3D Digitalisierung und Reverse Engineering
Lehrveranstaltung der TU Dresden Studiengang Maschinenbau AKM -> Dies sind keine offiziellen Fragen! Die Fragen habe ich mir während meiner Prüfungsvorbereitung aus den Vorlesungsmitschriften, den Vorlesungsvideos generiert
Lehrveranstaltung der TU Dresden Studiengang Maschinenbau AKM -> Dies sind keine offiziellen Fragen! Die Fragen habe ich mir während meiner Prüfungsvorbereitung aus den Vorlesungsmitschriften, den Vorlesungsvideos generiert
1.) Nenne die Punkte / Phasen die Reverse Engineering umfasst.
- Physikalisches Objekt -> Analyse
- 3D Digitalisierung, Datenaufbereitung
- 3D- CAD Modellierung und Design
- Produktions Planung
- Fertigung
- Qualitätskontrolle
RE im engerem Sinne beinhaltet die Prozesskette vom physischen Objekt über das 3D-Digitalisieren bis zum CAD-Modell
- Geometrieerfassung und Geometrieanalyse, Toleranzen analysieren
RE im erweitertem Sinne beinhaltet die Prozesskette vom physischen Objekt über das CAD-Model, die Berechnung, Fertigungsplanung, Fertigung und Qualitätskontrolle
- Analyse der Bauteilfunktion, Berechnungen der Festigkeiten / Verformungen
- Materialanalyse
- Fertigungstechnologie ergründen
\/
Anhand der Analyse Verbesserungen vornehmen
2.) Beschreibe die "Schalen" der Messunsicherheit eines Systems.
- Schale 4: Aufgabenspezifische Messunsicherheit (Geometrie des Bauteils, Rauhigkeiten, Kanten, ...)
- Schale 3: Messunsicherheit des Systems bestehend aus Hard- und Software ( Einbaulagenkalibrierung, ...)
- Schale 2: Messunsicherheit der Sensorintegration incl. aller Hardware ( Einbaulage, Messbereich, ...)
- Schale 1: Messunsicherheit des Sensors ( physikalisch)
3.) Was versteht man unter Auflösung?
Auflösung ist kleinste erkennbare Veränderung des Messabstandes ( -> Rauschen des Messsignals).
Die Auflösung ( und Messgenauigkeit- Messunsicherheit) von Triangulationssensoren ist NICHT über den Messbereich konstant! Sie ist in der Nähe zum Sensor am größten und nimmt stetig (genauer: hyperbolisch) zum sensorfernen Messbereichsrand ab.
4.) Was sind Vorteile von taktilen 3D Messverfahren? -> Tasten
- geringer Datenumfang -> Dateigröße in kByte
- sehr hohe Genauigkeit -> >0,001mm
- unabhängig von der Umgebungsbeleuchtung einsetzbar
- unabhängig von der Oberflächenfarbe des Bauteils einsetzbar
- kleine konkave Vertiefungen antastbar
5.) Was sind die Nachteile von taktilen 3D Messverfahren?
- sehr langsam -> max. 1 Punkt pro Sekunde
- sehr große Punktabstände -> 1 bis 5 mm, je nach Objekt
- Erfassung der Tastermittelpunkte oder Spitzenpunkte und NICHT der tatsächlichen Oberflächenpunkte
- weiche Oberflächen werden beim tasten deformiert
6.) Was sind die Vorteile optischen 3D Messtechniken?
- vergleichsweise schnelle Datenerfassung
- direkte Erfassung der Oberfläche ohne Komplizierte Rückrechnung
- Dünnwandige sensible und weiche Oberflächen sind unkompliziert zu erfassen
7.) Was sind die Nachteile der optischen 3D Messverfahren?
- hohe Abhängigkeit von der Umgebungsbeleuchtung
- Kanten sind nicht erfassbar
8.) Erläutere das Messprinzip der optischen Triangulation.
Ein zu bestimmender Punkt vird von zwei verschiedenen Stationen angepeilt woraus man zwei Winkel erhält.
Laserstrahl im sichtbaren Licht erleichtert die Justierung des Messobjektes.
Photogrammetrie: -> signifikante Elemente (codierte Marken) werden auf dem Objekt befestigt
9.) Worin besteht der Unterschied zwischen Sensor-Auflösung und Geometrischer-Auflösung?
