Vertiefende C-Techniken > Virtuelle Produktentwicklung > Design und Styling in der virtuellen Produktentwicklung > Rechnerunterstützung im Designprozess > Systeme und Verfahren zur Fertigung von physischen Modellen > Fräsen auf Basis von Punktewolken bzw. triangulierten Flächen
Wie bereits erwähnt sind die durch optische Messtechnik aufgenommenen Punktewolken so dicht, dass direkt ein Programm für eine Fräsmaschine berechnet werden kann. Eine triangulierte Fläche hingegen muss zunächst in eine sehr dichte Punktewolke aufgelöst werden, damit anschließend die Fräsbahnen berechnet werden können. Der Algorithmus, der für das Auflösen eingesetzt wird, wird hier nicht näher erläutert, jedoch zeigt Bild 1 den Auflösungsprozess (von links oben nach rechts unten). [Wirt-02]
Bei der Bearbeitung auf Fräsmaschinen unterscheidet man zwischen Dreiachsen- und Fünfachsenfräsen. Beim Dreiachsenfräsen ändert das Fräswerkzeug seine Orientierung im Raum nicht, sondern wird nur durch Translationen längs seiner Bahn bewegt (Bild 2 links: Dreiachsfräsen). Im Gegensatz dazu wird beim Fünfachsenfräsen sowohl die Position als auch die Orientierung des Werkzeugs geändert (Bild 2 links: Fünfachsfräsen). In einer großen Anzahl von Fällen ist jedoch die dreiachsige Bearbeitung ausreichend, oder die Geometrie lässt sich in wenige Abschnitte aufteilen, die ihrerseits nach passender Orientierung relativ zum Fräswerkzeug dreiachsig bearbeitet werden können (Bild 2 rechts). [Wirt-02]
Die grundsätzliche Idee der Berechnung von Fräsbahnen für die dreiachsige Bearbeitung auf der Basis von Punktewolken ist in Bild 3 skizziert: Zunächst legt man in einer Ebene senkrecht zur Werkzeugachse die Richtung einer Fräsbahn fest. In unserem Beispiel verläuft die Werkzeugachse parallel zur z-Achse des Koordinatensystems, die Richtung der Fräsbahn wird also innerhalb der xy-Ebene festgelegt. Der Einfachheit halber wählen wir als Richtung die x-Achse. Nach dem Festlegen eines Anfangs- und eines Endpunktes
unterhalb der Punktewolke wird die Strecke zwischen diesen beiden Punkten in gleichmäßige Abschnitte aufgeteilt. Die Teilungspunkte dienen als Anfangsposition für die Spitze des Kugelfräsers, der im vorliegenden Beispiel als Fräswerkzeug dient (rechte Seite der Bild 3). Die Abstände zwischen den Teilungspunkten müssen so klein sein, dass die Fräsbahn allen Krümmungen der Fläche Folgen kann. Da kleine Punktabstände immer auch einen hohen Aufwand bedeuten, ist in der Praxis der optimale Wert experimentell zu bestimmen. Nach dieser Vorbereitung hebt man an jeder Position den Fräser längs der Werkzeugachse so weit an, bis er nicht mehr mit der Punktewolke kollidiert beziehungsweise diese gerade berührt (linke Seite Bild 3). Verbindet man die geometrischen Orte der Werkzeugspitze durch gerade Linien, erhält man einen Polygonzug, der die Bahn des Werkzeugs im dreidimensionalen Raum beschreibt. [Wirt-02]
Die eben beschriebene Berechnung nimmt man für eine ganze Schar paralleler Fräsbahnen vor. Zusammengenommen ergeben diese ein komplettes Fräsprogramm, mit dem die gewünschte Geometrie zeilenweise aus dem Rohling herausgearbeitet werden kann (Bild 4). [Wirt-02]
Das in Kapitel Das Softwareprodukt Tebis beschriebene Softwareprodukt Tebis verfügt neben den CAD-Modulen über sechs CAM-Module. Eines dieser Module wird nun im Kontext des Fräsens kurz vorgestellt. In den Kapiteln Das RP-Verfahren Stereolithographie bis Das RP-Verfahren Solid Ground Curing werden, wie bereits angedeutet, drei Rapid-Prototyping-Verfahren erläutert.