Ciohodaru Dan Licenta 2019 [303814]

PROIECT DE DIPLOMĂ

PROGRAMUL DE STUDII:

INGINERIA ȘI DESIGNUL PRODUSELOR FINITE DIN LEMN

Coordonator științific: Absolvent: [anonimizat].dr.ing. Luminița- Maria Brenci Ciohodaru Dan

Brașov, 2019

PROIECTAREA UNEI AMBARCATIUNI DE AGREMENT UTILIZAND PROGRAME AVANSATE DE MODELARE 3D

CUPRINS

9

10

Capitolul 1.

Studii privind evolutia in timp a ambarcatiunilor.

Când au fost construite primele barci?

Cea mai veche barcă descoperită din lume este Canoea de la Pesse (fig.1) construită în jurul anului 8.000 î.Hr. si avea o lungime de 3 metri, însă existau bărci mai elaborate chiar si mai înainte. O [anonimizat] 10.000 Î.Hr. înfățișează o barca din stuf mânuita de aproximativ 20 de vâslași. Alții susțin că barcile din piele de animale au fost folosite în Europa de Nord încă din anul 9.500 î.Hr

Fig.1 [anonimizat], în urmă cu aproximativ 800.000 [anonimizat] (Homo Sapiens), [anonimizat].

Migratia omului timpuriu si nevoia de a calatorii pe apa.

Homo Erectus au apărut cu aproximativ 1,8 milioane de ani în urmă în Africa și specia a supraviețuit timp de 1,5 milioane de ani înainte de a fi înlocuite de Neandertalieni și de Homo Sapiens. [anonimizat], cum să controleze focul; dar le lipsea gena necesară vorbirii și limbajului.

Erectus au trăit în Era Glaciară, o [anonimizat] o durată de aproximativ 200.000 [anonimizat]. [anonimizat] 30% [anonimizat] a condus la o scădere a nivelului mărilor cu cel puțin 100 m. Acest lucru a creat fâșii de uscat provizorii pe insule și continente. [anonimizat], [anonimizat]. (Fig.2)

Fig.2-[anonimizat] s-[anonimizat], [anonimizat]. Erectus au ajuns în Arhipelagul Indonezian încă de acum 800.000 de ani. Știm acest lucru deoarece s-[anonimizat], [anonimizat] – între Bali și Timor. [anonimizat] 10 [anonimizat] o distanță de până la 100 km, iar acest lucru nu s-ar fi putut întâmpla accidental. Concluzia este că Homo Erectus a construit bărci capabile să circule pe mare cu 600.000 de ani înainte ca primul Homo Sapiens să apară pe Pământ.

Nu a [anonimizat]; însă, [anonimizat]. [anonimizat] (Fig.3). Recent, s-a [anonimizat]-[anonimizat].

Fig. 3 Locuitori ai insulelor din Strâmtoarea Torres pe o plută din bambus, 1906
Enciclopedia Noii Zeelande

H. Erectus este urmat de specii mai inteligente care apar în Africa. Mai întâi, Neandertalienii care apar cu aproximativ 300.000 de ani în urmă și Homo Sapiens, aproximativ 200.000 de ani in urma. Ambele specii își fac îmbrăcăminte și migrează spre nord în Asia și Europa prin Peninsula Sinai. Ultima migrație din Africa se presupune că a avut loc cu aproximativ 60.000 de ani în urmă, ajungând în Europa și Australia acum 40.000 de ani și în America acum 20.000 de ani.

Fizic, primul Homo Sapiens era identic cu omul modern; însă, timp de 150.000 de ani, capacitățile sale mentale au fost limitate, la egalitate cu cele ale Neandertalienilor. El folosea aceleași unelte din piatră, nu purta bijuterii și vânătoarea se limita la animale mici.

Însă, cu aproximativ 50.000 de ani în urmă, există dovezi ale unei Imense schimbări: artefactele găsite în jurul siturilor funerare devin mult mai sofisticate. Acestea includ: artă (bijuterii și desene), unelte avansate (cârlige și plase) și arme pe distanțe lungi (arcuri și săgeți). Acest progres este atribuit mutațiilor care au permis folosirea limbajului și a gândirii abstracte. Homo Sapiens a devenit cu adevărat omul modern.