Sensor-Auflösung:
- Anzahl der Pixel der Sensors
Geometrische-Auflösung:
- Dargestellte Linien pro Sensorfläche
10.) Nenne technische Randbedingungen / Einschränkungen beim 3D Sehen mittels Technik.
- Chromatische Aberration
- Unschärfe auf Grund der Unterschiedlichen Brechung der unterschiedlichen Lichtwellenlengen
- https://de.wikipedia.org/wiki/Chromatische_Aberration
- Grüner Kanal am besten zum Messen geeignet, da am Schärfsten
- Verzeichung
- Maßstabsveränderung in Abhängigkeit zum Abstand zur optischen Achse (tangential, radial)
- Auflösung
- Bildmaßstab
- gibt die Abbildungsgröße eines Objektes auf dem Bildsensor wieder
11.) Was wird durch die Kalibrierung der Kamera bestimmt?
innere Kameraparamter (Hauptpunkt, Verzeichnung, Kamerakonstante)
äußere Kameraparameter ( Position und Orientierung der Kamera im Welt-Koordinatensystem)
12.) Erfasste Punkte müssen zur weiteren Verarbeitung in Flächen zurückgeführt werden. Worin liegt der Vorteil diese Flächen durch Polynome zu beschreiben?
- in allen 3D-CAD Systemen änderbar
- stetig und glatte Oberflächen
- geringer Datenumfang
Nachteil:
- hoher Zeitaufwand für die Generierung
Beispielformat: STL
13.) Erfasste Punkte müssen zur weiteren Verarbeitung in Flächen zurückgeführt werden. Worin liegt der Vorteil diese Flächen durch Dreiecke zu beschreiben?
- detailgetreue Reproduzierbarkeit des Objektes
- geringer Zeitaufwand für die Generierung
Nachteile:
- in 3D-CAD Systemen i.a. nicht manipulierbar
- hoher Datenumfang
14.) Nenne verschiedene Schnittstellenformate / Austauschformate von oberflächenerfassender (punkterfassende) Verfahren.
- ASCII
- ISO-G-Code
- STL
- IGES
- VDAFS
- Step
- JT-Format
- 3D-PDF-Format
15.) Nenne verschiedene Schnittstellenformate / Austauschformate von volumenerfassenden (punkterfassende) Verfahren.
- RAW Rohdatenformat, vorrangig bei technischen CT
- DICOM Schichtbildstapel, ausschließlich bei medizinischen CT, DVT, MRT
- Informationen zum Patienten
- Informationen zu Modalität und Aufnahme, zB Geräteparameter, Strahlungsdosis...
- Bildinformationen, zB Auflösung und Fensterung
- TIFF Schichtbildstapel
- JPG Schichtbildstapel
16.) Was beinhaltet der ISO-G-Code?
- es sind Punktwolken gespeichert
- ist angelehnt an NC Code von Werkzeugmaschinen
- enthält Informationen zu Satznummer sowie Koordinatenwerte welche die Bewegung des Tasters beschreiben
17.) Was beinhalten Dateien im ASCII Format?
- Koordinatenwerte der Oberflächenpunkte
- pro Zeile ein Punkt
- Lesbar im Editor
18.) Was beinhaltet des STL Format?
- nur geometrische Informationen
- Beschreibung der Oberfläche oder 3D Körper als Oberfläche mit Hilfe von Dreiecksfacetten
- Nutzung für dreidimensionale Datenmodelle für die Fertigung mittels generativer Fertigungsverfahren oder Rapid Prototyping Anlagen, NC-Programmierung, VR-Repräsentation, FEM-Berechnung
- Textbasierte Speicherung (ASCII) und binärcodierte Speicherung möglich (-> Datenumfang ca. 3:1)
19.) Was beinhaltet das IGES- Format?
- neutrales, herstellerunabhängiges Format
- verschiedene Elemente einer Zeichung oder eines Modells (zB Linien, Kurven und Flächen) werden durch verschiedene Entity-Typen repräsentiert
- Elementtypen im IGES:
- Zeichnungsdaten
- Bemaßungen
- Punkte
- Flächen (Ebenen, Zylinder, ...)
- Kurven ( Linien, Kreise, Kreisbögen, ...)
- Freiformkurven
- Freiformflächen
- Volumen erst ab Version 5 ( Information über innen und außen)
- textbasierte Speicherung (ASCII) sowie binäre Speicherung möglich
20.) Was beinhaltet das VDAFS Format?
