2 aloittelijan esimerkkiä 3D-mallinukseen ja suunnitteluun

0

Koneinsinöörin työn yksi osa-alue on 3D-mallinuksen tekeminen suunniteltavasta tuotteesta. Suunnittelu tehtävä koostuu yleensä pohjatiedoista, jotka liittyvät joko välillisesti tai suorasti suunniteltavaan kohteeseen eli pohjatietoja täytyy soveltaa tuotetta suunniteltaessa. Malli pystyy auttamaan hyvin esimerkiksi markkinoidessa tuotetta asiakkaille. Nykyään tekniikka on kehittynyt pitkälle ja on jopa mahdollista näyttää tuote asiakkaalle virtuaalilasien tai tabletin/puhelimenkameran välityksellä tuotuna reaalimaailmaan. 3D-mallinnusta tarvitaan myös NC-työstökoneiden ohjaamiseen. Creo Labs ohjelmistolla mallinnetaan kaikki realistisiin mittoihin ja sen takia sillä voi tehdä myös tarvittavia kone mittapiirustuksia. Minulla ei ollut aikaisempaa kokemusta 3D-mallinnuksesta ja edellisen moduulin tehtävät olivat ensimmäisiä mitä olen tehnyt. Käyn näistä tehtävistä tässä 2 mitä työkaluja käytin ja kuinka suunnittelin tuotteen.

Auton sytytystulppa
Tehtävänä oli mallintaa auton sytytystulppa ja tehtävän tarkoitus oli pitää paino luovuudessa eli itse sai päättää mitat ja mallin. Aloitin tehtävän ottamalla selvää mikä sytytystulppa on ja siitä tarvittavia mittoja. Sytytystulppa on kierrettävä osa moottoriin, jonka tarkoitus on suurjännitteisellä sytytysvirralla aiheuttaa kipinä palotilassa olevien tulpan kärkien välissä ja sytyttää polttonesteen ja ilman seos moottorissa, jolloin moottori käynnistyy. Sytytystulppa on yleensä metallinen ja keramiikkaeristeinen osa ja se koostuu kolmesta osasta: rungosta, eristeestä ja keskijohteesta. Sytytystulpassa on tavallisesti myös kaksi elektrodia. Kärjessä käytetään erikoismetalliseoksia, koska niiden täytyy kestää korkeita lämpötiloja. Keramiikkaeristeessä alumiinioksidi (Al²O³) on yleisin käytetty yhdiste, sen sulamispiste on 2050C. Ennen mallinnus työn aloittamista otin myös selvää yleisimmistä mitoista, jotka löytyivät kattavammin englannin kieliseltä wikipedia sivulta (Spark plug). Sytytystulpan mitat määritetään kierteen tai mutterin mukaisesti ja yleiset mitta koot mutterin mukaisesti on euro tyyppisissä 10mm, 14mm ja 18mm ja Yhdysvalloissa mitat ovat 10mm, 12mm, 14mm ja 18mm, mutta koko on hyvä määritellä tuotteen alueen autokantaa ajatellen. Myös huomion arvoinen seikka on se, että onko sytytystulppa näkyvällä paikalla, jos konepellin avaa. Tätä kysyin automekaanikko kaverilta ja sytytystulppa on aina piilotettu muoviseen koteloon tai jollakin muulla tavalla. Tosin, tuotteen myynnin ja näkyvyyden kannalta kaupan hyllyllä sytytystulppaan olisi hyvä saada jokin poikkeava muoto tai väri mikä ei nosta tuote hintaa, koska kyseessä on kulutustavara.

