμητικού ελέγχου έχει σήμερα αναπτυχθεί πάρα πολύ και εφαρμόζεται όχι μόνο σε εργαλειομηχανές, αλλά και σε άλλες μηχανές όπως σχεδιαστικές (plotters), μηχανές διατρήσεως τυπωμένων κυκλωμάτων, κοπής υφασμάτων κ.λ.π. Η εξέλιξη της τεχνολογίας NC CNC DNC Μεγάλη ώθηση στην ανάπτυξη του αριθμητικού ελέγχου έσωσαν οι μικροϋπολογιστές με τους οποίους κατορθώθηκε σημαντική συμπίεση του κόστους του συστήματος ελέγχου. Πριν από την εμφάνιση αυτών στην αγορά, ο σχεδιασμός του συστήματος ελέγχου γινόταν με λογικά κυκλώματα μικρού βαθμού ολοκλήρωσης (Small scale integration (SSI) 1960-1965) με αποτέλεσμα τα συστήματα αυτά να έχουν περιορισμένες δυνατότητες και μεγάλο κόστος. Η Τεχνολογία αυτή ονομάστηκε NC (αριθμητικός έλεγχος). Με τη χρησιμοποίηση μικροϋπολογιστών, έγινε δυνατή η αύξηση των δυνατοτήτων του συστήματος όπως π.χ. η διόρθωση του προγράμματος (Editing), με ταυτόχρονη μείωση κόστους. Τα νέα αυτά συστήματα προς διάκριση ονομάστηκαν CNC (αριθμητικός έλεγχος με υπολογιστή). Οι μικροϋπολογιστές άνοιξαν επίσης το δρόμο για την εφαρμογή ελέγχου σε πραγματικό χρόνο (real time control). Στην περίπτωση αυτή, μία ομάδα εργαλειομηχανών με CNC συνδέεται με ένα κεντρικό υπολογιστή σαν να ήταν κοινά τερματικά. Ο κεντρικός υπολογιστής με κατάλληλα προγράμματα μπορεί να στέλνει πληροφορίες και εντολές ταυτόχρονα σε μερικές ή όλες τις εργαλειομηχανές, με τις οποίες είναι συνδεδεμένος, η εκτέλεση δε των εντολών αυτών γίνεται σε πραγματικό χρόνο. Επίσης ο κεντρικός υπολογιστής μπορεί να κρατάει στατιστικά στοιχεία για το χρόνο και τη διάρκεια απασχόλησης των εργαλειομηχανών για ενημέρωση της διοίκησης. Τα συστήματα με κεντρικό υπολογιστή ονομάζονται DNC (Direct Numerical Control). -Που χρησιμοποιούνται οι εργαλειομηχανές CNC Ο έλεγχος των μηχανών με αριθμητικό έλεγχο έχει επιφέρει επανάσταση στον κατασκευαστικό τομέα. Η τεχνολογία CNC μπορεί να προσαρμοστεί σε οποιοδήποτε είδος μηχανής ή οποιαδήποτε διαδικασία, η οποία απαιτεί καθοδήγηση από τον άνθρωπο. Αυτό το βιβλίο θα ασχοληθεί με τα κέντρα κατεργασίας (machining centers) και τα κέντρα τόρνευσης CNC (turning centers). Σελ.57 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Όπως συμβαίνει με όλα τα συστήματα, οι λόγοι που επιβάλλουν τη χρήση των εργαλειομηχανών CNC είναι μόνο τεχνικοί αλλά και οικονομικοί. Γ ια παραγωγή σε μικρή κλίμακα (1-10 τεμάχια) και μάλιστα χωρίς μεγάλες απαιτήσεις ακριβείας και γεωμετρικής πολυπλοκότητας, είναι προτιμότερη η χρησιμοποίηση κοινών συμβατικών εργαλειομηχανών. Για παραγωγή πολύ μικρής κλίμακας (της τάξης των 10.000 κομματιών και άνω) όπως π.χ. παραγωγή εξαρτημάτων αυτοκινήτων, χρησιμοποιούνται ειδικές εργαλειομηχανές (Transfer machines), οι οποίες προγραμματίζονται κυρίως με μηχανικές διατάξεις (π.χ. κνώδακες) και όχι με υπολογιστή. Σήμερα είναι γενικά παραδεκτό ότι η χρησιμοποίηση των εργαλειομηχανών CNC συμφέρει για παραγωγή μέσης κλίμακας (20-1000 τεμάχια – batch manufacturing). Από την πλευρά του συνολικού όγκου, η περίπτωση αυτή είναι και η σημαντικότερη, αφού έχει υπολογιστεί ότι το 70% όλων των εξαρτημάτων που κατασκευάζονται εμπίπτει σ’ αυτή την κατηγορία. Τα σχήματα 1.1 έως και 1.4 παρουσιάζουν σχηματικά τις διαφορές μεταξύ των παλαιών συμβατικών εργαλειομηχανών και των σύγχρονων εργαλειομηχανών CNC. Εύκολα μπορεί κανείς να διακρίνει τις μεγάλες διαφορές στην κατασκευαστική διαμόρφωση (design) αυτών των μηχανών. Σχήμα 1.1: Μία κατακόρυφη συμβατική φρεζομηχανή. 1) Βάση 2) Κονσόλα 3) Κοχλίας ανύψωσης τραπεζιού 4) Χειρομοχλός ανύψωσης 5) Φορείο εγκάρσιας κινήσεως 6) Χειροτροχός εγκάρσιας κινήσεως 7) Κυρίως τραπέζι 8) Μοχλός για κατά μήκος κίνηση τραπεζιού 9) Διακόπτες ορίων για κατά μήκος κίνηση 10) Κιβώτιο κυρίας ατράκτου 11) Κατακόρυφη κύρια άτρακτος 12) Μοχλός ταχυτήτων 13) Χειροτροχός κατακόρυφης κυρίας ατράκτου. Τα βέλη A, B,C δείχνουν τις τρεις κινήσεις που γίνονται σ’ αυτή τη φρεζομηχανή. Σελ.58 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 1.2 Ένα κατακόρυφο κέντρο κατεργασίας (δικώλονο) CNC 3 αξόνων Ο έλεγχος με CNC αρχικά εφαρμόστηκε σε μηχανήματα κατεργασίας μετάλλου: Φρέζες, Δράπανα, Μηχανές Boring και Πρέσες απότμησης (Punch Presses). Σήμερα έχει επεκταθεί και σε άλλους μηχανισμούς ή συστήματα κατεργασίας μετάλλων που περιλαμβάνουν τα βιομηχανικά ρομπότ, μηχανές κάμψης σωλήνων, λειαντικές μηχανές διαφόρων τύπων, γραναζοκόπτες, μηχανές ηλκτροδιάβρωσης, μηχανές φλογοκοπής και συγκολλήσεων. Συστήματα CNC χρησιμοποιούνται επίσης στον ποιοτικό έλεγχο, σε αυτόματα συστήματα σχεδίασης (pictures), σε μηχανές συναρμολόγησης ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, μηχανές κοπής με Laser και σε μηχανήματα κοπής υφασμάτων. Πρόσφατα, 32-μπιτοι και 64-μπιτοι μικροεπ εξεργαστές ενσωματωμένοι με Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου ΣΑΕ μηχανών παραγωγής, επεκτείνουν ακόμη περισσότερο τις δυνατότητες και εφαρμογές του αριθμητικού ελέγχου. Σελ.59 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 1.3: Ένας συμβατικός τόρνος Σχήμα 1.4: Ένα CNC κέντρο τόρνευσης 3 αξόνων. Σελ.60 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 1.2.1.1. Στόχοι Ο αρχικός στόχος ανάπτυξης και εφαρμογής των νέων συστημάτων CNC δηλ. συστημάτων με μικροϋπολογιστή αντί των παλαιών NC χωρίς μικροϋπολογιστή στις κατεργασίες των μετάλλων ήταν να μειωθεί το κόστος παραγωγής των κατεργαζόμενων τεμαχίων. Ο σκοπός αυτός έχει επ ιτευχθεί με την μείωση του χρόνου κατεργασίας ενός κομματιού, κάνοντας την όλη διαδικασία της κατεργασίας περισσότερο φιλική προς τον χρήστη, την μείωση του κόστους των ιδιοσυσκευών και την αύξηση της «διάρκειας ζωής» των κοπτικών εργαλείων. Άλλα πλεονεκτήματα περιλαμβάνουν τον σημαντικά μειωμένο χρόνο ρύθμισης (σεταρίσματος) των κοπτικών εργαλείων, την ποιοτικά αυξημένη ομοιομορφία των παραγομένων προϊόντων και την μείωση των γενικών εξόδων παραγωγής. Τα CNC επίσης έχουν επιτρέψει την ακριβή εκτίμηση και κοστολόγηση της διαδικασίας παραγωγής. Ιστορικά, τα CNC επέτρεψαν πιο αποδοτικό προγραμματισμό της παραγωγής, ακριβή οικονομική και τεχνική πρόβλεψη του κόστους, μεγαλύτερη εκμετάλλευση του εξοπλισμού και γρηγορότερη απόσβεση της επένδυσης σε αυτές τις τεχνικές που συνιστά κανείς στις εργαλειομηχανές NC, όπ ου δεν χρησιμοποιείται μικροεπεξεργαστής. 1.2.1.2. Βασικές αρχές αριθμητικού ελέγχου Το CNC είναι μία συγκεκριμένη μορφή συστήματος αυτομάτου ελέγχου (ΣΑΕ), όπου η θέση του κοπτικού εργαλείου της εργαλειομηχανής είναι η κύρια ελεγχόμενη μεταβλητή. Αριθμητικές τιμές (συντεταγμένες) που αντιπροσωπεύουν τις επιθυμητές θέσεις του εργαλείου στο χώρο και συμβολικές πληροφορίες που απευθύνονται σε δευτερεύουσες λειτουργίες της μηχανής (π.χ. παροχή ή μη ψυκτικού κ.λ.π.), καταγράφονται σε δισκέτα ή σκληρό δίσκο, και μπορούν να αναθεωρηθούν ή διαγραφούν όποτε θέλουμε. Σκληροί δίσκοι, οδηγοί δισκετών (disk drives) και άλλοι μετατροπείς τύπου CONVERTERS μετατρέπουν αυτές τις πληροφορίες σε σήματα, τα οποία είναι κατάλληλα για τους σερβομηχανισμούς κάθε άξονα κίνησης της μηχανής (π.χ. Χ, Υ, Ζ, εάν πρόκειται για κέντρο κατεργασίας), της οποίας οι κινήσεις θέλουμε να ελεγχθούν. Σελ.61 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Τα συστήματα CNC κυμαίνονται από πολύ απλά έως αρκετά πολύπλοκα. Τα συστήματα σημειακού ελέγχου (point-to-point) χωρίς ανάδραση (π.χ. ανοικτού βρόχου) είναι σχεδόν ανύπαρκτα σήμερα. Τα συστήματα συνεχούς ελέγχου της διαδρομής του κοπτικού εργαλείου (continuous path control) περιλαμβάνουν υπολογιστικά στοιχεία, όπως γραμμικούς και κυκλικούς παρεμβολείς (linear and circular interpolators) που επιτρέπουν τον υπολογισμό διαδοχικών σημείων ευθυγράμμων ή κυκλικών διαδρομών του κοπτικού εργαλείου, αρχίζοντας π.χ. στην περίπτωση της κυκλικής παρεμβολής με τα ελάχιστα απαιτούμενα δεδομένα, όπως το τελικό σημείο του τόξου και την ακτίνα καμπυλότητας (βλέπε σχήμα 1.4.1). Τα συστήματα συνεχούς ελέγχου διαδρομής ονομάζονται και συστήματα ελέγχου «μορφής (προφίλ)» (Contouring Control). Σχήμα 1.4.1: Ένα παράδειγμα προγραμματισμού μιας φρέζας CNC για την κοπή ενός κυκλικού τόξου. Θα χρησιμοποιηθεί κυκλική παρεμβολή. Σελ.62 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Τα συστήματα κλειστού βρόχου (closed loop) χρησιμοποιούν ανάδραση της θέσης και της πρόωσης του κοπτικού εργαλείου. Για να ελεγχθεί η δυναμική συμπεριφορά και η τελική θέση του εργαλειοφορέα ή τραπεζιού του τόρνου ή της φρέζας αντίστοιχα, χρησιμοποιείται μία ποικιλία συστημάτων «ελέγχου θέσης» αναλογικού ή ψηφιακού τύπου (βλέπε σχήμα 1.4.2). Σχήμα 1.4.2: α) Ένα τραπέζι μιας φρέζας CNC β) Ένα εργαλειοφορείο τόρνου CNC (Courtesy of Yamazaki Machinery (UK) Ltd, Worcester, UK) Synchro Resolvers Linear Inductive Scales (INDUCTOSYN) είναι μερικά συστήματα «καθορισμού θέσής» αναλογικού τύπου. Τα Rotary Pulsers Linear Optical Scales περιέχονται μεταξύ των ψηφιακών συστημάτων «καθορισμού θέσεως». Σελ.63 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ ο ων Σχήμα 1.4.3: α) Ένας τόρνος συμβατικός 2ο αξόνων β) Μία πλάνη συμβατική 3ων αξόνων. (κατά DIN) Σε γενικές γραμμές τα συστήματα CNC βασίζουν την λειτουργία τους στην αρχή του κλειστού βρόχου, δηλ. ΣΑΕ με ανάδραση. Ένα σύστημα αυτοματισμού κλειστού βρόχου εμπεριέχει έναν αισθητήρα για να δηλώνει ανά πάσα στιγμή την ακριβή θέση του τμήματος της μηχανής που κινείται. Εάν εντοπιστεί ή ανιχνευτεί μία ανακρίβεια μεταξύ του που – το τμήμα της μηχανής που κινείται π.χ. το τραπέζι – έπρεπε να είναι και που πραγματικά βρίσκεται, η διάταξη ή σύστημα ανίχνευσης δίνει εντολή στη μονάδα κίνησης να πραγματοποιήσει διορθωτική κίνηση, φέρνοντας το τραπέζι στην επιθυμητή (ακριβή) θέση. Στο σύστημα αυτοματισμού κλειστού βρόχου η εντολή που τροφοδοτείται στη μονάδα του αριθμητικού ελέγχου μπορεί να παρομοιασθεί με την εντολή ευρέσεως ενός αρχείου μέσω της κεφαλής ενός σκληρού δίσκού του PC. Το σύστημα ανάδρασης της εργαλειομηχανής δηλώνει την πραγματική θέση του κινητού τμήματος της μηχανής. Αναλογικά λοιπόν και η κεφαλή του σκληρού δίσκου δίνει σήμα στο PC ότι έχει εντοπίσει το ζητούμενο αρχείο. Ο κινητήρας και το τραπέζι της εργαλειομηχανής αντιστοιχούν στα μέρη του σκληρού δίσκου ενός PC. Ο τομέας των ηλεκτρονικών έχει συμβάλει σημαντικά στη επιτυχημένη ανάπτυξη του Αριθμητικού Ελέγχου. Επίσης πρόσφατα άλματα στην ταχύτητα επεξεργασίας στοιχείων και στην αποθηκευτική ικανότητα των Η/Υ έχουν συντελέσει αποτελεσματικά στον υψηλό ρυθμό ανταλλασσόμενων πληροφοριών που απαιτούνται για την εφαρμογή της νέας τεχνολογίας ταχείας κοπής (High Speed Machining) στην παραγωγή. Διευκρινίζεται ότι έχουμε ταχεία κοπή όταν οι στροφές της ατράκτου της εργαλειομηχανής κυμαίνονται μεταξύ 10.000 και 12.000 RPM για κώνους #40. Για κώνους #50 οι στροφές είναι περίπου 9.000 RPM. Αυτό όμως δεν είναι αρκετό για να έχουμε ταχεία κοπή. Χρειάζεται και γρήγορη πρόωση δηλαδή πάνω από 1500 mm/min χωρίς απώλειες στην ακρίβεια της κατεργασίας. Σελ.64 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 1.4.4: α) Ένα κοπτικό τραπέζι οξυγόνου 3ον αξόνων συμβατικό β) Ένα κοπτικό τραπέζι οξυγόνου 3ον αξόνων CNC. (κατά DIN) Σχήμα 1.5 : CNC φρέζα 3 αξόνων. Παρατηρείται ότι δεν υπάρχει εργαλειοθήκη για την αυτόματη αλλαγή των εργαλείων σε αντίθεση με τα κέντρα κατεργασίας που διαθέτουν εργαλειοθήκη για την αποθήκευση και ανά πάσα στιγμή χρησιμοποίηση διαφόρων τύπων εργαλείων όπως τρυπάνια, κολαούζα κ.