Homo Sapiens a îmbunătățit fără dubii plutele rudimentare ale lui Homo Erectus. Pe această pagină, prezentand bărcile care existau înaintea dezvoltării uneltelor din metal și înaintea apariției orașelor. În special, scândurile din lemn au permis construirea navelor mari de război și a navelor comerciale aproximativ în anul 3.000 Î.Hr.

Dovezi ale naturii acestor bărci timpurii sunt rămășițele dezgropate, petroglifele și alte desene – începând din anul 10.000 î.Hr. circa (acum 12.000 de ani). La acestea, se pot adăuga bărcile care sunt folosite astăzi, dar care este posibil să fi fost construite inițial cu unelte din epoca de piatră. Tipurile de bărci se încadrează în mai multe categorii, în funcție de materialele și de uneltele folosite pentru construirea lor.

1.3 Exemple de ambarcatiuni primitive simple.

1.3.1 -Plute (Busteni, Bambus sau Stuf)

Orice plutește poate fi legat împreună pentru a construi o plută, sunt necesare doar unelte primitive de tăiat. Bambusul, buștenii de lemn și stuful au fost toate folosite ca materii prime, legate împreună cu lujere de viță sau cu fibre de palmier.

Propulsarea plutelor se realizează cu prăjini de împins, tragere cu sfori sau vâsle. Plutind în josul râurilor, curentul face toată treaba. Ulterior, se adaugă pânze pentru a reduce efortul necesar în direcția vântului, însă plutele nu au o chilă sau o formă care să le ajute să înainteze în linie dreaptă, iar cârmirea este întotdeauna dificilă.

Pluta primitiva din busteni

Pluta tipica de kattumaram din Tamil, fabricat din palmier. India.

Pluta Kon-Tiki construita din busteni de balsa si panze, Thor Heyerdahl (1947)

Pluta simpla din bambus

1.3.2 -Barci din stuf

Aceste tipuri de barci sunt realizate prin asamblarea mănunchiurilor de stuf (sau a altor crengi subțiri), sub formă ascuțită asemănătoare caiacului. Ele au fost folosite în zone în care nu exista mult lemn, cum ar fi Egipt și Irak, înainte de apariția uneltelor eficiente pentru prelucrarea lemnului. Petroglifele din perioada mezolitică (Fig. 4) (Azerbaidjan, 12.000 – 7.000 Î.Hr.) prezintă bărci mari din stuf și s-au găsit rămășițele unei mari bărci din stuf, cu o vechime de 7.000 de ani, în Kuweit.

Fig. 4

Petroglife de lângă Marea Caspică, 
Azerbaidjan (aprox. din anul 10.000 î.Hr.)

În prezent, cele mai primitive exemple sunt bărcile pentru o singură persoană realizate din tulpini de banan, folosite pe Lacul Baringo. Cele mai complexe se regăsesc pe Lacul Titicaca, la granița dintre Peru și Bolivia. Aici, bărcile mari, construite din milioane de mănunchiuri de stuf de Totota, pot avea o capacitate de până la 60 de persoane. Bărcile din stuf sunt folosite în continuare în Peru și Etiopia

Barcă din papirus etiopian (Etiopia)

Caballito de Totora 
Plaja Huanchaco, Peru

Barcă elaborată din stuf 
Lacul Titicaca

1.3.3 –Canoe Scobite

Canoele scobite necesită unelte mai avansate, precum topoare, tesle și dălți, realizate inițial din silex, metalul nefiind un material inca accesibil. Focul poate fi, de asemenea, folosit pentru scoaterea miezului, reprezentand alternativa destul de eficienta pentru a reduce din efortul fizic realizat pentru scobirea efectiva, dar necesita mai multa pricepere si atentie. Unelte adecvate apar cu aproximativ 12.000 de ani în urmă (în Mezolitic) și se poate presupune că s-ar fi putut realiza un fel de canoe la scurt timp după aceea; însă o cronologie exactă trebuie să se bazeze pe descoperirea de artefacte ce pot fi datate. Cele mai vechi bărci găsite până acum sunt niște canoe din lemn, cu lungimea de 3 m, ilustrate mai jos, construite în jurul anului 8.000 î.Hr.

