Shape Morphing – Deformace komplexní geometrie

Jak kompenzovat deformace po výrobě? 

Zejména při lisování plechů a vstřikování plastů dochází téměř vždy k deformacím po výrobě. Jedná se především o deformace typu odpružení a zkroucení. Systém CATIA na platformě 3DEXPERIENCE obsahuje moduly Shape Morphing, které se zabývají touto problematikou. Jedná se o přetváření 3D geometrie pomocí speciálního výkonného algoritmu za účelem získání rychlé změny tvaru. Mimo kompenzace deformací po výrobě je možné využít těchto funkcí pro úpravu tvaru vzhledem k vyrobitelnosti a technologickým požadavkům na výrobu. Dále také pro pozdní modifikace a optimalizaci tvaru, například v případě zákaznické změny tvaru.

CATIA – Shape Morphing se skládá ze dvou částí. První část, Generative Shape Morphing (GSO), se zabývá manuálními deformacemi na základě měření prototypu a zkušeností konstruktéra. Druhá část, Virtual to Real Shape Morphing (RSO), se věnuje deformacím na základě vektorů posunutí získaných ze simulací a analýz. 

Generative Shape Morphing umožňuje manuální deformace definované okrajovými podmínkami. Tyto podmínky mohou být různého typu. Mohou to být body, křivky, plochy nebo různé kombinace těchto typů. Konstruktér tak může ze jmenovitého tvaru na základě zkušeností odhadnout deformace při výrobě a díky tomuto odhadu definovat okrajové podmínky v inverzním stavu vůči předpokládané deformaci a pomocí funkcí GSO získat deformovaný tvar. 

Je však také možné nejprve vyrobit prototyp ze jmenovitého tvaru a definovat okrajové podmínky až na základě měření prototypu. V obou případech je ale potřeba manuální definování podmínek jmenovitého tvaru a stejných podmínek finálního tvaru požadovaného po inverzní deformaci. Generative Shape Morphing pak různými funkcemi deformuje tvar, který následně již neleží na referenčních podmínkách, ale prochází námi zadanými finálními podmínkami. Rovněž lze zvolit typ napojení mezi těmito jednotlivými podmínkami.

Například funkce Wrap Surface deformuje tvar pomocí jednoduché referenční plochy, která zastupuje jmenovitý tvar, a finální plochy, která zastupuje deformovaný tvar. Na základě jejich rozdílu vznikne deformovaná plocha se stejným rozdílem vůči jmenovitému tvaru.

Další částí je Virtual to Real Shape Morphing zabývající se deformacemi na základě výstupů ze scannerů a specializovaných softwarů (PAM-STAMP, AUTOFORM, …). Okrajové podmínky jsou zde definovány jako vektory posunutí, které získáme ze simulací, analýz a měření z těchto softwarů. Tyto vektory posunutí je však také možné získat z analýzy jmenovitého a naměřeného tvaru přímo v systému CATIA pomocí deviační analýzy, která je dostupná v modulech pro reverzní inženýrství. Na základě těchto vektorů posunutí je pak možné pomocí funkce Digitized Morphing v RSO dostat inverzně deformovaný tvar. Při výrobě můžeme opět buďto provézt nejprve analýzy a simulace a hned získat vektory posunutí nebo můžeme vyrobit prototyp, který například naskenujeme a teprve z následné analýzy získáváme vektory posunutí.

V obou částech Shape Morphing je možné tyto deformace následně upravovat a tyto modifikace lze ještě značně zjednodušit (pro další případné iterace) s použitím parametrů zastupující hlavní proměnlivé hodnoty.

Shape Morphing je určen především pro konstruktéry zabývající se lisováním plechů a vstřikováním plastů. Ulehčí však práci každému, kdo potřebuje získat rychlou deformaci tvaru. Díky těmto nástrojům je možné deformovat i velmi složité geometrie – téměř jakékoliv kvality 
a z jakéhokoliv zdroje. Hlavním přínosem je pak především snížení počtu iterací při optimalizaci nástrojů. S tím souvisí tím pádem rychlejší návrh nástroje a ušetření času všech, co se na výrobě podílejí. To pak znamená značné snížení nákladů na celý výrobní cyklus. CATIA tak umožňuje firmám lépe, rychleji, a hlavně efektivněji produkovat jejich výrobky.

*Stejnou funkcionalitu obsahuje i CATIA V5, kde názvy modulů jsou obdobné, a to Generative Shape Optimizer a Realistic Shape Optimizer.