λ.π. (OKK model MHA 550). Σελ.65 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 1.6: Κέντρο κατεργασίας CNC 3 αξόνων (MAZAK MAZATECH V-550), (Courtesy of Yamazaki Machinery (UK) Ltd, Worcester, UK). Σχήμα 1.7 CNC τόρνος 2 αξόνων. Ο τόρνος διαθέτει μια άτρακτο και ένα εργαλειοφορείο χωρίς να έχει τη δυνατότητα χρησιμοποίησης αυτοκινούμενων εργαλείων στο εργαλειοφορείο για κατεργασίες φρεζαρίσματος (MAZAK SQT 28). (Courtesy of Yamazaki Machinery (UK) Ltd, Worcester, UK). Σελ.66 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 1.8 : Κέντρο τόρνευσης CNC 6 αξόνων. Ο τόρνος διαθέτει 2 ατράκτους και 2 εργαλειοφορεία με δυνατότητα τοποθέτησης αυτοκινούμενων εργαλείων και στους δύο εργαλειοφορείς (MAZAK MULTIPLEX 610) (Courtesy of Yamazaki Machinery (UK) Ltd, Worcester, UK). Σχήμα 1.9 α) Συμβατός τόρνος 2 αξόνων β) CNC τόρνος 2 αξόνων. (κατά DIN) Σελ.67 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 1.2.2. Έλεγχος των εργαλειομηχανών 1.2.2.1. Πρακτικές πλευρές του ελέγχου των εργαλειομηχανών CNC Στην πράξη ο έλεγχος που εφαρμόζεται στις CNC εργαλειομηχανές ανήκει σε τρεις μεγάλες κατηγορίες: α. Έλεγχος της ταχύτητας της ατράκτου (spindle speed control) β. Έλεγχος της κίνησης και της ταχύτητας του τραπεζιού και της φρέζας ή του εργαλειοφορείου του τόρνου (movement and velocity control). γ. Έλεγχος της θέσης του τραπεζιού ή του εργαλειοφορέα (position control). Οι επόμενες παράγραφοι αναφέρουν τις παραμέτρους που επηρεάζουν τον τρόπο με τον οποίο λειτουργούν οι εργαλειομηχανές CNC. 1.2.2.2. Έλεγχος της ταχύτητας της ατράκτου Τα επιθυμητά χαρακτηριστικά των συστημάτων κίνησης των ατράκτων (spindle drive units) είναι τα ακόλουθα: α. Πρέπει να έχουν τη δυνατότητα να παρέχουν μια ευρεία κλίμακα ταχυτήτων για να μπορούν να αντιμετωπ ίσουν τις συνθήκες κατεργασίας διαφόρων υλικών. Αυτό συμβαίνει επειδή οι στροφές ανά λεπτό (Revolutions per Minute (RPM)) είναι μια από τις συνθήκες κατεργασίας, η οποία επηρεάζεται (ή καθορίζεται) από το υλικό που πρέπει να κατεργαστούμε. β. Η κλίμακα των ταχυτήτων περιστροφής της ατράκτού πρέπει να είναι συνεχώς (stepless) ρυθμιζόμενη μεταξύ ενός ανώτατου και ενός κατώτατου ορίου για να επιτυγχάνεται μια σταθερή ταχύτητα κοπής. γ. Υψηλή ισχύς εξόδου πρέπει να παρέχεται σε όλη την κλίμακα των ταχυτήτων, έτσι ώστε να διατηρείται σταθερή η ροπή, ειδικά κάτω από συνθήκες χαμηλής ταχύτητας και μεγάλου φορτίου κοπή. δ. Πρέπει το σύστημα κίνησης της ατράκτου να είναι μικρό και συμπαγές για να ενσωματώνεται εύκολα στη δομή της εργαλειομηχανής και να λειτουργεί χωρίς κραδασμούς. Αξίζει εδώ να πούμε δύο λόγια για το θέμα της ισχύος της ροπής και της ταχύτητας περιστροφής των κινητήρων. 1.2.3. Προγραμματισμός εργαλειομηχανών CNC Η ραγδαία εισαγωγή των μικροϋπολογιστών τη βιομηχανία τα τελευταία χρόνια, συντέλεσε στην αυτοματοποίηση μεθόδων παραγωγής και στην αύξηση της βιομηχανικής παραγωγικότητας. Οι εφαρμογές αυτές είναι τόσο σημαντικές ώστε γίνεται λόγος για μια νέα βιομηχανική επανάσταση που, όπως και η ανακάλυψη της ατμομηχανής, θα φέρει μεγάλες αλλαγές στον τρόπο ζωής και δουλειάς. Στο επίκεντρο των συναφών εξελίξεων βρίσκονται τα συστήματα ελέγχου διεργασιών (process control), οι προγραμματιζόμενες Σελ.68 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ εργαλειομηχανές (το αντικείμενο αυτού του βιβλίου) και τα βιομηχανικά ρομπότ. 1.2.3.1. Προγραμματισμός με κώδικες Παρόλο που τα CNC έχουν εξελιχθεί και χρησιμοποιούν για τον προγραμματισμό τους συστήματα Διαλόγου (conversational programming), τα οποία έχουν παράγει την διαδικασία του προγραμματισμού σε βαθμό που όλες οι οδηγίες για τη μηχανή γίνονται σε απλή καθημερινή γλώσσα, πολλά προγράμματα αποθηκεύονται βάσει διεθνών κανονισμών με γλώσσες προγραμματισμού όπως ΕΙΑ-RS 274D (Electronic Industries Association) ή DIN 66 025 ή αντίστοιχα το ISO 6983 (International Standards Organization). Αρχικά οι περισσότερες μηχανές NC κατασκευάζονται για να χρησιμοποιούν μόνο την τελευταία τυποποίηση (Format). Σήμερα οι περισσότερες εργαλειομηχανές CNC διαθέτουν και προγραμματισμό με διάλογο πέραν του «πατροπαράδοτου» προγραμματισμού με κώδικες. Μία σειρά κωδικών αυτής της συμβατικής και τυποποιημένης γλώσσας μηχανής ακολουθούν: ΚΩΔΙΚΟΙ ΠΡΟΠΑΡΑΣΚΕΥΑΣΤ ΙΚΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ (G) ΓΙΑ Τ ΗΝ ΦΡΕΖΑ: Σελ.69 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Όλοι αυτοί οι κωδικοί / εντολές και κύκλοι κατεργασιών (canned cycles) προγραμματισμού είναι «ισχυροί». Ο καθένας εκτελεί μία σειρά από λειτουργίες στην Μονάδα Ελέγχου, χρησιμοποιώντας τις εισηγμένες μεταβλητές για να μετακινήσει τους άξονες της μηχανής σε επ ιθυμητές θέσεις και με συγκεκριμένες προώσεις. Ακολουθεί ένα παράδειγμα ενός προγράμματος CNC το οποίο είναι μια κατεργασία κοιλότητας (Pocket Milling) σε φρέζα (βλέπε σχήμα 4.1). Σελ.70 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 1.14: α. Το σχέδιο του προς κατεργασία αντικειμένου β. Το πρόγραμμα σε κωδικούς G & M για την κατασκευή του αντικειμένου. Σελ.71 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 1.2.3.2. Συμπεράσματα Από τα προηγούμενα, είναι φανερό ότι ο προγραμματισμός εργαλειομηχανών CNC είναι μία λεπτή και σύνθετη εργασία, που απαιτεί γνώσεις προγραμματισμού υπολογιστών, γεωμετρίας και μαθηματικών, μηχανολογικού σχεδίου, λειτουργίας εργαλειομηχανών, κοπής των μετάλλων, εργαλείων, ιδιοσυσκευών και πάνω από όλα ισχυρή φαντασία και μεγάλη επιμέλεια. Πρόκειται επ ίσης για εξαιρετικά υπεύθυνη δουλειά γιατί ένα μικρό λάθος μπορεί να σημαίνει μεγάλη οικονομική απώλεια για την επιχείρηση. 1.2.4. Σετάρισμα κοπτικών εργαλείων 1.2.4.1. Εισαγωγή Η βασική αρχή στη λειτουργία των εργαλειομηχανών αριθμητικού ελέγχου είναι η κίνηση των τραπεζιών και των εργαλειοφορείων κατά ένα προκαθορισμένο μήκος από ένα προσδιορισμένο σημείο αναφοράς. Εν γένει, υπάρχει ένα σημείο αναφοράς για κάθε άξονα κίνησης. Εντούτοις, πολλές κατεργασίες κοπής απαιτούν την χρησιμοποίηση περισσότερων του ενός κοπτικών εργαλείων, που έχουν διαφορετικό μήκος ή διάμετρο. Αυτό σημαίνει ότι εάν οι κοπτικές ακμές του ενός εργαλείου ρυθμίζονται σε σχέση με το σημείο αναφοράς των κινήσεων, τα άλλα κοπτικά εργαλεία, που έχουν διαφορετικές διαστάσεις από το αρχικό, δεν θα αρχίσουν την κίνησή τους από το ίδιο σημείο αναφοράς. Στην περίπτωση αυτή απαιτείται κάποιο σετάρισμα των υπολοίπων εργαλείων για να εξισορροπηθούν οι διαφορετικές διαστάσεις των. Η διαδικασία αυτή καλείται σετάρισμα κοπτικών εργαλείων (toll offset) και είναι δυνατή μόνο στα συστήματα CNC. Μετά τη διαδικασία του σεταρίσματος οι μετακινήσεις ρυθμίζονται αυτόματα, όπως απαιτείται από το πρόγραμμα του τεμαχίου. 1.2.4.2. Σετάρισμα μήκους Έστω ότι πρόκειται να γίνει η κατεργασία του τεμαχίου του σχήματος 5.1(α). Ο προγραμματιστής της εργαλειομηχανής πρέπει να αποφασίσει για την απόσταση, πάνω από την άνω επιφάνεια του τεμαχίου, στην οποία θα σταματήσει το κοπτικό εργαλείο και έστω ότι αυτή είναι 2mm. Όλες οι κινήσεις του κοπτικού εργαλείου κατά τον άξονα Ζ ρυθμίζονται ως προς αυτό το σημείο. Ο χειριστής της εργαλειομηχανής θα προσδιορίσει το σημείο αυτό, είτε φέροντας σε επαφή το εργαλείο με το τεμάχιο και κατόπιν απομακρύνοντάς το κατά 2mm ή φέροντας σε επαφή το εργαλείο με ένα μεταλλικό τεμάχιο, πάχους 2mm, που τοποθετείται πάνω από την επιφάνεια του προς κατεργασία τεμαχίου (π.χ. πλακίδιο ακριβείας) και κατόπιν ορίζει την θέση αυτή του άξονα Ζ να είναι μηδέν. Σελ.72 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 1.15: α. Σχέδιο κομματιού β. Αντιστάθμιση μήκους κοπτικών εργαλείων, για διάτρηση και φρεζάρισμα. Έστω τώρα ότι: α. η κατεργασία πρέπει να εκτελεστεί με τα τρία εργαλεία Τ01, Τ02 και Τ03 του σχήματος 1.16, και β. ότι το εργαλείο Τ01 έχει ρυθμιστεί με μια από τις διαδικασίες που περιγράφονται παραπάνω. Αυτό τώρα είναι το κύριο εργαλείο. Εντούτοις, απαιτείται και η χρησιμοποίηση των εργαλείων Τ02 και Τ03, στα οποία η απόσταση των κοπτικών αιχμών από το 0 του άξονα Ζ δεν είναι ίδια με αυτή των εργαλείων Τ01. Το εργαλείο Τ02 είναι π ιο μακρύ και το Τ03 πιο κοντό. Για κάθε κίνηση ως προς τον άξονα Ζ των εργαλείων αυτών πρέπει να ληφθεί υπόψη το σημείο εκκίνησής τους. Ο χειριστής της εργαλειομηχανής πρέπει συνεπώς να προσδιορίσει το μήκος και τη κατεύθυνση της απαιτούμενης κίνησης, που θα φέρει το άκρο κάθε κοπτικού εργαλείου στη θέση μηδέν. Αυτό επιτυγχάνεται αγγίζοντας το εργαλείο στο τεμάχιο αναφοράς (πάχους 2mm) και διαβάζοντας την ένδειξη στην οθόνη. Το εργαλείο Τ02 απαιτεί κατά τον άξονα Ζ μία κίνηση 5,38 mm και το Τ03 μία κίνηση 4,91mm. Αυτές οι διαστάσεις αντιπροσωπεύουν το σετάρισμα του μήκους των κοπτικών εργαλείων. Έχοντας ορίσει ο χειριστής τις τομές του σεταρίσματος, τις καταχωρεί στην μονάδα ελέγχου μέσω του πληκτρολογίου της μονάδας ελέγχου και στη συνέχεια αυτές καταγράφονται σε ένα αρχείο που μπορούμε να δούμε στην οθόνη του χειριστηρίου. Η μέθοδος εισόδου των τιμών της αντιστάθμισης Σελ.73 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ κυμαίνεται ανάλογα με το σύστημα ελέγχου. Η εισαγωγή των τιμών σεταρίσματος για τα εργαλεία του σχήματος 1.16, φαίνεται στο σχήμα 1.17. Σχήμα 1.16: Αρχείο τιμών σεταρίσματος εργαλείων φρεζαρίσματος (μετρικό σύστημα). Το σετάρισμα του μήκους των εργαλείων δεν περιορίζεται μόνο στο φρεζάρισμα. Μπορεί να εφαρμοστεί και στην τόρνευση, αλλά τότε χρειάζεται σετάρισμα δύο διαστάσεων, μία κατά τον άξονα Χ και μία άλλη κατά τον άξονα Ζ. Οι διαστάσεις αυτές φαίνονται στο σχήμα 1.17, ενώ στο σχήμα 1.18 φαίνεται η καταχώρηση των τιμών σεταρίσματος στο αντίστοιχο αρχείο. Σχήμα 1.17: α. Σχέδιο κομματιού, β. Σετάρισμα μήκους εργαλείων τόρνευσης. Σελ.74 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 1.18: Αρχείο τιμών σεταρίσματος εργαλείων τόρνευσης (μετρικό σύστημα). 