- Datenformat zum Austausch von Geometrieinformationen zwischen verschidenen CAE Systemen
- keine Zeichnungsinformationen
- speziell für Freiformflächen entwickelt
- im Header Informationen über Sender, Teil, Empfänger
- enthält Koeffizientenmatrix, Polynomgrad, Anzahl der Flächensegmente (Patch)(jeweil in u und v Richtung)
21.) Was beinhalten das STP Format?
- Beschreibung von Produktdaten
- abgebildet werden können Produktdateninformationen des gesamten Lebenszykluses sowie funktionale Aspekte
22.) Was beinhaltet das JT Format?
- Jupiter Tesselierung -> Ziel: Große Baugruppen zur Visualisieren mittels VR-Technik
- Flächen- und Volumenmodelle der Baugruppe
- Tesselierte Form der Oberfläche
- Produktdaten
- Zeichnungen
- Binärcodoerung
22.) Was versteht man bei Reverse Engineering unter Registrierung und nenne die einzelnen Schritte?
Abstimmung der Koordinatensysteme des CAD Systems und der Messdaten
- Zusammenführung von Punktewolken in ein gleiches Koordinatensystem
- Überflüssige Punkte entfernen (zB: Untergrund, Streupunkte, Halterung, ...)
- Filtern zum Ausdünnen und zur Glättung
- Erstellen einer Ordnung
- Erstellung von Schnitten durch Punktewolken
23.) Warum muss Registriert werden und nenne Methoden zur Registrierung.
- Bauteile können in der Regel nur durch mehrere Posen erfasst werden -> mehrere Bilder welche Zusammengefasst werden müssen
- Registrierung anhand von Maschinenachsen und bekannten Transformationskoordinaten
- Reg. anhand von Passmarken
- Reg. anhand von Geometrieeigenschaften der Punktwolke
- Reg. anhand von Kugeln
3-2-1 Einpassung
- Ausrichtung in folgenden Schritten
- Ebene (durch 3 Punkte, P1,P2,P3)
- Kante (durch 2 Punkte, P4,P5)
- Punkt (P6)
Best Fit Einpassung = beste Annäherung
- Algorithmus: Iterative Closet Point (ICP)
- Koordinatentransformation wird so bestimmt, dass Abstände zwischen Punktewolken minimiert werden
- bei reinen Freiformflächen ohne markante Details oder Kanten
24.) Die Methodik der Flächenrückführung muss dem Bestimmungszweck des Objektes angepasst werden. Nenne Beispiele.
- parametrische Rückführung für analytisch einfach beschreibbare Elemente, wie ebene Bereiche, Kugel, Torus, Zylinder, ... (Hypothesen sind erforderlich)
- kurvenbasierte Rückführung - Konstruktionshistorie wir nachempfunden
- nicht parametrische Rückführung = (quasi wird ein Netzstrumpf über die Punktewolke gelegt)
- Oberflächenspline = Voraussetzung ist ein monotones Kontrollpunktnetz, welches frei von Hinterschniten ist
25.) Nenne die Schritte die nötig sind um von einem Bauteil zu einem 3D Model zu gelangen
26.) Was versteht man unter Approximation?
... bezeichnet im mathematischen Sinn eine Näherung.
Wichtig ist es, den Fehler, der durch die Approximation entsteht, abschätzen zu können, um deren Qualität zu beurteilen. Dies ist nicht immer einfach und die große Kunst in der Approximationstheorie.
Vorgabe von Hypothesen nötig
27.) Was versteht man unter Interpolation?
Bei Interpolation wird die Funktion in den Stützstellen exakt wiedergegeben und in den restlichen Punkten immerhin näherungsweise.
Bei dem verwandten Problem der Extrapolation werden Werte geschätzt, die über den Definitionsbereich der Daten hinausgehen.
28.) Was sind die Vorteile der Splineinterpolation gegenüber tesselierter Darstellung?
- geringerer Datenumfang
- Umfang der Kurvenbeschreibung und auch der NC-Programme wird dadurch geringer als bei Linearinterpolation, um gleich gute oder bessere Qualität der Fräsbahn zu erreichen
- im CAD- System änderbar
- Glattere Oberflächen möglich - Verringung des Nachbearbeitungsaufwandes und Schonung von Werkzeugen und der CNC-Maschinenantriebe durch Verringerung der Beschleunigung / Abbremsung
29.) Wie ist das prinzipielle Vorgehen beim Überführen von 3D-Daten in eine VR-Umgebung und was gilt es zu beachten?
