Ecole Nationale Polytechnique Département Génie Industriel CAO et Prototypage Rapide CAO et Modélisation 3D Les premiers pas avec un modeleur 3D TP 1 CAOPR Présentation du TP La conception assistée par ordinateur (CAO) est l'ensemble des logiciels et techniques de modélisation géométrique qui permet de concevoir de tester et de réaliser avec un ordinateur, des objets dans le but de bien remplir des fonctions définies et de pouvoir se conformer à un ensemble de contraintes. En général, la démarche de conception ne se fait pas directement, c'est un processus itératif de plusieurs étapes (la méthodologie est la même quel que soit l'objet) : 1. Création d'un modèle de l'objet 2. Analyses, simulations, essais, 3. Élaboration de prototypes, 4. Modifications selon les contraintes 5. Réalisation A chaque étape, le concepteur fait appel à des spécialistes (dessinateurs, programmeurs, ingénieurs et techniciens), pour faire valider ses propositions et afin de se libérer pour les tâches au niveau de ses compétences et de ses capacités. L'objectif de ce TP est de montrer comment se déroule une démarche de conception d un produit et de comprendre les différents points essentiels de la méthodologie à travers l utilisation de modeleurs 3D et de logiciels de CAO. Logiciels de Conception Assistée par Ordinateur (CAO) : En plus de la conception mécanique et la conception architecturale, la CAO est présente dans bien d'autres domaines, comme l'ameublement, la confection de vêtements, l'orthopédie etc Les logiciels de CAO offrent une conception directe en 3D et proposent des fonctionnalités très intéressantes. Ils aident à la création de nouveaux produits, à la mise en œuvre de leur fabrication, à la simulation de leur comportement ainsi qu'à la validation des solutions retenues. Voici quelques exemples de logiciels de CAO largement utilisés : CATIA, par Dassault Systèmes SolidWorks SolidEDGE - Siemens PLM Inventor, par Autodesk Blender, FreeCAD, HeeksCad : logiciels distribués sous licences libres Le logiciel de référence est SolidWorks, mais à l image des autres logiciels de qualité professionnelle, il est plutôt réservé aux experts. Département Génie Industriel / 2 Année TP1 : CAO et Prototypage Rapide Page 1
Un logiciel de CAO doit gérer plusieurs modes de représentation de l'objet. Le mode géométrique : la structure de données interne. Le mode graphique : ce qui est affiché à l'écran. Le mode fonctionnel : la liste des spécifications fournies par l'utilisateur. Dans la suite on s intéressera aux logiciels libres FreeCAD/HeeksCad, deux outils de très bonne qualité (même avec quelques bugs), qui reposent sur la bibliothèque OpenCascade (utilisée entre autres par Matra, Renault, BMW...) et qui se rapprochent de Solidworks, en beaucoup moins lourd. http://sourceforge.net/apps/mediawiki/free-cad/index.php?title=main_page https://github.com/heeks http://code.google.com/p/heekscad/w/list http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/deed.fr Département Génie Industriel / 2 Année TP1 : CAO et Prototypage Rapide Page 2
Les premiers pas avec un modeleur 3D Préparation : Explorer le tutoriel pour vous guider dans la création et la manipulation d objets graphiques à l'aide des outils libres FreeCAD, HeeksCAD. Manipulation Opérations de base 1 1) Création et changement des propriétés d un objet parallélépipède 2) Addition d'un cylindre. 3) Création d'un Trou par soustraction de 2 objets (parallélépipède Cylindre). 4) Création d'un objet 2D : esquisse 5) Extrusion : transformation d'objet 2D en objet 3D 6) Fusion des 2 pièces : Manipulation 2 Extrusion par rotation Création d'un objet 2D dans le plan X Z: esquisse Extrusion par rotation autour de l axe Z (Révolution esquisse) Département Génie Industriel / 2 Année TP1 : CAO et Prototypage Rapide Page 3
Modélisation d'un objet réel : Clé plate mixte à cliquet La figure ci-dessous représente une clé de 10 mixte : avec une clé à fourche ouverte et une clé à cliquet polygonale (12 pans), pour s'accrocher au boulon, dont la tête est un hexagone. La clé comporte donc trois parties : d un côté, une clé plate à fourche avec une mâchoire ouverte de 10 mm, de l autre côté, une clé à cliquet, un œil à 12 pans, sorte de sphère (coupée en haut et en bas), avec un trou formé par une sorte de polygone à 12 côtés, afin d augmenter la prise, même sur des boulons endommagés. Un bras (parallélépipède) reliant les 2 parties de la clé mixte. Conception des objets Premier Bras : parallélépipède (94 x 10 x4). objet Deuxième objet Operations : "Cube", arrondis Clé plate à fourche (10 x 6). Operations : esquisse, extrusion 1) Créer une esquisse de la forme de la clé au-dessus d une image scannée, 2) Vérifier (zoom) que toutes les lignes (et arcs) esquisse sont joints. 3) Ajuster précisément la taille de l'esquisse afin d avoir une distance de 10 mm entre mâchoires (cote importante) 4) Transformer l'esquisse en volume 3D (extrusion) avec une hauteur de 6 mm Département Génie Industriel / 2 Année TP1 : CAO et Prototypage Rapide Page 4
Troisième objet (le plus complexe) Clé à cliquet à 12 pans Operations : Sphère, coupes (soustractions), ajustements, trou : polygone, extrusion, fusion, arrondi de sphère. 1) Créer une sphère de rayon de 9 mm, coupée (soustraction) en haut et en bas par un parallélépipède (20x20x5). L'objet résultant devra avoir une hauteur de 8mm 2) Créer un hexagone (6 côtés) et ajuster précisément la largeur pour avoir exactement 10mm entre deux côtés opposés (cote importante). 3) Créer un polygone à 12 côtés à partir de l ensemble de 2 hexagones décalés. 4) Transformer le polygone en volume 3D (extrusion) avec une hauteur de 20mm 5) Placer le polygone dans la "sphère" et le soustraire afin de créer un trou 6) Arrondir le trou du haut (soustraction avec une sphère de10 mm de rayon) Dernière étape : assemblage (ajustement et fusion) des 3 objets. Compléments et améliorations Ajouter les chiffres et lettres gravés Ajouter les arrondis aux arrêtes Autres formes : Autres Objets : Département Génie Industriel / 2 Année TP1 : CAO et Prototypage Rapide Page 5
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