1.2.4.3. Αντιστάθμιση ακτίνας Η αντιστάθμιση αυτή αναφέρεται στην μεταβολή της διαμέτρου λόγω φθοράς ή αλλαγής του κοπτικού εργαλείου ή στην περίπτωση των εργαλείων τόρνευσης της ακτίνας στρογγύλευσης του άκρου του κοπτικού εργαλείου ή του πλακιδίου (insert). Για την κατεργασία του τεμαχίου του σχήματος 5.5 μπορεί να χρησιμοποιηθεί εργαλείο διαμέτρου 15 mm ή 30 mmκαι η πορεία του κέντρου του κοπτικού εργαλείου μεταβάλλεται αντίστοιχα, όπως φαίνεται στο σχήμα. Επίσης για την κατεργασία του τεμαχίου του σχήματος 1.19 μπορεί να χρησιμοποιηθεί εργαλείο με ακτίνα κοπτικής ακμής1 ή 2 mm και αντίστοιχα θα μεταβληθεί και η τροχιά του κοπτικού εργαλείου. Σχήμα 1.19: Αντιστάθμιση ακτίνας κοπτικών εργαλείων για το φρεζάρισμα. Σελ.75 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 1.20: Αντιστάθμιση ακτίνας κοπτικών εργαλείων για τόρνευση Χωρίς τη δυνατότητα αντιστάθμισης της ακτίνας του κοπτικού εργαλείου, ο προγραμματιστής, έπρεπε να προσδιορίσει το ακριβές μέγεθος του εργαλείου και να προγραμματίσει την κίνηση της εργαλειομηχανής, αντίστοιχα. Με την αντιστάθμιση των διαστάσεων οι πραγματικές διαστάσεις αγνοούνται και προγραμματίζεται η κίνηση του εργαλείου βάσει της μορφής που έχει το τεμάχιο. Το ακριβές μέγεθος του εργαλείου καταχωρείται στο αρχείο των εργαλείων και όταν το εργαλείο αυτό καλείται για λειτουργία τότε το πρόγραμμα ρυθμίζει την κίνησή του, σύμφωνα με το πραγματικό του μέγεθος. Στη περίπτωση του φρεζαρίσματος καταχωρείται στο αρχείο των εργαλείων η διάμετρος ή η ακτίνα του κοπτικού εργαλείου και για την τόρνευση καταχωρείται η ακτίνα του άκρου της κοπτικής αιχμής. Η αντιστάθμιση μπορεί να είναι προς τα δεξιά ή τα αριστερά της επ ιφάνειας, που θα κατεργασθούμε. Για να προσδιορίσει για ποια περίπτωση πρόκειται, ο προγραμματιστής, βλέπει πάνω από το κοπτικό εργαλείο, με κατεύθυνση ίδια με την κατεύθυνση κοπής ή της τροχιάς το κοπτικού. Σε περίπτωση που το κομμάτι βρίσκεται προς τα δεξιά της τροχιάς του κοπτικού, τότε η αντιστάθμιση είναι προς τα αριστερά, ο δε προγραμματιστής πρέπει να έχει εκ των προτέρων φροντίσει να υπάρχει στο πρόγραμμα ο κατάλληλος κωδικός G41. Το αντίθετο ισχύει όταν το κομμάτι βρίσκεται αριστερά της τροχιάς του κοπτικού και στην προκειμένη περίπτωση ο προγραμματιστής θα πρέπει να εισάγει στο πρόγραμμα τον κωδικό G42. Έτσι για την περίπτωση του σχήματος 5.5 η αντιστάθμιση είναι προς τα αριστερά. Εάν δεν χρησιμοποιηθεί ο κωδικός G41ή G42 τότε δεν ισχύει η αντιστάθμιση. Σελ.76 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 1 .3 . CAD 1.3.1. Εισαγωγή στα συστήματα CAD-Γεωμετρική μοντελοποίηση Με τον όρο CAD (Computer Aided Design) εννοούμε το σχεδιασμό κατασκευών με τη βοήθεια υπολογιστή. Με τη στενή του έννοια ο όρος CAD περιορίζεται στη γεωμετρική μοντελοποίηση, ενώ για την ευρεία του έννοια και με την εξέλιξη των συστημάτων CAD περιλαμβάνει και το τμήμα της μελέτης και του υπολογισμού, καθώς και την εκπόνηση σχεδίων. Η γεωμετρική μοντελοποίηση που εισήχθη ως έννοια στις αρχές της δεκαετίας του 70, είναι σήμερα στενά συνδεδεμένη με την ραγδαία εξέλιξη της τεχνολογίας CAD/CAM και Computergraphics. Κάτω από τον όρο γεωμετρική μοντελοποίηση (geometric modeling ή συχνά στην αγγλοσαξονική βιβλιογραφία και computer geometry) συγκαταλέγονται εκείνες οι μέθοδοι που περιγράφουν με απόλυτη μαθηματική ακρίβεια τη μορφή και το σχήμα αντικειμένων και σωμάτων, καθώς και την προσομοίωση (simulation) δυναμικών διεργασιών. Συνήθως υπό τον όρο γεωμετρική μοντελοποίηση περιλαμβάνονται οι υπολογιστικές λειτουργίες με τις οποίες αναπαρίσταται, αποθηκεύεται και αναλύεται ένα μοντέλο, όπου ως μοντέλο νοείται η αναπαράσταση στον υπολογιστή ενός πραγματικού αντικειμένου ή μιας διεργασίας. Η ισχύς των σημερινών συστημάτων γεωμετρικής μοντελοποίησης οφείλεται στην τεχνική της σύνθεσης, η οποία επιτρέπει με απλό τρόπο την περιγραφή πολύπλοκης γεωμετρίας μέσω του συνδυασμού απλούστερων στοιχειωδών γεωμετρικών τμημάτων. Βασικό στοιχείο που χαρακτηρίζει και διαφοροποιεί τα συστήματα CAD μεταξύ τους είναι ο τρόπος δημιουργίας, αποθήκευσης και απεικόνισης των γεωμετρικών δεδομένων. Σημαντικό στοιχείο για το σκοπό αυτό αποτελεί ο τρόπος απεικόνισης του πραγματικού αντικειμένου στο υπολογιστικό μοντέλο του συστήματος CAD. Η απεικόνιση του πραγματικού αντικειμένου σε ένα υπολογιστικό μοντέλο είναι η σύνθεση μεταξύ δεδομένων, της δομής τους στο σύστημα και των χρησιμοποιούμενων αλγόριθμων: Μοντέλο = δεδομένα (data) + δομή (structure) + αλγόριθμοι Ο σχεδιαστής κατά τη διάρκεια της κατασκευής του αντικειμένου δε βλέπει τον τρόπο μοντελοποίησης, απλά χρησιμοποιεί τα εργαλεία του συστήματος. Παρόλα αυτά η γνώση της θεωρίας της μοντελοποίησης είναι απαραίτητη γιατί παρέχει στο σχεδιαστή: Δυνατότητα να αποφασίσει ορθότερα ως προς το είδος των χρησιμοποιούμενων στοιχείων για την παραγωγή του μοντέλου του αντικειμένου. Δυνατότητα να ερμηνεύσει απρόσμενα αποτελέσματα Σελ.77 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Διευκολύνει τη χρήση άλλων εφαρμογών (π.χ. CAM/FEM) που στηρίζονται στα γεωμετρικά δεδομένα του συστήματος CAD. 1.3.2. Κατηγορίες συστημάτων CAD 1.3.2.1. 2-D συστήματα Η μοντελοποίηση ενός πραγματικού αντικειμένου στον υπολογιστή μπορεί να είναι δυσδιάστατη ή τρισδιάστατη, ανάλογα με το είδος των απαιτήσεων που πρέπει να πληρεί και για το σκοπό που θα χρησιμοποιηθεί. Εάν πρόκειται λοιπόν για απλή εκπόνηση κατασκευαστικών σχεδίων, τότε χρησιμοποιείται δυσδιάστατη μοντελοποίηση, η οποία και περιέχει τις απαραίτητες πληροφορίες για το πραγματικό αντικείμενο υπό τη μορφή όψεων και τομών. Στην περίπτωση όμως 2-D CAD συστημάτων, δεν υπάρχει ένα ολοκληρωμένο μοντέλο που να συγκεντρώνει όλα τα δεδομένα και γενικότερα τις πληροφορίες του πραγματικού αντικειμένου. Ο σχεδιαστής πρέπει να παράγει τις απαραίτητες όψεις και τιμές ανεξάρτητα, τη μία μετά την άλλη, ενώ μεταβολές σε μια όψη δεν λαμβάνονται υπόψη αυτόματα στις υπόλοιπες. Ο λόγος είναι ότι μεταξύ των όψεων και τομών δεν υπάρχει κανενός είδους συσχέτιση. Σχήμα 2.1 : Σχέδιο πλάκας που έχει σχεδιαστεί με τη βοήθεια 2-D συστήματος CAD. Μια πιο εξελιγμένη μορφή στην κατηγορία των δυσδιάστατων συστημάτων CAD αποτελούν τα 2½-D συστήματα. Αυτά στηρίζονται στη βάση των 2-D συστημάτων, αλλά είναι εξοπλισμένα με μια επιπρόσθετη «ευφυΐα». Με τα συστήματα αυτά μπορούν να περιγραφούν αντικείμενα στο χώρο, των οποίων η χαρακτηριστική μορφή εκτείνεται μόνο σε ένα επίπεδο. Η τρίτη διάσταση τους παρέχεται μέσω απλής έκτασης της επ ιφάνειας – οδηγού γραμμικά είτε περιστροφικά. Έτσι στο παράδειγμα του σχήματος 2.2 αντιστοιχίζεται σε κάθε επιφάνεια μια σταθερή επέκτασή της στην Τρίτη διάσταση κατά τον x-άξονα. Στο υπολογιστικό μοντέλο του συστήματος CAD, το πραγματικό αντικείμενο περιγράφεται από επίπεδα επιφανειακά στοιχεία, όπου το κάθε επίπεδο Σελ.78 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ δυσδιάστατο στοιχείο έχει διευρυνθεί από ένα αρχικό ως ένα τελικό βάθος (συντεταγμένη-z). Το είδος των αντικειμένων που μπορούν να περιγραφούν με τον τρόπο αυτό είναι εκείνα που έχουν βαθμιδωτές εναλλαγές πάχους (x- άξονας), όπως πλάκες, ελάσματα κ.λ.π. Σχήμα 2.2 : 2½-D με προσδιορισμό μιας σταθερής επέκτασης στον άξονα- z Παρόμοιος είναι και ο τρόπος περιγραφής αξονοσυμμετρικών τεμαχίων. Στη περίπτωση αυτή η δυσδιάστατη οδηγός-επιφάνεια επεκτείνεται με περιστροφή όπως στο παράδειγμα του σχήματος 2.3 Σχήμα 2.3 : Δημιουργία αξονοσυμμετρικού τεμαχίου με σύστημα 2½-D Τα 2½-D συστήματα δεν μπορούν να θεωρηθούν ότι ανήκουν στη κατηγορία των καθαρά σχεδιαστικών συστημάτων. Το σχεδιαζόμενο τεμάχιο υπάρχει στον υπολογιστή σαν μοντέλο, έστω και για το μικρό φάσμα αντικειμένων που μπορούν να κατασκευαστούν κατ’ αυτό τον τρόπο. Σελ.79 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Οι πρόσθετες πληροφορίες που εξάγονται από το μοντέλο του αντικειμένου είναι απαραίτητες για παράδειγμα για την δημιουργία CNC προγραμμάτων για τριαξονική κατεργασία σε φρέζα. Επίσης υπάρχει η δυνατότητα εξαγωγής οποιονδήποτε όψεων και τομών από την κύρια όψη. Οι όψεις και τομές προκύπτουν από την κύρια όψη, από την οποία δημιουργείται το μοντέλο του πραγματικού αντικειμένου στο σύστημα CAD. Μια αλλαγή όμως στην κύρια όψη δε συνεπάγεται αυτόματη αλλαγή στις υπάρχουσες όψεις και τομές, οι οποίες για το λόγο αυτό θα πρέπει να εξαχθούν εκ νέου. Η μοντελοποίηση κατ’ αυτόν τον τρόπο δεν καθιστά δυνατή την αυτόματη εκπόνηση προοπτικών σχεδίων, μια και όπως αναφέρθηκε η μοντελοποίηση του αντικειμένου στο σύστημα CAD είναι δυσδιάστατη. Επίσης δεν υπάρχει δυνατότητα επέμβασης για αλλαγές στις επιφάνειες που προκύπτουν από τη μεταφορά ή περιστροφή της επιφάνειας – οδηγού. 1.3.2.2. 3-D συστήματα Τα συστήματα CAD που χρησιμοποιούν τρισδιάστατη μοντελοποίηση για το πραγματικό αντικείμενο που απεικονίζουν, δεν υπόκεινται στους περιορισμούς που αναφέρθηκαν για τα δυσδιάστατα συστήματα. Οι σημαντικότερες ιδιότητές τους είναι: Το απεικονιζόμενο αντικείμενο περιγράφεται ολοκληρωμένα και η γεωμετρία του είναι ανά πάσα στιγμή επεξεργάσιμη, συνεπώς μπορούν να γίνουν οποιεσδήποτε προσθήκες και μεταβολές. Μπορούν να εξαχθούν πληροφορίες για τον όγκο και γενικότερα τα μεγέθη που εξαρτώνται από αυτόν, όπως βάρος, μάζα και κέντρα βάρους. Από το τρισδιάστατο μοντέλο είναι δυνατό να εξαχθούν αυτόματα όλες οι επιθυμητές όψεις, τομές και φωτορεαλιστικά σχέδια. Οποιαδήποτε μεταβολή του σχεδιαστή στη γεωμετρία του αντικειμένου, συνεπάγεται μεταβολή του τρισδιάστατου γεωμετρικού μοντέλου και συνεπώς όλων των ιδιοτήτων (βάρος, όγκος κ.λ.π.) καθώς και των όψεων και τιμών που εξαρτώνται από αυτό. Γενικά τα 3D-CAD συστήματα χωρίζονται ανάλογα με τον τρόπο μοντελοποίησης του πραγματικού αντικειμένου και του είδους των πληροφοριών που περιέχονται σε αυτό σε τρία είδη: Τα μοντέλα σύρματος Τα μοντέλα επιφανειών και Τα στερεά μοντέλα Σελ.80 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 1.3.3. Μοντέλα σύρματος Wireframe modeler Τα μοντέλα σύρματος αποτελούν την πιο απλή και αρκετά συχνή μορφή μοντελοποίησης. Τα μοντέλα αυτά αποτελούνται από σημεία, γραμμές, τόξα, κύκλους, κωνικές τομές και καμπύλες. Οι διαφορετικοί τρόποι με τους οποίους μπορεί ο σχεδιαστής να ορίσει τα παραπάνω γεωμετρικά στοιχεία φαίνονται στα σχήματα 2.4 - 2.8. Σχήμα 2.4 : Μέθοδοι ορισμού σημείων σε σύστημα CAD. Σελ.81 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 2.5 : Μέθοδοι ορισμού γραμμής σε σύστημα CAD Σελ.82 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 2.6 : Μέθοδοι ορισμού τόξου και κύκλου σε σύστημα CAD Σελ.83 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 2.7 : Μέθοδοι ορισμού έλλειψης και παραβολής σε σύστημα CAD Σελ.84 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 2.8 : Μέθοδοι ορισμού συνθετικών καμπύλων σε σύστημα CAD Το είδος των δεδομένων για τον ορισμό διαφόρων τρισδιάστατων γεωμετρικών στοιχείων μπορεί να είναι μια λίστα κορυφών, ακμών και επιφανειών. Έτσι η περιγραφή για μοντέλα με γραμμικές ακμές έχει ως εξής : Τετράεδρο μέσω λίστας κορυφών, ακμών και είδους ακμής (βλέπε σχήμα 2 .1 0 ) . Κύβος μέσω λίστας κορυφών, ακμών και επ ιφανειών (βλέπε σχήμα 2.11) Tesseract μέσω λίστας ακμών (βλέπε σχήμα 2.12) Αντίστοιχα η περιγραφή για μοντέλα με καμπυλόγραμμες ακμές έχει ως εξής: Κώνος μέσω λίστας κορυφών, ακμών και είδους ακμής (βλέπε σχήμα 2 .1 3 ) Κύλινδρος μέσω λίστας κορυφών, ακμών και είδους ακμής (βλέπε σχήμα 2 .1 4 ) Σφαίρα μέσω λίστας κορυφών και ακμών (βλέπε σχήμα 2.15) Σελ.85 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Τα πλεονεκτήματα των μοντέλων σύρματος είναι: Ευκολία στη χρήση και εκμάθηση Μικρές απαιτήσεις σε υπολογιστική ισχύ Μικρός χρόνος εκπαίδευσης Απαιτεί τρόπο σκέψης παρόμοιο με αυτόν τον σχεδιασμό με το χέρι Μειονεκτήματα των μοντέλων σύρματος είναι: Μεγάλος χρόνος μοντελοποίησης Επιτρέπουν την κατασκευή μοντέλων, τα οποία δεν απεικονίζουν μονοσήμαντα το πραγματικό αντικείμενο, λόγω έλλειψης της πληροφορίας για το που υπάρχει υλικό, όπως φαίνεται στο σχήμα 2.16. Έτσι το μοντέλο σύρματος του κύβου θα μπορούσε να είναι οποιοσδήποτε από τους τρεις κύβους που απεικονίζονται από κάτω, ανάλογα με το πού υπάρχει άνοιγμα. Αδύνατος ο υπολογισμός ιδιοτήτων για επιφάνειες και όγκους καθώς και η αυτόματη παραγωγή τομών. Αδύνατη η εκτέλεση τοπικών επεμβάσεων, όπως η στρογγύλευση μιας ακμής. Αδύνατη η δημιουργία φωτορεαλιστικών σχεδίων και επίπονη η απόκρυψη των καλυμμένων ακμών. Αδύνατη η αυτόματη δημιουργία CNC προγραμμάτων για πολυαξονική κατεργασία. Αδύνατη η αυτόματη παραγωγή πλέγματος για ανάλυση με πεπερασμένα στοιχεία (FEM). Σχήμα 2.9 : Γραμμικό μοντέλο σύρματος τετράεδρου Σελ.86 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 2.11 : Γραμμικό μοντέλο σύρματος κύβου Σχήμα 2.12 : Γραμμικό μοντέλο σύρματος tesseract Σελ.87 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 2.13 : Καμπυλόγραμμο μοντέλο σύρματος κώνου Σχήμα 2.14 : Καμπυλόγραμμο μοντέλο σύρματος κυλίνδρου Σελ.88 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 2.15 : Δύο καμπυλόγραμμα μοντέλα σύρματος σφαίρας Σχήμα 2.16 : Πολυσήμαντη απεικόνιση του πραγματικού αντικειμένου στα μοντέλα σύρματος Σελ.89 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 1.3.4. Μοντέλα επιφανειών Surface modeler Τα συστήματα αυτά χρησιμοποιούνται γενικά για το σχεδιασμό αντικειμένων των οποίων οι εξωτερικές επ ιφάνειες εκτείνονται στο χώρο έχοντας μορφή που δεν είναι δυνατό να περιγραφεί αναλυτικά και παρέχουν καμπύλα τμήματα προς πολλές και διαφορετικές κατευθύνσεις. Τέτοιες περιπτώσεις είναι η μοντελοποίηση των εξωτερικών τμημάτων του αμαξώματος ενός αυτοκινήτου, των πτερύγων ενός αεροπλάνου, συσκευασιών (φιάλες κ.