- Festlegung der Baugruppen im CAD und deren Kinematik
- Für Animation in VR-Umgebung -> Export VRML
- Bei Baugruppen ist zu prüfen, ob beim Export die Struktur erhalten geblieben ist
- Farbgebung, Materialeigenschaften festlegen
Merke:
- Flächenrepräsentation vor Volumenrepräsentation
- keine doppelten Flächen im Modell handhaben
- Modell bereinigen
30.) Nenne verschiedene Generative Fertigungsverfahren und dazu verwendete Werkstoffe.
- Stereolothografie (STL, SLA) -> Flüssige Duromere
- Selektives Lasersintern (SLS) -> Thermoplaste: Polycarbonate, Polyamide
- Lasergenerieren -> Metalpulver
- Fused Deposition Modeling (FDM) -> ABS, Polycorbonat
- Laminated Objekt Modelling (LOM) -> Dünne Schichten aus Papier, Kunststoff , Keramik oder Aluminium
- 3D Printing -> Kalkpulver mit Epoxidhülle
- Contour Crafting -> Beton
- Multi Jet Modeling -> Wachsartige Thermoplaste, UV-empfindliche Photopolymere
- Elektronenstrhalschmelzen -> Metallpulver
31.) Beschreibe die 3D Daten Kette für generative Prototypenfertigung.
32.) Beschreibe das Stereolithographie Verfahren.
Flüssiger Kunsststoff wird mittels UV Laser zum Aushärten gebracht.
- gezielte Aushärtung der Harzschicht durch UV-Laserstrahl
- Absenkung der Bauplattform in z-Richtung um eine Schichtdicke
- Wischvorrichtung verteilt flüssiges Polymer gleichmäßig über bereits verfestigten Kunststoff ("Recoating")
- Belichtung der nächsten Schicht
- -> es entsteht ein Schicht für Schicht, von oben nach unten wachsendes Modell auf der Bauplattform
33.) Beschreibe das Verfahren des Slektiven Laser Sinterns (SLS).
- pulverförmiger Ausgangsstoff aus meist mehreren Komponenten wird lokal durch einen Laser verschmolzen (versintert)
- Verteilung des Pulvers mittels Walze auf einer Bauplattform mit anschließender eventueller Verdichtung
- Erwärmung der Pulvers auf Nähe des Schmelzpunktes der niedrigschmelzenden Komponente -> geringerer Wärmeeintrag
- Belichtung des Pulvers mittels CO2 Laser
- Absenkung der Plattform
- unversintertesPulver hat stützende Wirkung -> keine Stützgeometrien notwendig
Achtung vor Restporosität
34.) Beschreibe das Laserstrahl Generieren.
- lokales Aufschmelzen von Metallpulver oder Metalldraht durch fokkusierten Laserstrahl
- zeilenweises Auftragen auf Bauplattform in xy Richtung
- nach generierten Bauteilquerschnitt erfolgt Hebung des Düsenkopfes in z Richtung
35.) Beschreibe das Layer Laminate Manufacturing.
- Kontur des jeweikigen Bauteilquerschnitts wird mittel CO2 Laser oder herkömmlichen Schneidwerkzeugen aus sehr dünnen Folien ausgeschnitten
- anschließendes Verklebender Folie mit darunter liegender Schicht durch beheizte Andruckrolle
- Folien sind entweder mit durch Wärme aktivierten Klebstoff beschichtet oder Kleber wird während Generierung einer Schicht aufgetragen
- auch Verwendung von Papier möglich
36.) Beschreibe das Fused Layer Modeling (FLM) / Fused Deposition Modeling (FDM) Verfahren.
- extrudiertes RP Verfahren
- einer oder mehrere Extrusionsdüsen schmelzen Werkstoff ( aus ABS-Kunststoffe, Polycarbonat, oder auch Wachs) auf Bauplattform auf
- sofortiges Erkalten oder sich wieder Verfestigen durch Wärmeleitung
- gleichzeitiges Auftragen von Bau und Stützmaterial
37.) Beschreibe das Verfahrensprinzip des 3D Druckens.