Canoea de 3 m de la Pesse (cca. 8.000 î.Hr. ) 
Cea mai veche barcă descoperita

Canoele scobite în diverse forme au fost construite în toată lumea, acolo unde creșteau copaci mari. Modelele ulterioare includeau furcheți, care contribuiau la stabilitate și, eventual, la manevrarea pânzelor.

Folosirea focului pentru realizarea canoelor

Barcă cu furcheți și pânză din Fiji

1.3.4 Luntrele

Luntrele includ coșuri din nuiele de răchită pentru cadru, acestea fiind abarcatiuni cu fundul plat cu prora si pupa inclinata, se folosesc pe ape fara valuri mari. Luntrele europene erau acoperite cu piele de animale. În Orientul Mijlociu și în Asia, impermeabilitatea este realizată cu materiale textile și rășină; spre exemplu, în Biblie, Moise este trimis într-un coș mic din papură acoperită cu rășină. (Fig. 5)

Fig. 5 Moise asezat intr-un cos din paupra de catre mama lui

Barca Curragh Irlandeza

1.3.5 –Canoea (din scoarta de mesteacan)

În America de Nord, nativii au construit canoea din scoarță de mesteacăn: un cadru de coaste din lemn acoperite cu bucăți cusute de scoarță. Scoarța de mesteacăn era alegerea perfectă, nu numai pentru că era ușoară și netedă, dar și pentru că era impermeabilă și rezistentă. Îmbinările canoelor erau legate împreună cu rădăcină de pin strob și impermeabilizate apoi prin aplicarea de rășină fierbinte de pin sau molid.

Canoe din scoarță de mesteacăn de la indigenii Algonquin

1.3.6 – Caiacul

Caiacul este o barcă tradițională construită prin întinderea pieilor de focă (sau alte animale in zona europeana) pe un cadru din lemn plutitor ușor sau din os de balenă, acoperite apoi cu grăsime de balenă. Caiacele au fost construite de indigenii aleuți și inuiți din regiunile subarctice. În mod tipic, caiacul este acoperit și include o „fustă” din ramuri pentru izolarea călătorului de frig și pentru a preveni răsturnarea bărcii de către valuri. Popoarele nordice au construit, de asemenea, bărci umiak (Fig 6), bărci mai mari, deschise, din piele de focă, folosite pentru transportul persoanelor și al bunurilor pe terenurile de vânătoare sezoniere.

Caiac din piele de foca

Fig.6 Barca Umaik

1.4 Pasul următor: Scândurile

Următorul pas uriaș în construirea bărcilor are loc în Epoca Metalelor, în jurul anului 3.000 î.Hr. Uneltele din metal permit transformarea arborilor în scânduri, ceea ce face posibilă construirea navelor mai mari, pentru război, comerț si explorare, de către egipteni, fenicieni și greci. Odata cu aceasta noua posibilitate apar tipuri de ambarcatiuni din ce in ce mai complexe si mai mari cu diferite caracteristici. Practic, din acest punct al istoriei incep sa se formeze tiparele de constructie al ambarcatiunilor din lemn asa cum le stim astazi.

Ambarcatiune feniciana

Ambarcatiune din egiptul antic

Dacă se adaugă scânduri pentru a înălța marginile unei canoe scobite, cu traverse din lemn care să le mențină pe poziție, constructorul primitiv de bărci se află deja pe drumul singurului model de barcă din lemn capabilă să fie construită pe scară largă. Aceasta constă într-o chilă pe care se fixează un cadru cu coaste, așa cum coastele unui animal se curbează spre exterior pornind de la șira spinării. 

Scândurile sunt fixate pe aceste coaste. Ele fie sunt suprapuse (tip clicher) sau sunt fixate capăt la capăt (cu bordaj latin). Acestea rămân modelele de bază pentru bărci și corăbii mari până la introducerea treptată a carenelor metalice în secolul XIX.