λ.π.), χυτών, σφυρήλατων και χυτοπρεσσαριστών τεμαχίων, υποδημάτων κ.α (βλέπε σχήμα 2.17) Σχήμα 2.17 : Παραδείγματα μοντέλων επιφανειών 1.3.4.1. Δομή των δεδομένων στα μοντέλα επιφανειών Κύριος φορέας της πληροφορίας για την εσωτερική δομή της βάσης δεδομένων, σε τέτοιου είδους συστήματα CAD, είναί οι επιφάνειες του μοντέλου. Αυτές αναπαρίστανται γεωμετρικά μέσω της μαθηματικής συνάρτησης, στην οποία βασίζονται. Γενικά πρόκειται για επιφάνειες, οι οποίες δεν μπορούν να περιγραφούν με τις μεθόδους της αναλυτικής γεωμετρίας, μέσω συστήματος εξισώσεων με συντελεστές, όπως στις επιφάνειες πρώτου και δευτέρου βαθμού. Στη περίπτωση αυτή χρησιμοποιούνται μέθοδοι παρεμβολής και προσέγγισης, οι οποίες και προσεγγίζουν την καμπύλη ή επιφάνεια που περνάει από συγκεκριμένα σημεία, μέχρι την επ ιθυμητή ακρίβεια που έχει οριστεί (βλέπε σχήμα 2.18). Σελ.90 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 2.18 : Προσέγγιση και παρεμβολή μιας καμπύλης Σκοπός της προσέγγισης είναι να προσδιορίσει για μια δεδομένη καμπύλη ή επιφάνεια μια εύχρηστη αριθμητική μέθοδο αναπαράστασης, η οποία να προσεγγίζει την πραγματική καμπύλη ή επιφάνεια με ακρίβεια που προκύπτει από τις ανάγκες σχεδιασμού. Κατά την παρεμβολή απαιτείται επ ιπρόσθετα η καμπύλη ή επιφάνεια προσέγγισης να διέρχεται μέσα από συγκεκριμένα σημεία, τα οποία και αποτελούν και σημεία διέλευσης της πραγματικής καμπύλης ή επιφάνειας. Οι μέθοδοι για την προσέγγιση και παρεμβολή των καμπύλων επιφανειών ελεύθερης μορφής χρησιμοποιούν την παραμετρική αναπαράστασή τους (βλέπε σχήμα 2.19), όπου οι x-y-z συντεταγμένες των επ ιφανειών είναι συνάρτηση των καμπυλόγραμμων συντεταγμένων u-v. Σχήμα 2.19 : Παραμετρική αναπαράσταση μιας επιφάνειας Η σημαντική διαφορά μεταξύ της αναλυτικής μαθηματικής περιγραφής μιας επιφάνειας και των παραπάνω παραμετρικών μεθόδων π ου χρησιμοποιούνται στα μοντέλα επιφανειών, είναι ότι οι πρώτες δίνουν μια Σελ.91 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ ακριβή μαθηματική περιγραφή μια απέραντης επιφάνειας στο χώρο. Αντίθετα οι δεύτερες περιγράφονται από τις δύο καμπυλόγραμμες παραμέτρους u-v στο χώρο και είναι από τη φύση τους πεπερασμένες. Οι οριακές καμπύλες των επιφανειών ορίζονται ανάλογα με τη μαθηματική μέθοδο (Bezier, Spline, Coons κ.λ.π.) και αποτελούν τμήμα της γεωμετρικής μορφής της επιφάνειας. Έτσι μια αλλαγή σε ένα σημείο μιας οριακής καμπύλης, επιφέρει αλλαγές στη μορφή της επιφάνειας κοντά στο σημείο αυτό, όπως φαίνεται και στο σχήμα 2 .2 0 Σχήμα 2.20 : Επίδραση της μεταβολής της θέσης ενός σημείου της οριακής καμπύλης στην επιφάνεια 1.3.4.2. Τεχνικές περιγραφής επιφανειών Η γεωμετρία των παραμετρικών επιφανειών ορίζεται συνήθως μέσω των σημείων-βάσης από τα οποία θα περνάει η επιφάνεια και των οριακών συνθηκών. Η ποιότητα και η ακρίβεια της επιφάνειας εξαρτάται από το πλέγμα των σημείων – βάσης που επιλέγεται και τον αριθμό τους. Βεβαίως είναι κουραστικό και θα απαιτούσε πολύ χρόνο να δοθούν τα σημεία βάσει των οποίων θα κατασκευαστεί η επ ιφάνεια ένα – ένα. Για το λόγο αυτό έχουν αναπτυχθεί τεχνικές αυτοματοποίησης της διαδικασίας κατασκευής των επιφανειών. Σελ.92 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 2.21 : Ορισμός επιφανείας κατά μήκος μιας καμπύλης – οδηγού Μια γενική αλλά σημαντική μέθοδος είναι η περιγραφή μιας επ ιφάνειας κατά μήκος μιας καμπύλης – οδηγού (spine) (βλέπε σχήμα 2.21). Η καμπύλη – οδηγός Ι, μπορεί να είναι οποιασδήποτε μορφής στο χώρο, ανοικτή ή κλειστή, στο σύστημα συντεταγμένων x-y-z. Κατά μήκος της καμπύλης αυτής, σε συγκεκριμένες αποστάσεις, ορίζονται κάθετα σε αυτή καμπύλες Q, οι οποίες και ορίζουν τη διαμόρφωση της επιφάνειας στο χώρο. Με τον τρόπο αυτό είναι δυνατό να περιγραφούν πολύ διαφορετικές μεταξύ τους γεωμετρίες επιφανειών, μια και οι κάθετες καμπύλες Q δεν είναι απαραίτητο να παραμένουν σταθερές, ενώ μπορούν και αυτές (όπως και οι καμπύλη – οδηγός) να είναι ανοικτές ή κλειστές (βλέπε σχήμα 2.22). Έτσι είναι δυνατό να περιγραφούν επιφάνειες εκ περιστροφής, επ ιφάνειες σταθερού προφίλ, επ ιφάνειες μετάβασης από μια μικρότερη προς μια μεγαλύτερη διατομή κ.λ.π. Σελ.93 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 2.22 : Δυνατότητες ορισμού επιφανειών κατά μήκος μιας καμπύλης – οδηγού Ένας διαφορετικός τρόπος περιγραφής είναι μέσω μιας ομάδας «καμπύλων τομής» από τις οποίες διέρχεται η επιφάνεια (βλέπε σχήμα 2.23) ή μέσω επιφανειών Coons, όπου καθορίζονται οι καμπύλες που αποτελούν τα όρια της επιφάνειας (βλέπε σχήμα 2.24) Σελ.94 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 2.23 : Ορισμός επιφανειών μέσω «καμπύλων τομής» Σχήμα 2.24 : Ορισμός επιφανειών Coons Στο παρακάτω σχήμα 2.25 φαίνεται ο ορισμός επιφανειών με επιφάνειες τύπου Bezier, όπου η προσέγγιση της επιφάνειας γίνεται με σειρά σημείων. Στη περίπτωση αυτή μπορεί να γίνει μόνο γενικός έλεγχος της επιφάνειας. Σελ.95 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 2.25 : Επιφάνειες Bezier Ένας άλλος τρόπος ορισμού επιφανειών είναι μέσω των επιφανειών B-spline (βλέπε σχήμα 2.26), μέσω προσέγγισης ή παρεμβολής σε σειρά σημείων. Σε αυτές είναι δυνατός και ο τοπικός έλεγχος της επιφάνειας. Σχήμα 2.26 : Επιφάνειες B-spline Σελ.96 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Τέλος γίνεται αναφορά και στις επ ιφάνειες επέκτασης (offset), οι οποίες προκύπτουν από την «επέκταση» μιας επιφάνειας προς μια διεύθυνση που καθορίζεται (βλέπε σχήμα 2.27) Σχήμα 2.27 : Επιφάνειες επέκτασης (offset), Ο τρόπος εργασίας με συστήματα CAD που βασίζονται σε μοντέλα επιφανειών, έγκειται στον τρόπο ορισμού και χειρισμού των επιφανειών ελεύθερης μορφής. Με τη βοήθεια καμπύλων στο χώρο είναι δυνατό να σχηματιστούν σύνθετες επιφάνειες. Τα πλεονεκτήματα των μοντέλων επιφανειών σε σχέση με τα μοντέλα σύρματος είναι: Παρέχουν πιο ακριβή αναπαράσταση του πραγματικού αντικειμένου Παρέχουν τη δυνατότητα απόκρυψης κρυφών γραμμών και επιφανειών κατά την απεικόνιση Δίνουν τη δυνατότητα σκίασης των μοντέλων Παρέχουν τη δυνατότητα υπολογισμού όγκου, φυσικών ιδιοτήτων Μπορεί να γίνει δημιουργία πλέγματος πεπερασμένων στοιχείων (FEM) και πορείας κοπτικού εργαλείου CNC εργαλειομηχανής Μπορούν να πραγματοποιηθούν τομές αντικειμένων καθώς και έλεγχος παρεμβολής άλλων αντικειμένων Τα μειονεκτήματα χρήσης τέτοιων μοντέλων είναι: Η δημιουργία του μοντέλου είναι επ ίπονη και απαιτεί τη δημιουργία και διαχείριση κάποιου μοντέλου σύρματος Τα μοντέλα είναι πολύπλοκα και απαιτείται μεγάλη ισχύς επεξεργασίας Δεν ενδείκνυνται για την παραγωγή σχεδίων Απαιτείται γνώση μαθηματικών Σελ.97 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 1.3.5. Στερεά μοντέλα Solid modeler Αποτελούν τα συστήματα με την πληρέστερη αποθηκευμένη πληροφορία για το αντικείμενο που αναπαριστούν και τους πιο πολύπλοκους εσωτερικούς αλγόριθμους. 1.3.5.1. Χαρακτηριστικές ιδιότητες Χαρακτηριστικό των συστημάτων στερεάς μοντελοποίησης είναι η δυνατότητα αναπαράστασης τρισδιάστατων αντικειμένων μέσω της ακριβούς περιγραφής όγκου και υλικού κατά τη μοντελοποίηση που γίνεται στον υπολογιστή. Σε τέτοιου είδους συστήματα ο κατασκευαστής έχει τη δυνατότητα δημιουργίας αποθήκευσης, υπολογισμού και μεταβολής πλήρους και αναμφίβολα ορισμένων τρισδιάστατων μοντέλων στερεών σωμάτων. Οι χαρακτηριστικές ιδιότητες των συστημάτων στερεάς μοντελοποίησης είναι: 2. Πληρότητα : Ο όρος πληρότητα σημαίνει στην προκειμένη περίπτωση ότι δεν είναι δυνατό να οριστούν και να αναπαρασταθούν αντικείμενα στα οποία λείπουν επ ιφάνειες ή ακμές. Αντίστοιχα δεν είναι δυνατό να προστεθούν ακμές και επιφάνειες στο μοντέλο, αν δεν ανήκουν σε κάποιο όγκο. Το μοντέλο στον υπολογιστή είναι μια γνήσια απεικόνιση του πραγματικού αντικειμένου. 3. Αναμφίβολος τρόπος αναπαράστασης : Εξαιτίας της αποθήκευσης της πλήρους γεωμετρίας του αντικειμένου, είναι δυνατή η αναμφίβολη αναπαράσταση του αντικειμένου και μέσω αλγορίθμων ο υπολογισμός οποιασδήποτε ιδιότητας αυτού (π.χ. μάζα, όγκος, ροπές αδράνειας κ.λ.π.) 4. Εγκυρότητα περιγραφής : Είναι δυνατή η περιγραφή μόνο αντικειμένων που υπάρχουν στην πραγματικότητα, σε αντίθεση με τα μοντέλα σύρματος και επ ιφανειών. Ακόμα και μετά την εφαρμογή πολύπλοκων αλγορίθμων στο αντικείμενο, το αποτέλεσμα θα είναι με σιγουριά έγκυρο. Ο σχεδιαστή απαλλάσσεται από τέτοιου είδους έλεγχο. 