- erfolg auf Grundlage der Pulverbinder Technologie
- -> Ausgangsstoff ist loses Pulver oder Granulat
- Bindemittel wir durch Druckkopf an zu verfestigenden Bauteilquerschnitt definiert eingespritz
- loses Pulver übernimmt stützende Wirkung
-
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-
Cartes-fiches
1.) Nenne die Punkte / Phasen die Reverse Engineering umfasst.
- Physikalisches Objekt -> Analyse
- 3D Digitalisierung, Datenaufbereitung
- 3D- CAD Modellierung und Design
- Produktions Planung
- Fertigung
- Qualitätskontrolle
RE im engerem Sinne beinhaltet die Prozesskette vom physischen Objekt über das 3D-Digitalisieren bis zum CAD-Modell
- Geometrieerfassung und Geometrieanalyse, Toleranzen analysieren
RE im erweitertem Sinne beinhaltet die Prozesskette vom physischen Objekt über das CAD-Model, die Berechnung, Fertigungsplanung, Fertigung und Qualitätskontrolle
- Analyse der Bauteilfunktion, Berechnungen der Festigkeiten / Verformungen
- Materialanalyse
- Fertigungstechnologie ergründen
\/
Anhand der Analyse Verbesserungen vornehmen
2.) Beschreibe die "Schalen" der Messunsicherheit eines Systems.
- Schale 4: Aufgabenspezifische Messunsicherheit (Geometrie des Bauteils, Rauhigkeiten, Kanten, ...)
- Schale 3: Messunsicherheit des Systems bestehend aus Hard- und Software ( Einbaulagenkalibrierung, ...)
- Schale 2: Messunsicherheit der Sensorintegration incl. aller Hardware ( Einbaulage, Messbereich, ...)
- Schale 1: Messunsicherheit des Sensors ( physikalisch)
3.) Was versteht man unter Auflösung?
Auflösung ist kleinste erkennbare Veränderung des Messabstandes ( -> Rauschen des Messsignals).
Die Auflösung ( und Messgenauigkeit- Messunsicherheit) von Triangulationssensoren ist NICHT über den Messbereich konstant! Sie ist in der Nähe zum Sensor am größten und nimmt stetig (genauer: hyperbolisch) zum sensorfernen Messbereichsrand ab.
4.) Was sind Vorteile von taktilen 3D Messverfahren? -> Tasten
- geringer Datenumfang -> Dateigröße in kByte
- sehr hohe Genauigkeit -> >0,001mm
- unabhängig von der Umgebungsbeleuchtung einsetzbar
- unabhängig von der Oberflächenfarbe des Bauteils einsetzbar
- kleine konkave Vertiefungen antastbar
5.) Was sind die Nachteile von taktilen 3D Messverfahren?
- sehr langsam -> max. 1 Punkt pro Sekunde
- sehr große Punktabstände -> 1 bis 5 mm, je nach Objekt
- Erfassung der Tastermittelpunkte oder Spitzenpunkte und NICHT der tatsächlichen Oberflächenpunkte
- weiche Oberflächen werden beim tasten deformiert
6.) Was sind die Vorteile optischen 3D Messtechniken?
- vergleichsweise schnelle Datenerfassung
- direkte Erfassung der Oberfläche ohne Komplizierte Rückrechnung
- Dünnwandige sensible und weiche Oberflächen sind unkompliziert zu erfassen
7.) Was sind die Nachteile der optischen 3D Messverfahren?
- hohe Abhängigkeit von der Umgebungsbeleuchtung
- Kanten sind nicht erfassbar
8.) Erläutere das Messprinzip der optischen Triangulation.
Ein zu bestimmender Punkt vird von zwei verschiedenen Stationen angepeilt woraus man zwei Winkel erhält.
Laserstrahl im sichtbaren Licht erleichtert die Justierung des Messobjektes.
Photogrammetrie: -> signifikante Elemente (codierte Marken) werden auf dem Objekt befestigt
9.) Worin besteht der Unterschied zwischen Sensor-Auflösung und Geometrischer-Auflösung?
Sensor-Auflösung:
- Anzahl der Pixel der Sensors
Geometrische-Auflösung:
- Dargestellte Linien pro Sensorfläche
10.) Nenne technische Randbedingungen / Einschränkungen beim 3D Sehen mittels Technik.