Capitolul 2.

Realizarea a trei variante constructive pentru produsul solicitat prin tema, utilizand programe avansate de modelare 3D

2.1.Elementele componente ale unei ambarcatiuni clasice din lemn.

Chila – elementul principal al scheletului unei ambarcațiuni, dispusă longitudinal la fundul acesteia, constituită dintr-o grindă rezistentă, de care se leagă etrava și etamboul

Etrava – element de rezistență în continuarea chilei, care închide corpul unei ambarcațiuni la extremitatea prorei

Etambou – partea posterioară, de regulă în dreapta și deosebit de rezistentă. De etambou se fixează cârma la bărcile cu rame sau motorul exterior (motor outboard)

Coaste- elemnete de rezistenta transversale, fixate la intervale egale. La parte inferioara sunt prinse solid in chila. Ansamblu a doua coaste situate in ambele borduri in acelasi plan transversal formeaza un cuplu. Daca acest cuplu este situat in zona latimii maxime, atunci va fi numit cuplu maestru.

Stringherii (curentii de bordaj) – sunt elemente de osatura longitudinala puse de-a lungul bordurilor. Acestea leaga costele intre ele si impreuna formeaza structura de rezistenta a bordurilor.

Copastie – reprezinta o bordura din lemn sau metal, montata pe parapetul ce imprejmuie puntea (acolo unde exista punte). La barcile nepuntate, copastia se sprijina pe capetele superioare ale coastelor, oferind consolidare.

Tabloul barcii- placa de lemn care inchide camera barcii

File de bordaj- element ce intra in formarea bordajului, fiecare rand de scanduri (sau table) al invelisului extrerior.

Bancurile- sunt banci sau scanduri transversale pe care stau marinarii cand trag la rame , sunt prinse in coltare, la margine ( la bordaj ) si sprijinite la mijloc in punti care la randul lor se sprijina pe carlinga

Prova- partea anterioara a navei

Pupa- partea posterioara a navei

Babord- este partea situată în stânga axului longitudinal al unui mijloc de navigație, privind de la pupă spre prova

Tribord- este partea situată în dreapta axului longitudinal al unui mijloc de navigație, privind de la pupă spre provă

Carena- partea exterioara a navei situata sub linia de plutire

Linia de plutire- linia pana unde o ambarcatiune se scufunda sub apa, la capacitatea de incarcare proiectata

Bordaj- se numește învelișul exterior, lemnos (metalic sau material compozit, fibra de sticla/carbon), al scheletului unei ambarcațiuni sau al oricărui mijloc de navigație. Acesta este format din file de bordaj.

Osatura navei- totalitatea elementelor si pieselor asezate (imbinate rigid) longitudinal sau transversal si impreuna formeaza structura de rezistenta. De aici avem doua tipuri de osatura, osatura longitudinala si osatura transversala, in functie de cum sunt dispuse elementele.

2.2 Designul unei ambractaiuni.

Odata ce am inteles principalele componente ale unei ambarcatiuni, putem incepe sa ne cream propriul design si sa experimentam cu forma acesteia in functie de categoria de nava pe care am ales-o.In cazul de fata este vorba despre o ambarcatiune de agrement,iaht de dimensiuni medii (10m lungime), doua motoare exterioare (motor outboard) si care sa poata transporta pana la 5-6 persoane, incluzand bagajele acestora. O modalitate buna de a ajunge la un design reusit este exercitiul. Repetarea unei forme generale sau a unei idei la care se aduc schimbari cu ficare incercare pana se ajunge la o forma finala cu care suntem multumiti. Acest proces poate dura putin sau foarte mult in functie de experienta pe care o avem in acest domeniu. Indiferent de situatie, este un prim pas laborios care cere multa rabdare. In cele ce urmeaza voi prezenta cateva variante, idei de design realizate treptat din care se poate observa evolutia si progresul facut, tinand cont de faptul ca personal nu am avut nici un fel de experienta in designul de ambarcatiuni.