1.3.5.2. Γενικές μέθοδοι κατασκευής Στα τρισδιάστατα συστήματα στερεάς μοντελοποίησης υπάρχει μια σειρά διαφορετικών μεθόδων για τη σχεδίαση αντικειμένων. Σκοπός των μεθόδων αυτών είναι η κατά το δυνατό πιο αποτελεσματική δημιουργία του πολύπλοκου μοντέλου του πραγματικού αντικειμένου στον υπολογιστή με τη μικρότερη δυνατή ανάγκη εισαγωγής στοιχείων από το σχεδιαστή. Στα 3D συστήματα στερεά μοντελοποίησης οι πληροφορίες της βάσης δεδομένων για το αντικείμενο είναι τόσο πολλές που δεν είναι δυνατό να απαιτηθούν από τον κατασκευαστή. Για το λόγο αυτό δίνεται η δυνατότητα Σελ.98 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ δημιουργίας πολύπλοκων μοντέλων βήμα – βήμα με βάση τις μεθόδους που περιγράφονται στη συνέχεια. Σχήμα 2.28 : Συνήθη στοιχειώδη στερεά σε ένα σύστημα στερεάς μοντελοποίησης Σχεδιασμός με στοιχειώδη σώματα Τα στοιχειώδη σώματα είναι σώματα προκαθορισμένης μορφής στο σύστημα CAD (βλέπε σχήμα 2.28 – 2.29), με απλή γεωμετρία που μπορούν να περιγραφούν ακριβώς μέσω του καθορισμού των χαρακτηριστικών παραμέτρων τους που θα δώσουν τις διαστάσεις στη μορφή τους. Σελ.99 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Έτσι για παράδειγμα ένα ορθογώνιο στερεό (block) καθορίζεται μέσω των τριών ακμών στις 3 κατευθύνσεις (x1, y1, z1) του συστήματος συντεταγμένων. Σχήμα 2.29 : Στοιχειώδη στερεά σε συστήματα στερεάς μοντελοποίησης Στα στοιχειώδη στερεά αντιστοιχίζεται ένα «προσωρινό» τυπικό σύστημα συντεταγμένων (βλέπε σχήμα 2.30) και με βάση αναφοράς αυτό τοποθετούνται αρχικά συνήθως στη αφετηρία των συντεταγμένων του χώρου μοντελοποίησης του συστήματος. Κατόπιν με μεταφορά και περιστροφή μεταφέρονται στη τελική επιθυμητή θέση. Σχήμα 2.30 : Τοπικό σύστημα συντεταγμένων στοιχειώδους στερεού Σχεδιασμός με γραμμική σάρωση (sweeping) επίπεδων επιφανειών Κατά τη μέθοδο αυτή σχεδιάζεται αρχικά το περίγραμμα μιας δυσδιάστατης διατομής με τα κλασσικά εργαλεία δυσδιάστατου σχεδιασμού του συστήματος CAD. Κατόπιν προσδιορίζεται το βάθος και η κατεύθυνση της σάρωσης Σελ.100 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ (όπως φαίνεται στα σχήματα 2.31 και 2.32) για να δημιουργηθεί το τελικό τρισδιάστατο αντικείμενο. Προϋπόθεση για τη δημιουργία στερεού μέσω γραμμικής σάρωσης είναι η διατομή να είναι κλειστή. Τυχόν κύκλοι εντός της διατομής μετατρέπονται σε οπές στο τελικό τρισδιάστατο αντικείμενο (σχήμα 2.31). Σχήμα 2.31 : Γραμμική σάρωση Σχεδιασμός με περιστροφική σάρωση επιπέδων επιφανειών Στην περιστροφική σάρωση προσδιορίζονται με παρόμοιο τρόπο οι διατομές που θα περιστραφούν, ο άξονας περιστροφής, καθώς και η αρχική και η τελική γωνία περιστροφής (ή η ολική γωνία περιστροφής). Σημειώνεται ότι η χαρακτηριστική διατομή που χρησιμοποιείται για την περιστροφή δεν αποτελεί επιφάνεια του τελικού σώματος. Το τελικό αποτέλεσμα είναι πάντοτε ένα στερεό εκ περιστροφής και ανάλογα με τη σχετική θέση της διατομής και του άξονα περιστροφής (βλέπε σχήμα 2.34) μπορεί να δημιουργηθεί: 1. κύλινδρος 2. κώνος 3. σφαίρα 4. σαμπρέλα 5. βαρελοειδές 6. κύκλος 7. δακτύλιος Σελ.101 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 2.32 : Παραδείγματα δημιουργίας στερεού με γραμμική και περιστροφική σάρωση της ίδιας διατομής Σχήμα 2.33 : Δημιουργία στερεού με περιστροφική σάρωση Σχήμα 2.34 : Έννοια της σχετικής θέσης της διατομής ως προς τον άξονα περιστροφής Σελ.102 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχεδιασμός με σάρωση ολοκλήρων σωμάτων Το αποτέλεσμα της λειτουργίας αυτής είναι ο όγκος σάρωσης που καλύπτει ένα σώμα στη διαδρομή του κατά μήκος μιας καμπύλης οδηγού ή της περιστροφής ενός σώματος γύρω από έναν άξονα περιστροφής όπως φαίνεται στο σχήμα 2.35. Η μέθοδος αυτή δεν χρησιμοποιείται τόσο για interactive σχεδιασμό στην οθόνη, όσο για : κινηματική ανάλυση ελέγχους πρόσκρουσης έλεγχο διαδρομής κοπτικού εργαλείου CNC εργαλειομηχανής Σχήμα 2.35 : Όγκος σάρωσης ενός κοπτικού εργαλείου κατά μήκος μιας καμπύλης οδηγού ή κατά της περιστροφής γύρω από άξονα Σχεδιασμός με σύνθεση από περισσότερες όψεις Σε μερικά συστήματα CAD είναι δυνατή η σύνθεση περισσότερων ανεξάρτητων δυσδιάστατων όψεων (ή τομών) σε ένα τρισδιάστατο στερεό. Μια από τις μεθόδους που χρησιμοποιείται για το σκοπό αυτό είναι η διαδοχική αντιστοίχηση όλων των γεωμετρικών στοιχείων της κύριας όψης σε αυτά των άλλων όψεων. Σε άλλα συστήματα υπάρχουν αλγόριθμοι, οι οποίοι δημιουργούν αυτόματα από τις δυσδιάστατες όψεις ένα μοντέλο σύρματος. Ο σχεδιαστής ελέγχει την Σελ.103 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ πληρότητά του και κατόπιν δημιουργείται σε δεύτερο στάδιο αυτόματα το στερεό σώμα. Ο αλγόριθμος του συστήματος επιδιώκει κατά το δυνατό να συλλέξει τις απαραίτητες πληροφορίες για όλες τις επ ιφάνειες του στερεού, ενώ υπάρχει δυνατότητα ελέγχου και διορθωτικών επεμβάσεων. 1.3.5.3. Λειτουργίες συνόλων Boolean operations Σκοπός των λειτουργιών αυτών είναι η μεταβολή της μορφής δύο σύνθετων σωμάτων μέσω της σύνδεσης των περιοχών τους που έχουν υλικό. Το τελικό αποτέλεσμα είναι ένα στερεό που περιλαμβάνει μερικά από τα χαρακτηριστικά καθενός από τα αρχικά στερεά. Οι λειτουργίες αυτές δίνουν τη δυνατότητα δημιουργίας πολύπλοκων στερεών σωμάτων με πολύ αποτελεσματικό τρόπο. Βασίζονται στη θεωρία συνόλων και είναι οι παρακάτω : Ένωση (Union) Αφαίρεση (Subtraction) Τομή (Intersection) Στο σχεδιασμό κατ’ αυτό τον τρόπο, τοποθετούνται το στερεό σώμα – βάση και το στερεό σώμα - προσθήκη στο σύστημα συντεταγμένων του χώρου μοντελοποίησης έτσι ώστε οι περιοχές υλικού τους να επικαλύπτονται. Κατόπιν ενεργοποιείται η ανάλογη εντολή (ένωση – αφαίρεση – τομή) και τίθεται σε εφαρμογή ένας πολύπλοκος (και σχετικά αργός) αλγόριθμος, ο οποίος οδηγεί τη μορφή του στερεού σώματος στο τελικό αποτέλεσμα σύμφωνα με την επιθυμία του σχεδιαστή. Σχήμα 2.36 : Λειτουργίες συνόλων Σελ.104 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 2.37 : Παράδειγμα δημιουργίας στερεού με λειτουργίες συνόλων 1.3.5.4. Τοπικές μεταβολές Οι λειτουργίες αυτές σε αντίθεση με τις λειτουργίες συνόλων, είναι τοπικές και εφαρμόζονται σε μόνο σε ένα στερεό και συγκεκριμένα σε ένα τμήμα του. Ο τρόπος λειτουργίας των αλγόριθμων αυτών είναι προδιαγεγραμμένος ανά περίπτωση, ενώ αντίθετα στις λειτουργίες συνόλων το τελικό αποτέλεσμα είναι άγνωστο για τον αλγόριθμο του συστήματος. Οι κυριότερες τοπικές μεταβολές είναι όπως φαίνεται στο σχήμα 2.38 οι εξής: στρογγύλευση (filleting) ακμών σπάσιμο (chamfering) ακμών Σελ.105 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 2.38 : Τοπικές μεταβολές Συνήθως οι λειτουργίες αυτές μπορούν να λειτουργήσουν σε περισσότερες της μιας ακμής διαδοχικά. Στην περίπτωση που οι ακμές που ορίζονται για στρογγύλευση ή σπάσιμο συναντώνται σε μια κορυφή, η ένωσή τους μπορεί να είναι ομαλή (smooth) οπότε σχηματίζεται μια νέα επιφάνεια, ή απότομη (intersect), οπότε η τομή των νέων επιφανειών σχηματίζει μια νέα ακμή με απότομη μετάβαση από τη μια επιφάνεια στην άλλη. Στο σχήμα 2.39 φαίνεται διάφορες περιπτώσεις στρογγύλευσης και σπασίματος άκρων σε μια, δύο ή περισσότερες ακμές (που συναντώνται σε μια κοινή κορυφή) καθώς και το αποτέλεσμα της τοπικής μεταβολής. Σελ.106 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 2.39 : Διάφορες περιπτώσεις τοπικών μεταβολών Σελ.107 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 2. ΜΕΘΟΔΟΙ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗΣ 2 .1 . Στερεά μοντελοποίηση Solid modeling Τα συστήματα στερεάς μοντελοποίησης είναι σημαντικότερα και η διείσδυσή τους στο σχεδιασμό κατασκευών ακολουθεί τα τελευταία χρόνια επιταχυνόμενο ρυθμό, βοηθούμενη και από την ραγδαία αύξηση της υπολογιστικής ισχύος και της πτώσης των τιμών στους υπολογιστές. Εξαιτίας της σημασίας τους αυτής θα γίνει στο κεφάλαιο αυτό μια εμβάθυνση στα διαφορετικά είδη των συστημάτων στερεάς μοντελοποίησης. Αυτά διακρίνονται μεταξύ τους κατά κύριο λόγο από τη διαφορά στον τρόπο αποθήκευσης των πληροφοριών του υπό κατασκευή αντικειμένου. Επειδή οι αλγόριθμοι μοντελοποίησης είναι στενά συνδεδεμένοι με τη δομή της βάσης δεδομένων του συστήματος CAD είναι σημαντικό να γνωρίζει ο σχεδιαστής τα βασικά χαρακτηριστικά των διαφόρων συστημάτων στερεάς μοντελοποίησης. Δεν είναι τα κύρια είδη των συστημάτων αυτών, τα CSG (Constructive Solid Geometry)και τα B-Rep (Boundary Representation), ενώ υπάρχουν και οι υβριδικές δομές μοντελοποίησης, οι οποίες προσπαθούν να συνδυάσουν τα πλεονεκτήματα των παραπάνω δύο βασικών ειδών μοντελοποίησης. Constructive Solid Geometry (CSG) 2.1.1. Τρόπος αναπαράστασης μοντέλου Ο τρόπος αυτός για την αναπαράσταση αντικειμένων έχει τις ρίζες του στα πρώτα συστήματα CAD αμερικανικής προέλευσης και αποτελούσε παλαιότερα την πιο διαδεδομένη μορφή μοντελοποίησης. Παρέχει ευκολία στη δημιουργία μοντέλων, στην καταχώρησή τους και στον έλεγχο της εγκυρότητας αυτών. Το μοντέλο στη βάση δεδομένων δημιουργείται με τη βοήθεια λειτουργιών συνόλων (boolean operations) από το συνδυασμό στοιχειωδών σωμάτων. Το κατώτερο επίπεδο περιγραφής γεωμετρικών στοιχείων στη δομή της βάσης δεδομένων του συστήματος είναι συνεπώς τα βασικά στερεά, όπως ορθογώνιο μπλοκ, κύλινδρος, κώνος, σφαίρα, σφήνα, σαμπρέλα κ.λ.π., χωρίς περαιτέρω ανάλυση σε επιφάνειές, ακμές και σημεία που τα αποτελούν. Στη βάση δεδομένων καταχωρείται η τοπολογία και η γεωμετρία του μοντέλου. Η τοπολογία δημιουργείται από τις λειτουργίες συνόλων και η γεωμετρική περιγραφή περιλαμβάνει τα δεδομένα περιγραφής των στερεών και τους μετασχηματισμούς σε αυτά. Η δομή των συστημάτων CSG αποθηκεύεται συνήθως με τη μορφή δυαδικού δένδρου. Σελ.108 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Τα "κλαδιά" του δένδρου είναι τα στοιχειώδη στερεά που δημιουργούν βήμα – βήμα το τελικό αντικείμενο, ενώ οι κόμβοι (που ενώνουν δύο κλαδιά) αποτελούν τις λειτουργίες συνόλων που δηλώνουν τον τρόπο συνδυασμού των βασικών στερεών σε κάθε βήμα. Σύμφωνα με το παραπάνω απλό σχήμα περιγράφεται πρακτικά ο μηχανισμός δημιουργίας του τρισδιάστατου μοντέλου σε ένα σύστημα CAD της κατηγορίας CSG. Η CSG – μοντελοποίηση είναι πολύ αποδοτική, με εύκολη κατασκευή μοντέλων από τα στοιχειώδη στερεά, μικρές απαιτήσεις μνήμης και αξιόπιστους αλγόριθμους εφαρμογής. Μειονέκτημα είναι η σχετικά αργή ανάδραση και το περιορισμένο πεδίο εφαρμογών. Σχήμα 3.1: Παράδειγμα για δομή δεδομένων συστήματος CSG Σελ.109 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 2.1.2. Χρησιμοποιούμενοι αλγόριθμοι Στα συστήματα CSG, εξαιτίας του τρόπου μοντελοποίησης δεν είναι γνωστές οι γεωμετρικές πληροφορίες για το τελικό αντικείμενο, όπως αυτό προκύπτει από τις λειτουργίες συνόλων μεταξύ των στοιχειωδών σωμάτων. Με άλλα λόγια η δομή σε ένα σύστημα CSG είναι απλά ένα είδος καταγραφής του ιστορικού της μοντελοποίησης του στερεού. Εάν είναι λοιπόν απαραίτητη η γνώση γεωμετρικών στοιχείων του τελικού στερεού σώματος, επειδή δεν είναι εκ των προτέρων γνωστά, πρέπει να εξαχθούν από τη βάση δεδομένων του συστήματος. Ο αλγόριθμος εξαγωγής γεωμετριών στοιχείων του τελικού στερεού σώματος, εφαρμόζεται στα γεωμετρικά δεδομένα του μοντέλου- CSG, δηλαδή στα στοιχειώδη στερεά (μπλοκ, κύλινδρος, κώνος, σφαίρα κ.λ.