- Chromatische Aberration
- Unschärfe auf Grund der Unterschiedlichen Brechung der unterschiedlichen Lichtwellenlengen
- https://de.wikipedia.org/wiki/Chromatische_Aberration
- Grüner Kanal am besten zum Messen geeignet, da am Schärfsten
- Verzeichung
- Maßstabsveränderung in Abhängigkeit zum Abstand zur optischen Achse (tangential, radial)
- Auflösung
- Bildmaßstab
- gibt die Abbildungsgröße eines Objektes auf dem Bildsensor wieder
11.) Was wird durch die Kalibrierung der Kamera bestimmt?
innere Kameraparamter (Hauptpunkt, Verzeichnung, Kamerakonstante)
äußere Kameraparameter ( Position und Orientierung der Kamera im Welt-Koordinatensystem)
12.) Erfasste Punkte müssen zur weiteren Verarbeitung in Flächen zurückgeführt werden. Worin liegt der Vorteil diese Flächen durch Polynome zu beschreiben?
- in allen 3D-CAD Systemen änderbar
- stetig und glatte Oberflächen
- geringer Datenumfang
Nachteil:
- hoher Zeitaufwand für die Generierung
Beispielformat: STL
13.) Erfasste Punkte müssen zur weiteren Verarbeitung in Flächen zurückgeführt werden. Worin liegt der Vorteil diese Flächen durch Dreiecke zu beschreiben?
- detailgetreue Reproduzierbarkeit des Objektes
- geringer Zeitaufwand für die Generierung
Nachteile:
- in 3D-CAD Systemen i.a. nicht manipulierbar
- hoher Datenumfang
14.) Nenne verschiedene Schnittstellenformate / Austauschformate von oberflächenerfassender (punkterfassende) Verfahren.
- ASCII
- ISO-G-Code
- STL
- IGES
- VDAFS
- Step
- JT-Format
- 3D-PDF-Format
15.) Nenne verschiedene Schnittstellenformate / Austauschformate von volumenerfassenden (punkterfassende) Verfahren.
- RAW Rohdatenformat, vorrangig bei technischen CT
- DICOM Schichtbildstapel, ausschließlich bei medizinischen CT, DVT, MRT
- Informationen zum Patienten
- Informationen zu Modalität und Aufnahme, zB Geräteparameter, Strahlungsdosis...
- Bildinformationen, zB Auflösung und Fensterung
- TIFF Schichtbildstapel
- JPG Schichtbildstapel
16.) Was beinhaltet der ISO-G-Code?
- es sind Punktwolken gespeichert
- ist angelehnt an NC Code von Werkzeugmaschinen
- enthält Informationen zu Satznummer sowie Koordinatenwerte welche die Bewegung des Tasters beschreiben
17.) Was beinhalten Dateien im ASCII Format?
- Koordinatenwerte der Oberflächenpunkte
- pro Zeile ein Punkt
- Lesbar im Editor
18.) Was beinhaltet des STL Format?
- nur geometrische Informationen
- Beschreibung der Oberfläche oder 3D Körper als Oberfläche mit Hilfe von Dreiecksfacetten
- Nutzung für dreidimensionale Datenmodelle für die Fertigung mittels generativer Fertigungsverfahren oder Rapid Prototyping Anlagen, NC-Programmierung, VR-Repräsentation, FEM-Berechnung
- Textbasierte Speicherung (ASCII) und binärcodierte Speicherung möglich (-> Datenumfang ca. 3:1)
19.) Was beinhaltet das IGES- Format?
- neutrales, herstellerunabhängiges Format
- verschiedene Elemente einer Zeichung oder eines Modells (zB Linien, Kurven und Flächen) werden durch verschiedene Entity-Typen repräsentiert
- Elementtypen im IGES:
- Zeichnungsdaten
- Bemaßungen
- Punkte
- Flächen (Ebenen, Zylinder, ...)
- Kurven ( Linien, Kreise, Kreisbögen, ...)
- Freiformkurven
- Freiformflächen
- Volumen erst ab Version 5 ( Information über innen und außen)
- textbasierte Speicherung (ASCII) sowie binäre Speicherung möglich
20.) Was beinhaltet das VDAFS Format?