Model 1

Model 2

Model 3

Model 4

Model 5

Model 6

Model 7

Model 8

Model 9

Model 10

Model 11

Model 12

Model 13

2.3 De la design la modelare 3D

2.3.1 Autodesk Fusion 360, descriere

Pentru partea de modelare/ proiectare 3D, am ales sa folosesc „Fusion360”. „Autodesk Fusion 360”, sub denumirea lui completa, este un CAD 3D asa cum nu a mai fost pana la aparitia lui in august 2014, acesta avand platforma de proiectare industriala, mecanica, de simulare, colaborare si CAM (Fig.1) usor de folosit si inteles, cu o interfata prietenoasa (Fig. 2), toate acestea integrate intr-o singura platforma cloud.

Avantajul acestui program este tocmai platforma cloud care nu incarca terminalul de la care se lucreaza (computerul personal) ci salveaza totul online unde nu exista limita de spatiu, solicitand doar conexiunea la internet. Operatorul are posibilitatea de a salva totusi anumite fisiere, pe care le alege, direct pe calculator daca este nevoie. Tot acest acces la internet ofera posibilitatea de a exporta si inporta o multitudine de fiesiere cu extensii diferite, precum: *.f3d, *.igs, *.iges, *.sat, *.smt, *.stp, *.step, etc. de la mai multi operatori ai programului, fara a incarca spatiu disponibil pe calculator. Un alt aspect foarte important pentru care am ales sa folosesc Fusion 360 este acela ca setarile de performanta in lucru le face automat in functie de capacitatile calculatorului de a procesa datele, oferind astfel o experienta placuta chiar si atunci cand nu deti un computer foarte performant, interventia omului la aceste setari fiind minima.

Fig.1

Diferite moduri de lucru ce pot fi accesate fara descarcari suplimentare

Fig.2 Pagina de start in Fusion 360

2.3.2 Introducere design in Fusion 360

In aceasta parte voi arata cum se incepe un proiect nou, care sunt comezile principale si ordinea operatiilor in a realiza la final coastele si structurile de rezistenta longitudinale ale ambarcatiunii. Pentru moment nu am ales nici unul dintre design-urile de mai sus deoarece este o varianta la care am lucrat strict pentru a invata noi comenzi si posibilitati in Fusion, o versiune de experimentare in care am considerat ca forma trebuie sa fie mai mult una orientativa, nu exacta. Prima varianta constructiva

Primul pas: deschidere Fusion 360 si salvam pagina goala pentru a denumi proiectul. Aici avem posibilitatea de a salva in directori si foldere diferite pentru o mai buna sortare si organizare, toate lucrarile fiind ordonate alfabetic.

Meniul de salvare in Fusion

Odata ce am salvat si denumit proiectul, suntem pregatiti sa continuam, din acest punct programul o sa faca automat backup periodic pentru a salva progresul lucrarii in caz ca se intampla ceva neprevazut. Cu toate acestea este indicat sa dam manual „save” cand consideram ca am ajuns intr-un punct important.

Pasul urmator: crearea desenelor (sketch) in spatiul dedicat acestora (meniul pentru sketch) care ne vor ajuta la formarea corpurilor solide. Pentru acest lucru trebuie sa mergem in meniul sketch, create sketch si alegem planul pe care dorim sa lucram. (Fig.1, Fig.2)

Fig.1 Creare desen nou folosind comanda „Create Sketch”

Fig.2 Alegerea planului de lucru corespunzator (orizontal)

Astfel incepem cu ajutorul comenzii spline sa realizam „conturul” ambarcatiunii in vederea de sus. Cale: Sketch-Spline-Fit Point Spline (trebuie activata optiunea „3D sketch” situata in partea dreapta, pentru a edita linia rezultata in spatiul 3D)

Se realizeaza prima linie de contur, cu o axa de simetrie (comanda „line” sau scurtatura „L” ) apoi aplicam comanda „Mirror”.