π) που το αποτελούν, καθώς και στις καταγεγραμμένες λειτουργίες συνόλων (ένωση, αφαίρεση, τομή) που τα συνθέτουν βήμα προς βήμα. Ο αλγόριθμος αναλύει τη δυαδική δενδρική μορφή (tree-structrure) της CSG-βάσης δεδομένων και δημιουργεί βάσει προκαθορισμένης μεθόδου μια απεικόνιση οριακής αναπαράστασης του μοντέλου (βλ. κεφάλαιο 3.2) Τα ζητούμενα γεωμετρικά στοιχεία του τελικού στερεού είτε για αναγκαίους υπολογισμούς, είτε για αναπαράσταση του μοντέλου στην οθόνη προκύπτει ως το αποτέλεσμα του αλγόριθμου ανάλυσης της βάσης δεδομένων του CSG- μοντέλου. Κάθε φορά που μεταβάλλεται η γεωμετρία, η θέση ή η οπτική γωνία παρατήρησης του στερεού σώματος που κατασκευάζεται, εφαρμόζεται από την αρχή ο αλγόριθμος ανάλυσης. Εξαιτίας του είδους της βάσης δεδομένων στα συστήματα CSG, πολλές τοπικές μεταβολές μορφής, όπως αυτές είναι γνωστές στα συστήματα οριακής αναπαράστασης (κεφ. 3.2), δεν είναι δυνατές. Ετσι υπάρχουν περιπτώσεις όπου η στρογγύλευση ή το σπάσιμο ακμών δεν είναι δυνατές. Αυτό συμβαίνει όταν οι ακμές που πρέπει να μεταβληθούν ανήκουν στο τελικό στερεό σώμα, αλλά δεν υπάρχουν στη βάση δεδομένων του CSG-μοντέλου και συνεπώς δεν είναι δυνατό να επιλεχθούν κατά την σχεδίαση. Έτσι στο παράδειγμα του σχήματος 3.2 η ακμή Κ του απεικονιζόμενου μοντέλου δεν υπάρχει σε κανένα από τα στοιχειώδη στερεά από τα οποία προέκυψε το τελικό σώμα. Προκύπτει έμμεσα από τον προαναφερθέντα αλγόριθμο ανάλυσης της βάση δεδομένων του CSG-μοντέλου και συγκεκριμένα από την αφαίρεση των κυλινδρικών σωμάτων Ζ3 και Ζ4 από το ενδιάμεσο στερεό ΤΚ4 στα όρια δηλαδή του σώματος ΤΚ6. Συνεπώς η ακμή Κ δεν υπάρχει άμεσα στη βάση δεδομένων του μοντέλου, αλλά προκύπτει άμεσα από την ανάλυση αναπαράστασης του CSG-μοντέλου. Σελ.110 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 3.2 : Μοντέλο CSG με απεικόνιση των ενδιάμεσων στερεών σωμάτων που προκύπτουν από τις λειτουργίες συνόλου. Για την πραγματοποίηση τοπικών μεταβολών όπως στρογγύλευση ή σπάσιμο ακμών σε CSG συστήματα χρησιμοποιείται συχνά η μέθοδος του "υποκατάστατου σώματος". Στη μέθοδο αυτή δημιουργείται ένα νέο στερεό, το οποίο έχει τέτοια μορφή, ώστε με εφαρμογή λειτουργιών συνόλων με το κυρίως στερεό, το τελικό αποτέλεσμα να περιέχει την επιθυμητή στρογγύλευση ή σπάσιμο όπως φαίνεται στο σήμα 3.3 Σελ.111 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 3.3 : Παράδειγμα στρογγύλευσης μιας ακμής με λειτουργίες συνόλων του αρχικού σώματος με το "υποκατάστατου σώμα". Σχήμα 3.4 : α) Παράδειγμα όπου η στρογγύλευση της ακμής με τη μέθοδο του υποκατάστατου σώματος είναι αδύνατη. β) Στρογγύλευση περισσοτέρων ακμών, όπου οι προκύπτουσες γεωμετρικές και τοπολογικές σχέσεις των στρογγυλευμένων επιφανειών είναι πολύπλοκες. Η μέθοδος "υποκατάστατου σώματος", αποδίδει συχνά τα επιθυμητά αποτελέσματα, υπάρχουν όμως και περιπτώσεις όπου η κατασκευή του είναι δύσκολη έως αδύνατη όπως φαίνεται στο σχήμα 3.4 σε αντίθεση με τα B-Rep συστήματα όπου τέτοιες μεταβολές μορφής είναι πιο απλές. Σελ.112 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 2 .2 . Οριακή αναπαράσταση Boundary Representation (B-Rep) 2.2.1. Τρόπος αναπαράστασης μοντέ λου Η οριακή αναπαράσταση ως είδος μοντελοποίησης σε συστήματα CAD ξεκίνησε ιστορικά στον ευρωπαϊκό χώρο και αποτελεί σήμερα το πιο διαδεδομένο σύστημα αναπαράστασης στερεών. Βασική ιδέα είναι ο ορισμός του στερεού από ένα σύνολο επιφανειών, οι οποίες ορίζονται από ένα σύνολο ακμών, οι ακμές ορίζονται μεταξύ δύο σημείων και κάθε σημείο ορίζεται από τις τρεις συντεταγμένες του στο χώρο (βλ. σχήμα 3.5). Σχήμα 3.5 : Δομή δεδομένων ενός μοντέλου οριακής αναπαράστασης. Για την πλήρη περιγραφή αντικειμένων, ως αναφορά τη μορφή και τις διαστάσεις τους, σε ένα μοντέλο οριακής αναπαράστασης είναι απαραίτητη η αλληλεπίδραση της γεωμετρίας με την τοπολογία (βλ. σχήμα 3.6). Μέσω της τοπολογίας οροθετείται ένα γεωμετρικό στοιχείο στο πεδίο ορισμού του. Η γεωμετρική του μορφή προσδιορίζεται εντός των παραπάνω ορίων μέσω της αναλυτικής – γεωμετρικής πληροφορίας (συντελεστές παρεμβολής, διανύσματα, συντεταγμένες), δηλαδή της αναλυτικής περιγραφής των περιβαλλουσών επιφανειών. Η διαφορά τοπολογίας και γεωμετρίας εξηγείται στο σχήμα 3.7. Η πλευρά (face) ορίζεται για παράδειγμα μέσω της γεωμετρίας της (απέραντης) επιφάνειας (surface) επί της οποίας ευρίσκεται στην απλούστερη περίπτωση, δηλαδή ενός επιπέδου. Το επίπεδο αυτό πρέπει να ισχύει μόνο εντός ορισμένων ορίων. Αυτό σημαίνει ότι η τροπολογία της πλευράς (face) περιλαμβάνει οριακά στοιχεία που περικλείουν ένα ορισμένο τμήμα της απέραντης επιφάνειας (surface) και καθορίζουν επί αυτής το πεδίο ορισμού της. Τα οριζόμενα τμήματα μπορεί να είναι είτε εξωτερικά είτε εσωτερικά. Σελ.113 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 3.6 : Σχηματική αναπαράσταση τοπολογίας στερεού. Τα τοπολογικά στοιχεία που οριοθετούν την επιφάνεια είναι τα ίδια με τη σειρά τους γραμμικά γεωμετρικά στοιχεία μια πολύπλοκη ιεραρχική δομή. Ο ορισμός του στερεού σώματος είναι ιεραρχικά το αμέσως ανώτερο επίπεδο και περιγράφεται από τις επιφάνειες που το αποτελούν. Σε πολλές δομές δεδομένων οριακής απεικόνισης υπάρχουν ιεραρχικά και ανώτερα επ ίπεδα όπως κατασκευαστικά γκρουπ που αποτελούνται από περισσότερα σώματα. Σχήματα 3.7 : Σχέση γεωμετρικών και τοπολογικών στοιχείων. Σελ.114 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 2.2.2. Χρησιμοποιούμενοι αλγόριθμοι Όπως προαναφέρθηκε, τα μοντέλα οριακής απεικόνισης ορίζονται πλήρως από τα γεωμετρικά στοιχεία που τα οριοθετούν. Ολες οι πλευρές, ακμές, σημεία που απαρτίζουν ένα στερεό σώμα είναι άμεσα αποθηκεμένα ως τέτοια στη βάση δεδομένων του συστήματος. Μπορούν συνεπώς να επιλεχθούν άμεσα κατά τη διαδικασία του σχεδιασμού χωρίς την ενεργοποίηση πρόσθετων αλγορίθμων ανάλυσης, όπως συμβαίνει στο μοντέλα CSG. Αντίθετα, πληροφορίες για τον τρόπο δημιουργίας του μοντέλου, δηλαδή από ποια στοιχειώδη στερεά και μέσω ποιών λειτουργιών συνόλων ή τοπ ικών μεταβολών μορφής φθάσαμε στο τελικό στερεό σώμα, δεν υπάρχουν. Η ιστορία σύνθεσης του μοντέλου δεν μπορεί να εξαχθεί από τη βάση δεδομένων. Η βάση δεδομένων των συστημάτων οριακής απεικόνισης είναι δομημένη αυστηρά ιεραρχικά και στηρίζεται στην αλληλεπίδραση γεωμετρίας και τοπολογίας. Μέσω του ορισμού οδών πρόσβασης σα διάφορα στοιχεία της βάσης δεδομένων προκύπτει ένα πολύπλοκο δίκτυο αλληλεξάρτησης. Αυτή η δικτυακή και ιεραρχική αλληλεξάρτηση επιδρά και στους χρησιμοποιούμενους αλγόριθμους των συστημάτων οριακής απεικόνισης. Στα συστήματα αυτά δεν παίζει ρόλο εάν πρόκειται για λειτουργίες συνόλων ή για τοπικές μεταβολές της μορφής. Οι αλγόριθμοι δρουν απευθείας πάνω στα διάφορα γεωμετρικά στοιχεία της βάσης δεδομένων στο αντίστοιχο κάθε φορά ιεραρχικό επ ίπεδο και είναι κοινοί, είτε πρόκειται για αλγόριθμους μεταβολής της μορφής είτε για αλγόριθμους αναπαράστασης. Γενικά μπορούμε να μιλήσουμε για δύο κατηγορίες αλγόριθμων: Αλγόριθμους για την εκτέλεση λειτουργιών συνόλων (Boolean operations) επί των γεωμετρικών στοιχείων του σώματος. Αλγόριθμους ελέγχου για τον προσδιορισμό θέσης στοιχείων σε σχέση με το πεδίο ορισμού τους. Τα δύο είδη αλγόριθμου είναι στενά συνδεδεμένα μεταξύ τους. Οι βάσεις της αναλυτικής γεωμετρίας της θεωρίας παρεμβολής κ.λ.π. παρέχουν λύσεις μαθηματικών γεωμετρικών προβλημάτων, οι οποίες εξαιτίας της αυστηρά μαθηματικής τους υπόστασης π.χ. ως αναλυτικές εξισώσεις συντελεστών, δεν είναι σε θέση να οριοθετήσουν τα γεωμετρικά στοιχεία. Για το λόγο αυτό πρέπει μετά από κάθε λειτουργία συνόλων να ενεργοποιείται ένας αλγόριθμος ελέγχου του αποτελέσματος και οριοθέτησης των γεωμετρικών στοιχείων που προκύπτουν. Η αλληλεπίδραση της γεωμετρίας και της τοπολογίας είναι όπως γίνεται κατανοητό σημαντική και για τους αλγόριθμους. Σελ.115 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 3.8 : Προσδιορισμός της καμπύλης που προκύπτει από την αφαίρεση ενός κυλίνδρου στερεού από ένα ορθογώνιο στερεό. Όπως φαίνεται στο σχήμα 3.8 από το ορθογώνιο στερεό θα αφαιρεθεί το κυλινδρικό στερεό. Ο εφαρμοζόμενος για τη λειτουργία αυτή συνόλων αλγόριθμος εξετάζει την τομή διαδοχικά όλων των επιφανειών του ενός σώματος με το άλλο. Στη συγκεκριμένη περίπτωση ενδιαφέρει μόνο η διαδικασία τομής της πλευρά Ε του ορθογωνίου με το μανδύα του κυλίνδρου. Από γεωμετρικής πλευράς πρόκειται για τομή επίπεδης επιφάνειας με κυλινδρική. Η μαθηματική περιγραφή τους δίνει δύο άπειρες επ ιφάνειες. Ο υπολογισμός της τομής τους δίνει μια καμπύλη που είναι τμήμα κύκλου. Αρχικά όμως ο κύκλος είναι μόνο μαθηματικά ορισμένος ως αποτέλεσμα τομής δύο απείρων επιφανειών και είναι πλήρης. Επειδή όμως στο γεωμετρικό μοντέλο του σώματος ενδιαφέρει μόνο το τμήμα της πλευράς του ορθογωνίου που είναι που ανήκει σε αυτό (και το οριοθετεί), θα πρέπει η καμπύλη που προέκυψε σαν αποτέλεσμα της τομής των άπειρων επιφανειών να τμηματοποιηθεί με ένα νέο αλγόριθμο σε ένα τμήμα που ανήκει στο τελικό σώμα και σε ένα που πρέπει να "ξεχαστεί". Αυτό γίνεται μέσω των αλγόριθμων ελέγχου θέσης, οι οποίοι ελέγχουν το γεωμετρικό στοιχείο που προέκυψε (εδώ κύκλος) και προσδιορίζουν το τμήμα που ανήκει στο τελικό στερεό. Συμπερασματικά μπορούμε να πούμε ότι οι αλγόριθμοι μοντελοποίησης των συστημάτων οριακής αναπαράστασης εφαρμόζεται απευθείας στα γεωμετρικά στοιχεία του στερεού, καθώς αυτό διαμορφώνεται σε διαδοχικά β ή μ ατ α. 2.3. Υβριδικά συστήματα Hybrid systems Για να γίνει δυνατός ο συνδυασμός των πλεονεκτημάτων των δύο διαφορετικών τρόπων μοντελοποίησης CSG και οριακής απεικόνισης, αναπτύχθηκαν τα λεγόμενα υβριδικά συστήματα. Στα συστήματα αυτά ο μοντέλο περιγράφεται στον υπολογιστή μέσω δύο διαφορετικών απεικονίσεων του στερεού σώματος (dual data-structure). Οι απεικονίσεις αυτές είναι συμβατές μεταξύ τους εφόσον οι μετασχηματισμοί από το ένα σύστημα στο άλλο είναι εφικτοί. Σελ.116 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχέδιο 3.9 : Αρχιτεκτονική υβριδικών συστημάτων μοντελοποίησης Έτσι στα υβριδικά συστήματα υπάρχει συνήθως μια κύρια απεικόνιση και οι υπόλοιπες είναι δευτερεύουσες. Οι π ιο συνήθεις αρχιτεκτονικές φαίνονται στο σχήμα 3.9. Στα μοντέλα της πρώτης κατηγορίας χρησιμοποιείται σαν κύρια απεικόνιση η CSG και από αυτή παράγεται η B-Rep ή οριακή απεικόνιση (βλ. σχήμα 3.10). Όλοι οι αλγόριθμοι μοντελοποίησης ενεργούν άμεσα στην CSG-απεικόνιση. Παράλληλα για κάθε ένα κόμβο της CSG-απεικόνισης υπάρχει παράλληλα και η B-Rep απεικόνιση (όπως φαίνεται και στο σχήμα 3.11). Συνεπώς αντιστοχοίζονται εντός του υβριδικού μοντέλου οι διαφορετικές B-Rep απεικονίσεις στους CSG-κόμβους. Σελ.117 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 3.10 : Διπλή δομή δεδομένων υβριδικού μοντέλου Το σύστημα όμως δεν παρέχει πρόσβαση προς το δευτερεύον μοντέλο, δηλαδή δεν μπορεί να εκτελέσει λειτουργίες πάνω στην οριακή απεικόνιση παρόλο που τα δεδομένα αυτά είναι διαθέσιμα. Σχήμα 3.11 : Υβριδική απεικόνιση μοντέλου Η δεύτερη κατηγορία μοντέλων χρησιμοποιεί την οριακή αναπαράσταση ως πρωτεύον σύστημα. Τα συστήματα αυτά περιλαμβάνουν ως δευτερεύουσα αναπαράσταση και την CSG, ή παραλλαγή αυτής. Επειδή στηρίζονται στην Σελ.118 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ οριακή αναπαράσταση μπορούν να εκτελέσουν τις τοπικές μεταβολές, τις λειτουργίες σάρωσης κ.λ.π. Γενικά τα υβριδικά συστήματα έχουν λοιπόν μια πρωτεύουσα δομή δεδομένων (primary data-structure), η οποία είναι και εκείνη που βρίσκεται σε συνεχή χρήση κατά το σχεδιασμό και είναι εκείνη στην οποία εφαρμόζονται οι αλγόριθμοι μοντελοποίησης. Η δεύτερη είναι μια δευτερεύουσα βοηθητική δομή (secondary data-structure) που χρησιμοποιείται για συγκεκριμένους σκοπούς, όπως για την ταχεία αναπαράσταση του μοντέλου στην οθόνη. Σχήμα 3.12 : Πλήρες υβριδικό μοντέλο Σελ.119 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 2 .4 . Ενοποιημέ νη παραγωγή με Η/Υ Δύο τεχνολογικές εξελίξεις προκάλεσαν επανάσταση στον κλάδο της παραγωγής (manufacturing) : α. Οι νέες μορφές ευέλικτης αυτοματοποίησης (flexible automation) και οι (σχετικές με αυτές) διαδικασίες ελέγχου (control system). β. Η εφαρμογή των υπολογιστών στην διαδικασία της παραγωγής. Η πρώτη από τις δύο εξελίξεις, οι νέες μορφές ευέλικτης αυτοματοποίησης και οι σχετικές με αυτές διαδικασίες ελέγχου, είναι το αντικείμενο της ενότητας «ΕΥΕΛΙΚΤ Α ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ (FMS)» στο βιβλίο με τίτλο «Βασικές Αρχές Αριθμητικού Ελέγχου και Προγραμματισμός Εργαλειομηχανών CNC – Τόμος Γ’». Η δεύτερη εξέλιξη, η εφαρμογή των υπ ολογιστών στη διαδικασία της παραγωγής είναι το αντικείμενο αυτής της ενότητας. 