- Datenformat zum Austausch von Geometrieinformationen zwischen verschidenen CAE Systemen
- keine Zeichnungsinformationen
- speziell für Freiformflächen entwickelt
- im Header Informationen über Sender, Teil, Empfänger
- enthält Koeffizientenmatrix, Polynomgrad, Anzahl der Flächensegmente (Patch)(jeweil in u und v Richtung)
21.) Was beinhalten das STP Format?
- Beschreibung von Produktdaten
- abgebildet werden können Produktdateninformationen des gesamten Lebenszykluses sowie funktionale Aspekte
22.) Was beinhaltet das JT Format?
- Jupiter Tesselierung -> Ziel: Große Baugruppen zur Visualisieren mittels VR-Technik
- Flächen- und Volumenmodelle der Baugruppe
- Tesselierte Form der Oberfläche
- Produktdaten
- Zeichnungen
- Binärcodoerung
22.) Was versteht man bei Reverse Engineering unter Registrierung und nenne die einzelnen Schritte?
Abstimmung der Koordinatensysteme des CAD Systems und der Messdaten
- Zusammenführung von Punktewolken in ein gleiches Koordinatensystem
- Überflüssige Punkte entfernen (zB: Untergrund, Streupunkte, Halterung, ...)
- Filtern zum Ausdünnen und zur Glättung
- Erstellen einer Ordnung
- Erstellung von Schnitten durch Punktewolken
23.) Warum muss Registriert werden und nenne Methoden zur Registrierung.
- Bauteile können in der Regel nur durch mehrere Posen erfasst werden -> mehrere Bilder welche Zusammengefasst werden müssen
- Registrierung anhand von Maschinenachsen und bekannten Transformationskoordinaten
- Reg. anhand von Passmarken
- Reg. anhand von Geometrieeigenschaften der Punktwolke
- Reg. anhand von Kugeln
3-2-1 Einpassung
- Ausrichtung in folgenden Schritten
- Ebene (durch 3 Punkte, P1,P2,P3)
- Kante (durch 2 Punkte, P4,P5)
- Punkt (P6)
Best Fit Einpassung = beste Annäherung
- Algorithmus: Iterative Closet Point (ICP)
- Koordinatentransformation wird so bestimmt, dass Abstände zwischen Punktewolken minimiert werden
- bei reinen Freiformflächen ohne markante Details oder Kanten
24.) Die Methodik der Flächenrückführung muss dem Bestimmungszweck des Objektes angepasst werden. Nenne Beispiele.
- parametrische Rückführung für analytisch einfach beschreibbare Elemente, wie ebene Bereiche, Kugel, Torus, Zylinder, ... (Hypothesen sind erforderlich)
- kurvenbasierte Rückführung - Konstruktionshistorie wir nachempfunden
- nicht parametrische Rückführung = (quasi wird ein Netzstrumpf über die Punktewolke gelegt)
- Oberflächenspline = Voraussetzung ist ein monotones Kontrollpunktnetz, welches frei von Hinterschniten ist
25.) Nenne die Schritte die nötig sind um von einem Bauteil zu einem 3D Model zu gelangen
26.) Was versteht man unter Approximation?
... bezeichnet im mathematischen Sinn eine Näherung.
Wichtig ist es, den Fehler, der durch die Approximation entsteht, abschätzen zu können, um deren Qualität zu beurteilen. Dies ist nicht immer einfach und die große Kunst in der Approximationstheorie.
Vorgabe von Hypothesen nötig
27.) Was versteht man unter Interpolation?
Bei Interpolation wird die Funktion in den Stützstellen exakt wiedergegeben und in den restlichen Punkten immerhin näherungsweise.
Bei dem verwandten Problem der Extrapolation werden Werte geschätzt, die über den Definitionsbereich der Daten hinausgehen.
28.) Was sind die Vorteile der Splineinterpolation gegenüber tesselierter Darstellung?
- geringerer Datenumfang
- Umfang der Kurvenbeschreibung und auch der NC-Programme wird dadurch geringer als bei Linearinterpolation, um gleich gute oder bessere Qualität der Fräsbahn zu erreichen
- im CAD- System änderbar
- Glattere Oberflächen möglich - Verringung des Nachbearbeitungsaufwandes und Schonung von Werkzeugen und der CNC-Maschinenantriebe durch Verringerung der Beschleunigung / Abbremsung
29.) Wie ist das prinzipielle Vorgehen beim Überführen von 3D-Daten in eine VR-Umgebung und was gilt es zu beachten?