Sytytystulpan mallinnuksen aloitin tekemällä ensin sytytystulpan rungon revolve ja extrude työkaluja käyttämällä. Revolve työkalulla voi tehdä putki ja ympyrän mallisia muotoja ja sen idea on, että ensin määritetään jokin akseli halutulle tasolle, jonka ympäri pursotus pyörähtää. Sytytystulpassani suurin osa rungosta on tehty revolvea käyttämällä, koska se on helpoin tapa tehdä muotoja eri tasoihin, jos mallinnettava tuote on putkimaista. Tulpan kullan värinen mutteri osa on tehty extrude työkalulla, joka on creon yksinkertasin työkalu. Extrudella voi pursottaa halutun muotoisen muodon, vaikka tavallisen neliön, jonka jälkeen sille määritellään ensin korkeus ja sitten leveys ja lopuksi syvyys. Mutterin kuusi kulmainen muoto oli helppo ja nopea tehdä, koska creosta löytyi extrude valikosta kohta palette missä on runsas määrä valmiita muotoja. Mutteriin tein myös pyöristykset kulmien päihin käyttämällä revolvea, mutta pursotuksen sijaan valikosta täytyy valita materiaalin poisto ja muodon täytyy olla kolmion muotoinen. Mutterin kierteet on tehty helical sweep työkalulla, jolla revolven tyylisesti valitaan akseli ja asetetaan sille pituus, jonka jälkeen piirretään haluttu muoto joka kiertää akselin ympäri. Elektrodin pään kaksi L:n muotoista kaarea on tehty sketch työkalulla. Sketch työkalulla ensin piirretään xyz-koordinaatistossa haluttu reitti, jonka jälkeen reittiä pitkin voi pursottaa haluttu muoto. Sketch työkalulla voi myös tehdä onttoja muotoja. Viimeistelin sytytystulpan pyöristelemällä chamfer työkalulla. Pyöristykset kulmiin on hyvä tehdä viimeisenä, koska jälkeenpäin muokkaukset 3D-mallinnokseen voi aiheuttaa pyöristyksien poiston ja joudut tekemään ne uudestaan. Oma nimimerkki tietysti oli pakko laittaa työhön ja väreissä tavoittelin metallista väriä. Valkoisen värin ideana oli talvisesonki.

Adapterilaippa
Seuraavaksi tehtävänä oli suunnitella laippa, joka yhdistää sähkömoottorin ja tuulettimen tai propellin. Laipan tarkoitus on siis osa, jolla propelli saadaan kiinnitettyä sähkömoottoriin. Propellissa oli neljä ruuvin paikkaa, johon kukin sai henkilökohtaiset mitat. Pohjatietona tehtävään annettiin sähkömoottorin mittoja, sekä tietoa englanniksi kiilauran käytöstä sähkömoottoreissa. Sähkömoottorin tai oikosulkumoottorin tai vaihtosähkömoottorin kehitti serbialais-yhdysvaltalainen Nikola Tesla. Vaihtosähkömoottorin pyöriminen perustuu sen sisällä pyöriviin magneetteihin ja siksi sillä on hyvin pieni virran kulutus ja käynnistysvirta on oikeastaan sen ainoa ongelma, jos ikiliikkujaa on rakentamassa. Vaihtosähkömoottoreiden hyötysuhde on yleensä 80-95% ja sen takia onkin hyvin yleinen teollisuuden työkalu. Kiilaura on pieni metallinen osa, joka pitää propellin moottorissa kiinni. Tehtävässä piti myös tuottaa tarvittavat mittapiirustukset valmistusta varten ja tehdä materiaali valinta.

Muotoa laipalle aloitin tekemällä kuvahakuja laipoista yleensä. Ideanhan ei välttämättä tarvitse olla tuulettimen laippa vaan muodon voi hakea mistä vain. Hyvän idean muodolle sain lopulta moottoripyörä blogista ( https://tuumaustauko.blogspot.com/ ). Mallintaminen tietokoneella oli pääsääntöisesti mekaanista työtä ja käytin näitä työkaluja sen tekemiseen:

  • Revolve
  • Sketch
  • Sweep
  • Extrude
  • Round
  • Chamfer

Tehtävän pääpaino oli mittapiirustuksien tekemisessä ja niissä auttoi paljon toleranssimittojen ymmärtäminen ja piirrosmerkkien tunteminen. Materiaaliksi valitsin alumiinin, koska se on yleinen rakenneosien materiaali ja ajattelin alumiinin keveyden olevan hyödyksi propellin pyörimisessä. Tosin painavampi materiaali, kuten teräs, voi olla vakaampi pyörimisessä.

Moduulissa oli paljon muitakin tehtäviä mm. kottikärryn kokoonpano mallintaminen, jossa kaikki osat piti tehdä erikseen ja lopuksi kasata se. Youtubesta löytyy paljon oppaita mallinnusten tekemiseen, mutta hyviä sellaisia on ainakin 4K:n kanava https://www.youtube.com/user/vpalffy/featured ja HAMK:n omat video-opas materiaalit ovat myös hyvin selkeitä. Suunnittelu ja 3D-mallinnus toiminnassa oleelliseksi muodostuu hyvä fysiikan ymmärtäminen, materiaaliominaisuudet ja matematiikka.

Matti Koistinen, Dj, konetekniikan opiskelija

Leave A Reply