2 .5 . Τεχνική μελέτη με τη βοήθεια υπολογιστή Computer aided engineering (CAE) 2.5.1. Εισαγωγή Είναι σημαντικό να μπορούμε να αντιλαμβανόμαστε με ευκρίνεια τη χρήση των υπολογιστών: - στο σχεδιασμό ενός προϊόντος (product design). - στο σχεδιασμό συστημάτων παραγωγής (manufacturing systems design), - στον προγραμματισμό των διαδικασιών (process planning) και - στη δημιουργία εντολών διεργασιών και προγραμμάτων (process instruction generation). Έχει επικρατήσει η αντίληψη ότι το CAD αφορά μόνο την πρώτη από τις προαναφερθείσες περιπτώσεις χρήσης Η/Υ. Αυτή είναι όμως μια στενόμυαλη αντίληψη. Στην πραγματικότητα το CAD χρησιμοποιείται όχι μόνο στο σχεδιασμό του προϊόντος αλλά και στο σχεδιασμό των συστημάτων παραγωγής. Η βιομηχανική παραγωγή με την βοήθεια υπολογιστή (Computer Aided Manufacturing – CAM) καλύπτει μεταξύ άλλων και τις άλλες δύο κατηγορίες, τον προγραμματισμό των διαδικασιών και τη δημιουργία εντολών διεργασιών (π.χ. CNC προγράμματα). Σε αυτό το κεφάλαιο, θα εξετάσουμε το σχεδιασμό προϊόντος με χρήση υπολογιστή καθώς και το CAM. Σελ.120 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 2.5.2. Σχεδιασμός προϊόντος με τη χρήση υπολογιστή Οι υπολογιστές πρωτο-χρησιμοποιήθηκαν στο σχεδιασμό προϊόντων για να μηχανοποιήσουν τη διαδικασία σχεδιασμού. Πολλά συστήματα που θα συναντήσουμε σήμερα στην αγορά αντιπροσωπεύουν την εξέλιξη αυτών των δυσδιάστατων (2D) πρώτα και μετά τρισδιάστατων (3 D) προγραμμάτων. Αυτό σημαίνει πως ακόμη πολλά συστήματα δεν υποστηρίζουν όλη τη σειρά των δραστηριοτήτων που απαιτούνται για το σχεδιασμό ενός προϊόντος. Αυτή η σειρά (ή πρωτόκολλο) περιλαμβάνει: 1. Τη σύλληψη και σχεδίαση της ιδέας για το προϊόν (product conceptualization) και την οικονομική μελέτη σκοπιμότητας (economic feasibility). 2. Τη λειτουργική ανάλυση του προϊόντος (functional analysis). 3. Σχεδιασμό του προϊόντος μαζί με την κατασκευή μοντέλου για τη στατική και δυναμική ανάλυση της συμπεριφοράς του (modeling and dynamic simulation testing). 4. Μηχανολογική σχεδίαση του προϊόντος (Detail drafting). 2 .6 . Συστήματα CAD (Hardware) Τα συστήματα CADσυνήθως αποτελούνται από ένα σταθμό εργασίας, ο οποίος είναι εξοπλισμένος με μεγάλη οθόνη, πληκτρολόγιο, ποντίκι, graphics tablet, εκτυπωτή ή / και plotter. Ο σταθμός εργασίας (βλέπε Σχήμα 3.13), είναι το πιο σημαντικό τμήμα ενός συστήματος, μια και είναι το μέσο αλληλεπίδρασης (interaction) του μηχανικού με τον υπολογιστή. Εκτός και εάν το σύστημα βρίσκεται σε προσωπικό υπολογιστή, οπότε σε αυτήν την περίπτωση οι σταθμοί εργασίας πιθανόν να είναι συνδεδεμένοι με κάποιον κεντρικό υπολογιστή. Περισσότερα για τα συστήματα CAD μπορείτε να βρείτε στην ενότητα «ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΜΕ Η/Υ (CAD)». Σχήμα 3.13 : Ενας σταθμός εργασίας CAD. Σελ.121 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 2 .7 . Λογισμικό CAD (Software) Το λογισμικό για το CAD μπορεί να χωριστεί σε δύο κατηγορίες: 1. Σχέδιο - σχεδιαστικό (design /drafting) και 2. Σχέδιο – ανάλυση (design / analysis). Το λογισμικό θα αποδώσει διαφορετικά σε κάθε μια από τις ανωτέρω περιπτώσεις κατά τη διαδικασία του σχεδιασμού του προϊόντος. Τώρα θα εξετάσουμε διαφόρους τύπους λογισμικού και πότε αυτοί χρησιμοποιούνται. 2.8. Σχεδιασμός διεργασιών με τη βοήθεια υπολογιστή Computer aided process planning (CAPP) Ο σκοπός του σχεδιασμού των διεργασιών είναι ο προσδιορισμός με τον καλύτερο τρόπο, (οικονομικά και τεχνικά) της παραγωγής ενός προϊόντος ή εξαρτήματος. Ο σχεδιασμός των διεργασιών μπορεί να γίνει μια και έξω, κατά το σχεδιασμό ενός νέου προϊόντος που χρειάζεται καινούργιες εγκαταστάσεις ή πόρους παραγωγής. Ο όρος «σχεδιασμός διεργασιών» χρησιμοποιείται και από μεταλλουργικές εταιρείες παραγωγής εξαρτημάτων κατά παρτίδες για να περιγράψουν τη διαδικασία παραγωγής ενός καινούργιου εξαρτήματος που μπορεί να παραχθεί με την υπάρχουσα υποδομή. Αυτή η ανάλυση της διαδικασίας παραγωγής και ο τρόπος που μπορούν να βοηθήσουν οι υπολογιστές είναι το αντικείμενό μας. Ο σχεδιασμός των διεργασιών βρίσκεται σε ένα σταυροδρόμι. Από τη μία πλευρά υπάρχει η σχεδίαση των εξαρτημάτων και από την άλλη η παραγωγή τους. Όσοι ασχολούνται με το σχεδιασμό των διεργασιών χρειάζονται πολλές πληροφορίες και για τις δύο παραπάνω δραστηριότητες. Όχι μόνο αυτό, αλλά χρειάζεται να ξέρουν και πως παρήχθησαν παρόμοια προϊόντα στο παρελθόν. Όλα αυτά αν τα συνυπολογίσουμε, αθροίζονται σε ένα πλήθος πληροφοριών. Ένας καλός σχεδιασμός διεργασιών μπορεί να είναι το πρώτο βήμα προς μια σωστή και αποδοτική παραγωγή. Το Σχήμα 3.14 μας δείχνει ότι από το συνολικό χρόνο που απαιτείται για να κατασκευάσουμε κάποιο εξάρτημα, μόνο το 5% «δαπανάται» πάνω στη μηχανή. Το υπόλοιπο του χρόνου ξοδεύεται είτε με το να μεταφέρεται το εξάρτημα από τη μια μηχανή στην άλλη είτε με το να περιμένει. Από το χρόνο που το εξάρτημα βρίσκεται επάνω στη μηχανή, η μηχανή το κατεργάζεται μόνο το 30% του 5% του συνολικού χρόνου. Ο συστηματικός σχεδιασμός των φάσεων κατεργασίας με τη βοήθεια υπολογιστών μπορεί να βοηθήσει στο να βελτιωθεί αυτή η κατάσταση. Σελ.122 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σχήμα 3.14 : Καταμερισμός του χρόνου παραγωγής. Σε πολλές εταιρείες, ο σχεδιασμός διεργασιών παραμένει ένα «μαύρο κουτί», όπου οι χρόνοι παραγωγής και οι μέθοδοι παραγωγής είναι πληροφορίες που γνωρίζει μόνο ο μηχανικός σχεδιασμού (planner). Αυτά μπορεί να μη δημιουργεί πολλά προβλήματα, με την προϋπόθεση ότι μιλάμε για έναν άξιο μηχανικό που εργάζεται σε μια μικρή εταιρεία που παράγει ένα μικρό αριθμό εξαρτημάτων, τουλάχιστον μέχρι να αποχωρήσει αυτός ο μηχανικός. Σε μια μεγαλύτερη όμως εταιρεία με περισσότερους μηχανικούς σχεδιασμού διεργασιών, μπορεί να οδηγήσει σε μια ποικιλομορφία σχεδιασμού διεργασιών ακόμη και για το ίδιο το προϊόν. Σε έρευνα που διεξήχθη, σε τέσσερις μηχανικούς υπεύθυνους για το σχεδιασμό διεργασιών μιας εταιρείας που προέρχονταν από διαφορετικούς εργασιακούς χώρους και εμπειρίες, ζητήθηκε να ορίσουν τον πιο αποτελεσματικό τρόπο για να παραχθεί ένα απλό εξάρτημα. Και για το πιο απλό εξάρτημα ο καθένας όρισε και μια διαφορετική διεργασία. 2.8.1. Τεχνολογία ομαδοποίησης και σχεδιασμός διεργασιών Group technology and process planning Η τεχνολογία της ομαδοποίησης, δηλαδή το G.T. (Group Technology) είναι μια φιλοσοφία κατασκευαστών και μια αρχή οργάνωσης της παραγωγής, όπου ομαδοποιούνται τα εξαρτήματα και οι παραγωγικοί πόροι με βάση τα κοινά γεωμετρικά χαρακτηριστικά των προς κατεργασία αντικειμένων και των παραγωγικών πόρων και με βάση τις κοινές απαιτήσεις σε διεργασίες / κατεργασίες. Οι Ρώσοι ήταν οι πρώτοι που ενδιαφέρθηκαν για το αντικείμενο αυτό, κατά τη διάρκεια του Β’ παγκοσμίου πολέμου. Από τότε πρωτοποριακά βήματα έχουν γίνει από τον E. G. Brisch στο Ηνωμένο Βασίλειο, από τον καθηγητή H. Opitz από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Aachen και από το TNO στην Ολλανδία. Και οι τρεις έχουν αναπτύξει διαφορετικές μεθόδους για την ταξινόμηση και κωδικοποίηση εξαρτημάτων ευρείας χρήσεως, τα οποία μπορούν να αποτελέσουν τη βάση για ένα σύστημα CAPP. Η «σχέση» μεταξύ της τεχνολογίας ομαδοποίησης και ενός συστήματος CAPP, είναι μία σχέση «κοινής ωφελείας» παρά ανάγκης. Πολλά από τα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας της ομαδοποίησης μπορούν να αποδώσουν και χωρίς την χρήση Σελ.123 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ υπολογιστών – οι υπολογιστές απλά μας κάνουν τη ζωή πολύ πιο εύκολη. Αντιστρόφως, η χρήση του CAPP μπορεί να απλοποιήσει τη χρήση και την ανάπτυξη της τεχνολογίας της ομαδοποίησης . Αν και εδώ και αρκετό καιρό οι βασικές αρχές της τεχνολογίας της ομαδοποίησης είναι γνωστές και τα ενδεχόμενα οφέλη ορατά, η τεχνολογία αυτή δεν έχει διαδοθεί ευρέως, όπως θα ήθελαν οι υποστηρικτές της. Οι αιτίες για αυτά είναι ξεκάθαρες. Η τεχνολογία ομαδοποίησης έχει δύο όψεις: τις τεχνικές που έχουν να κάνουν με την αναγνώριση και την ταξινόμηση των «οικογενειών» των εξαρτημάτων και με την φιλοσοφία της διαρρύθμισης / διάταξης των πόρων μέσα στο εργοστάσιο, με βάση τα κοινά γεωμετρικά χαρακτηριστικά των εξαρτημάτων παρά με βάση τις διεργασίες που απαιτούνται. Υπάρχουν δυσκολίες και με τις δύο όψεις αυτού του προβλήματος. Το μεγαλύτερο πρόβλημα ως προς την αναγνώριση των οικογενειών των εξαρτημάτων και της ταξινόμησής τους είναι ότι δεν υπάρχει ομοφωνία ακόμα και σε παρόμοιους βιομηχανικούς κλάδους σχετικά με τον καλύτερο τρόπο σχεδιασμού των διεργασιών (δηλαδή το πώς πρέπει να κατασκευασθεί) για την παραγωγή ενός προϊόντος. Αυτό σημαίνει ότι τα διαθέσιμα συστήματα κωδικοποίησης εξαρτημάτων τροποποιούνται από τις εταιρείες κατά βούληση. Οι άλλες δυσκολίες έχουν να κάνουν με τους όχι ευκαταφρόνητους χρόνους και πόρους που απαιτούνται για να ταξινομήσουμε και να αποκωδικοποιήσουμε τα εξαρτήματα. Αυτά τα προβλήματα σιγά – σιγά ελαττώνονται. Τα συστήματα κωδικοποιήσεως έχουν γίνει π ιο εύκολα στη χρήση τους χάρη στους υπολογιστές. Έχει γίνει πλέον κατανοητό ότι δεν είναι απαραίτητο να κάνουμε μια ογκώδη άσκηση ταξινόμησης εξαρτημάτων, προτού κάνουμε οτιδήποτε άλλο. Ένα χρήσιμο αρχείο με «οικογένειες» εξαρτημάτων, θα μπορούσε να αναπτυχθεί βασιζόμενο στη λογική, βάσει της οποίας παράγονται αυτά τα εξαρτήματα μέσα στο εργοστάσιο ή στο μηχανουργείο. Μην ξεχνάμε ότι οι περισσότερες εταιρείες, ακόμα και αν είναι απλά μηχανουργεία, δεν κατασκευάζουν εξαρτήματα με τυχαίο τρόπο αλλά με κάποια λογική σειρά. Τα προβλήματα που παρουσιάζονται, όταν προσπαθούμε να αλλάξουμε τον παραδοσιακό τρόπο παραγωγής ενός εξαρτήματος με ένα τρόπο παραγωγής που έχει να κάνει με οικογένειες εξαρτημάτων (part families), είναι δύσκολο να λυθούν. Υπάρχουν πολλοί και καλοί λόγοι που εργαλειομηχανές του ίδιου τύπου είναι συγκεντρωμένες σε ένα μέρος σε παραδοσιακά οργανωμένα εργοστάσια. Αυτή ήταν η διάταξη που έδινε στον υπεύθυνο παραγωγής τη μεγαλύτερη ευελιξία. Οποιαδήποτε κίνηση που θα εισήγαγε τη χρήση κυψελών (cells) ή συστημάτων γραμμών παραγωγής κατά προϊόν (product line based systems), θα ήταν ενδεχομένως περιοριστικά. Σε κανένα υπεύθυνο παραγωγής δεν αρέσει κάτι τέτοιο, εκτός και εάν το τμήμα μάρκετινγκ μπορεί να εγγυηθεί τη μελλοντική ζήτηση του συγκεκριμένου προϊόντος. Οι επιπτώσεις στα κεφάλαια επένδυσης θα ήταν επίσης σημαντικές. Σε ένα εργοστάσιο που η χωροταξική διάταξη των παραγωγικών μονάδων του είναι κατά διεργασία (Process Layout) μια ή περισσότερες Σελ.124 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ εργαλειομηχανές, μπορούν να αντικατασταθούν ή να προστεθούν, όταν αυτό χρειάζεται, από παραγωγικότερες μηχανές και έτσι η δυναμικότητα του εργοστασίου αυξάνεται σταδιακά. Αντιθέτως, οι κυψέλες και οι γραμμές παραγωγής αντιπροσωπεύουν πολύ μεγαλύτερες επενδύσεις με λιγότερη ευελιξία ως προς την (σταδιακή) αύξηση της δυναμικότητας του εργοστασίου. Οι αντιρρήσεις όμως που υπάρχουν σιγά – σιγά ξεπερνιούνται χάρη στη νέα τεχνολογία των ευέλικτων συστημάτων παραγωγής (FMS). Η τεχνολογία αυτή μειώνει την οργανωτική πολυπλοκότητα των συστημάτων παραγωγής κατά διεργασία (process layout), αλλά παράλληλα διατηρεί και ένα μεγάλο μέρος από την ευελιξία που διακρίνουν τα FMS, δηλαδή ως προς την γκάμα των κομματιών, που μπορούν να κατασκευαστούν μέσα σε αυτού του είδους το παραγωγικό χώρο. Στην καρδιά της Group Technology βρίσκεται η ταξινόμηση (classification) και η κωδικοποίηση (coding) των εξαρτημάτων, ανάλογα με τα σχεδιαστικά (design) και τα κατασκευαστικά