- Festlegung der Baugruppen im CAD und deren Kinematik
- Für Animation in VR-Umgebung -> Export VRML
- Bei Baugruppen ist zu prüfen, ob beim Export die Struktur erhalten geblieben ist
- Farbgebung, Materialeigenschaften festlegen
Merke:
- Flächenrepräsentation vor Volumenrepräsentation
- keine doppelten Flächen im Modell handhaben
- Modell bereinigen
30.) Nenne verschiedene Generative Fertigungsverfahren und dazu verwendete Werkstoffe.
- Stereolothografie (STL, SLA) -> Flüssige Duromere
- Selektives Lasersintern (SLS) -> Thermoplaste: Polycarbonate, Polyamide
- Lasergenerieren -> Metalpulver
- Fused Deposition Modeling (FDM) -> ABS, Polycorbonat
- Laminated Objekt Modelling (LOM) -> Dünne Schichten aus Papier, Kunststoff , Keramik oder Aluminium
- 3D Printing -> Kalkpulver mit Epoxidhülle
- Contour Crafting -> Beton
- Multi Jet Modeling -> Wachsartige Thermoplaste, UV-empfindliche Photopolymere
- Elektronenstrhalschmelzen -> Metallpulver
31.) Beschreibe die 3D Daten Kette für generative Prototypenfertigung.
32.) Beschreibe das Stereolithographie Verfahren.
Flüssiger Kunsststoff wird mittels UV Laser zum Aushärten gebracht.
- gezielte Aushärtung der Harzschicht durch UV-Laserstrahl
- Absenkung der Bauplattform in z-Richtung um eine Schichtdicke
- Wischvorrichtung verteilt flüssiges Polymer gleichmäßig über bereits verfestigten Kunststoff ("Recoating")
- Belichtung der nächsten Schicht
- -> es entsteht ein Schicht für Schicht, von oben nach unten wachsendes Modell auf der Bauplattform
33.) Beschreibe das Verfahren des Slektiven Laser Sinterns (SLS).
- pulverförmiger Ausgangsstoff aus meist mehreren Komponenten wird lokal durch einen Laser verschmolzen (versintert)
- Verteilung des Pulvers mittels Walze auf einer Bauplattform mit anschließender eventueller Verdichtung
- Erwärmung der Pulvers auf Nähe des Schmelzpunktes der niedrigschmelzenden Komponente -> geringerer Wärmeeintrag
- Belichtung des Pulvers mittels CO2 Laser
- Absenkung der Plattform
- unversintertesPulver hat stützende Wirkung -> keine Stützgeometrien notwendig
Achtung vor Restporosität
34.) Beschreibe das Laserstrahl Generieren.
- lokales Aufschmelzen von Metallpulver oder Metalldraht durch fokkusierten Laserstrahl
- zeilenweises Auftragen auf Bauplattform in xy Richtung
- nach generierten Bauteilquerschnitt erfolgt Hebung des Düsenkopfes in z Richtung
35.) Beschreibe das Layer Laminate Manufacturing.
- Kontur des jeweikigen Bauteilquerschnitts wird mittel CO2 Laser oder herkömmlichen Schneidwerkzeugen aus sehr dünnen Folien ausgeschnitten
- anschließendes Verklebender Folie mit darunter liegender Schicht durch beheizte Andruckrolle
- Folien sind entweder mit durch Wärme aktivierten Klebstoff beschichtet oder Kleber wird während Generierung einer Schicht aufgetragen
- auch Verwendung von Papier möglich
36.) Beschreibe das Fused Layer Modeling (FLM) / Fused Deposition Modeling (FDM) Verfahren.
- extrudiertes RP Verfahren
- einer oder mehrere Extrusionsdüsen schmelzen Werkstoff ( aus ABS-Kunststoffe, Polycarbonat, oder auch Wachs) auf Bauplattform auf
- sofortiges Erkalten oder sich wieder Verfestigen durch Wärmeleitung
- gleichzeitiges Auftragen von Bau und Stützmaterial
37.) Beschreibe das Verfahrensprinzip des 3D Druckens.
- erfolg auf Grundlage der Pulverbinder Technologie
- -> Ausgangsstoff ist loses Pulver oder Granulat
- Bindemittel wir durch Druckkopf an zu verfestigenden Bauteilquerschnitt definiert eingespritz
- loses Pulver übernimmt stützende Wirkung