τους χαρακτηριστικά (attributes). Είναι δυνατόν οι δυο αυτές κατηγορίες ταξινόμησης να υπερκαλύπτουν (overlap) η μία την άλλη. Τα περισσότερα συστήματα ταξινόμησης και οι κωδικοποιήσεις ενσωματώνουν στοιχεία και από τις δύο κατηγορίες χαρακτηριστικών αλλά διατηρούν και τη διάκριση μεταξύ των δύο. Η ταξινόμηση εξαρτημάτων μπορεί να γίνει με τρεις τρόπους. Ο οπτικός έλεγχος (visual inspection) είναι φτηνός, γρήγορος και μπορεί να είναι πραγματικά χρήσιμος αλλά είναι η λιγότερο αξιόπ ιστη τεχνική. Η ανάλυση εξαρτημάτων (part analysis), βασισμένη σε στοιχεία σχεδιασμού (design data) και παραγωγής (production data), είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιημένη τεχνική. Τέλος υπάρχει και η τεχνική της ανάλυσης της ροής της παραγωγής (production flow analysis), που χρησιμοποιεί δεδομένα από την όδευση των εξαρτημάτων μέσα από την παραγωγή (part – routing data). Αυτή η τεχνική χρησιμοποιείται σπάνια. Σε αυτό το κεφάλαιο θα εστιάσουμε στην τεχνική της ανάλυσης των εξαρτημάτων (part analysis), που είναι η πιο δημοφιλής τεχνική. Υπάρχουν τρία είδη συστημάτων κωδικοποίησης που μπορούν να αντιπροσωπεύσουν σημαντικά γεωμετρικά χαρακτηριστικά των εξαρτημάτων με αριθμούς και π ιο σπάνια με γράμματα. Οι μονο-κώδικες (Monocodes) που έχουν μια ιεραρχική ή μια δενδρική δομή, έτσι ώστε η τιμή του αριθμού σε οποιαδήποτε θέση (πλην της πρώτης) να εξαρτάται από τις τιμές των θέσεων προς τα δεξιά. Οι πολύ-κώδικες (Polycodes) αποτελούνται από μια σειρά από ανεξάρτητες τιμές. Τα υβρίδια (Hybrids) έχουν μια δομή αποτελούμενη από ανεξάρτητες τιμές, αλλά και μονο-κωδικούς. Στην πράξη οι περισσότεροι κωδικοί είναι υβριδικοί. Η ανάλυση των εξαρτημάτων (part analysis) μπορεί να δημιουργήσει την ομαδοποίηση των εξαρτημάτων που τελικά βοηθά στον σχεδιασμό των διεργασιών με Η/Υ. Σελ.125 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 2.8.2. Η χρήση υπολογιστών στο σχεδιασμό των διεργασιών παραγωγής Process planning Η επιδίωξη του σχεδιασμού των διεργασιών με Η/Υ είναι να δημιουργεί την καλύτερη ή βέλτιστη (optimum) σειρά κατεργασιών για την παραγωγή ενός εξαρτήματος και την καλύτερη ή βέλτιστη (optimum) αξιοποίηση των μηχανών. Αυτές οι δύο όμως επιδιώξεις δεν συμβαδίζουν και θα αποστασιοποιούνται ολοένα και περισσότερο, όσο οι εργαλειομηχανές γίνονται πιο ευέλικτες. Υπάρχουν δύο προσεγγίσεις, ο μεταβλητός σχεδιασμός (variant planning) και ο γενεσιουργός σχεδιασμός (generative planning). Η αρχή του μεταβλητού σχεδιασμού είναι πως κάθε καινούργιο σχέδιο είναι και μια παραλλαγή ενός προηγούμενου σχεδίου της ίδιας οικογένειας. Μερικές φορές αυτό μπορεί να τυποποιηθεί και να δημιουργηθούν ορισμένα «στάνταρ» σχέδια διεργασιών βάσει των οποίων μπορούν να αναπτυχθούν άλλα σχέδια διεργασιών αλλά με παραλλαγές των βασικών σχεδίων. Αυτό σημαίνει ότι και το φασεολόγιο για την κατασκευή του νέου εξαρτήματος θα έχει ομοιότητες με το φασεολόγιο του βασικού εξαρτήματος. Όπως και να έχει το πράγμα, χρειάζεται να γνωρίζουμε το ιστορικό του κάθε προηγούμενου εξαρτήματος. Ο γενεσιουργός σχεδιασμός χρησιμοποιεί αλγόριθμους που βασίζονται σε φόρμουλες, δένδρα απόφασης (decision trees) και λογικής για να παράγουν τη σειρά των κατεργασιών που απαιτούνται για την κατασκευή ενός εξαρτήματος. Ενώ υπάρχουν αρκετά συστήματα CAPP που στηρίζονται στο μεταβλητό σχεδιασμό, λίγα συστήματα υποστηρίζουν το γενεσιουργικό σχεδιασμό. Σελ.126 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 2 .9 . Επεξηγήσεις όρων Σελ.127 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ ΕΓΧΕΙΡΙΔΙΟ ΕΡΓΑΛΕΙΟΜΗΧΑΝΗΣ EMCO Σελ.128 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.1. Τεχνικά χαρακτηριστικά της μηχανής Σελ.129 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.130 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.131 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.132 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.2. Τεχνικά χαρακτηριστικά WinNC GE FANUC σειρά 0/21-Μ Σελ.133 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.134 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.135 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.3. Συμβολισμοί-πλ ήκτρα (κλειδιά) μηχανής Σελ.136 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.137 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.138 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.139 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.140 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.4. ΦΥΛΛΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ CNC-1 Σελ.141 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.142 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.4.1. ΦΥΛΛΟ ΣΧΕΔΙΑΣΕΙΣ ΠΡΟΪΟΝΤΟΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ CNC-1 Σελ.143 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.144 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.4.2. ΜΕΛΕΤΗ ΑΝΑΦΟΡΑΣ ΠΡΟΪΟΝΤΟΣ CNC-1 Σελ.145 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.146 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.4.3. ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑ ΕΡΓΑΛΕΙΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ CNC-1 Σελ.147 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.148 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.4.4. ΦΥΛΛΟ ΡΥΘΜΙΣΕΙΣ ΕΡΓΑΛΕΙΩΝ CNC-1 Σελ.149 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.150 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.4.5. ΦΥΛΛΟ ΠΡΟΪΟΝΤΟΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ CNC-1 Σελ.151 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.152 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.4.6. ΦΥΛΛΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΥ ΠΡΟΪΟΝΤΟΣ Α’ CNC-1 Σελ.153 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.154 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.4.7. ΦΥΛΛΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΥ ΠΡΟΪΟΝΤΟΣ Β’ CNC-1 Σελ.155 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.156 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.5. ΦΥΛΛΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ CNC-2 Σελ.157 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.158 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.5.1. ΦΥΛΛΟ ΣΧΕΔΙΑΣΕΙΣ ΠΡΟΪΟΝΤΟΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ CNC-2 Σελ.159 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.160 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.5.2.ΦΥΛΛΟ ΣΧΕΔΙΑΣΕΙΣ ΠΡΟΪΟΝΤΟΣ (ΛΕΠΤΟΜΕΡΕΙΑ)CNC2 Σελ.161 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.162 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.5.3. ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑ ΕΡΓΑΛΕΙΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ CNC-2 Σελ.163 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.164 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.6. ΦΥΛΛΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ CNC-3 Σελ.165 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.166 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.6.1. ΦΥΛΛΟ ΣΧΕΔΙΑΣΕΙΣ ΠΡΟΪΟΝΤΟΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ CNC-3 Σελ.167 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.168 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.6.2. ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑ ΕΡΓΑΛΕΙΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ CNC-3 Σελ.169 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.170 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.6.3. ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑ ΕΡΓΑΛΕΙΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ CNC-3α Σελ.171 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.172 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.6.4. ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑ ΕΡΓΑΛΕΙΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ CNC-3β Σελ.173 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.174 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.6.5. ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑ ΕΡΓΑΛΕΙΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ CNC-3γ Σελ.175 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.176 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.7. ΦΥΛΛΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ CNC-4 Σελ.177 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.178 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.7.1. ΦΥΛΛΟ ΣΧΕΔΙΑΣΕΙΣ ΠΡΟΪΟΝΤΟΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ CNC-4 Σελ.179 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.180 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.7.2.ΦΥΛΛΟ ΣΧΕΔΙΑΣΕΙΣ ΠΡΟΪΟΝΤΟΣ (ΛΕΠΤΟΜΕΡΕΙΑ)CNC4 Σελ.181 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.182 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.7.3.ΦΥΛΛΟ ΣΧΕΔΙΑΣΕΙΣ ΠΡΟΪΟΝΤΟΣ (ΛΕΠΤΟΜΕΡΕΙΑ)CNC4 Σελ.183 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.184 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.7.4. ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑ ΕΡΓΑΛΕΙΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ CNC-4 Σελ.185 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.186 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.7.5. ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑ ΕΡΓΑΛΕΙΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ CNC-4α Σελ.187 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.188 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.7.6. ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑ ΕΡΓΑΛΕΙΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ CNC-4β Σελ.189 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.190 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.8. Πληροφορίες παρελκόμενων Σελ.191 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.192 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.8.1. Εργαλεία συγκράτησης απάρτιων Σελ.193 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.8.2. Τσοκ σύσφιξης εργαλείων Σελ.194 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.8.3. Εργαλεία κοπής Σελ.195 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.196 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.8.4. Όργανα μετρήσεις αναφορών Σελ.197 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.8.5. Πάγκος εργασίας Σελ.198 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 3.8.6. Παρελκόμενα μηχανής CNC-emco PC MILL 55 Σελ.199 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.200 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.201 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.202 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.203 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ 4. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Σελ.204 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης ΕΡΓΑΣΤ ΗΡΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕ ΙΩΣΕΙΣ ΜΟΝΤΕ ΛΟΠΟΙΗΣΗΣ (Σ ΥΜΒΑΤΙΚΗΣ-ΨΗ ΦΙΑΚΗΣ) ΑΝΤΙ ΚΕΙΜΕΝΩΝ Σελ.205 από 206 Εισηγη τής Εργαστηρ ίου Βιομηχαν ικού Σχεδίου (Design): MSc Α. Καλλι γέρης
US