Selectam obiectul pe care il dorim a oglindi si linia de simetrie dupa care se face oglindirea. Se inchide apoi comanda apasand “Ok”. Obtinem aceasta imagine:

Tot in spatiul de lucru ”Sketch” accesam comanda „Move/Copy” folosind scurtatura ”M” sau urmand calea „Modify Move/Copy”

In dreapta se va deschide panoul comenzii Move/Copy si selectam primul punct din conturul facut anterior.Tinand rotita mousului apasata si mutam in vedere izometrica, observam o noua sageata in jurul elementului selectat ce ii permite acestuia sa fie mutat in sus sau in jos pe axa „Y” corespunzatoare inaltimii in acest proiect. (de retinut faptul ca acest program nu tine cont de axe ( X,Y,Z) atunci cand este vorba de orientarea in spatiu a piesei, ci de asezarea vederilor, frontale, laterale, de sus, etc. dupa acestea facand pozitionarea lor corecta cand dorim sa exportam catre un CNC sau o imprimanta 3D)

Tragem in sus de sageata sau schimbam introducand parametrii pe axa corespunzatoare inaltimii, in cazul de fata axa „Y”, si obtinem astfel in vederea laterala o forma sinuoasa a conturului barcii. Odata ce am facut aceasta modificare pe o linie, automat se va modifica si oglinda acesteia fiind obligata de constrangerile anterioare.

Urmatorul pas este formarea profilului ambarcatiunii, mai exact ceea ce va deveni mai tarziu chila. Se face intr-o maniera asemanatoare cu ce am facut mai devreme doar ca planul pe care se va face schita este cel vertical.

Folosind comanda “Spline” construin profilul ambarcatiunii din vederea laterala, care se poate dimensiona conform necesitatilor.

Acum trebuie sa cream un nou plan (suprafata) de lucru pe care se va executa comanda „Sketch”, pentru a forma profilul ambarcatiunii in sectiune. Aceasa suprafata va aparea in spatele barcii (la pupa) si mai tarziu ne vom folosi de ea pentru a forma etamboul.

Meniul „Construct” „Plane at Angle” si selectam linia etamboului rezultata din procedura anterioara. In casuta de dialog din dreapta, introducem la „angle” valoare 90°.

Astfel pozitia planului format se schimba corespunzator, devenind perpendicular pe planul vertical. Inchidem comanda apasand butonul “OK”

Folosind comenzile „Creat sketch” „Spline” „Mirror” cream desenul pentru partea din spate a navei pe noul plan.

In continuare construim o axa in doua puncte, pentru a putea rezulta mai departe carena navei (partea exterioara care se situeaza sub linia de plutire).

Comanda „Construct” „Axis Through Two Points” apoi selectam doua puncte prin care sa strapunga axa creata.

Astfel am construit o axa in doua puncte pe toata lungimea barcii, pe care o putem folosi la crearea unei noi suprafete de desen pentru a realiza carena.

Comanda “Plane at Angle”

Selectam noua axa si rotim planul la 90°.

Similar cu procedeele anterioare folosim comanda “ Create Sketch” pe noul plan, apoi cu comanda “Spline” construim limitele carenei.

Similar, construim inca o linie de contur pozitionata mai sus, pe un alt plan, pentru a ajuta la curbura bordajului, formei exterioare navei. Construm axa in doua puncte “Construct” “ Axis Through Tow Points”, apoi folosind comanda “Plane at Angle” construim un nou spatiu de lucru si folosind “Create Sketch” “Spline” realizam conturul dorit.

Folosim exact aceleasi comenzi si pentru restul de linii necesare definitizarii formei dorite.

Astefl, cu toate elementele de “schita” executate, putem intra intr-un nou mod de lucru, si anume in modul “Patch” unde unim toate liniile si formam fete, pe care mai apoi le transformam intr-un singur corp solid.

Odata ajunsi aici, observam ca bara de meniuri este usor schimbata, disparand si aparand alte comenzi specifice mediului de lucru.

Mediul “MODEL”

Mediul “PATCH”

In acest nou mediu, mergem la meniul “Create” “Loft”

Selectam pe rand cele 3 profile dupa care dorim sa facem “loft”, intre ele apasand semnul de plus pentru a le separa (in mod normal programul face diferenta intre ele automat, dar sunt cazuri cand selectam doua profile separate si le considera ca fiind unul singur), in mod similar se actioneaza si la “Rails”. Comanda se inchide apasand butonul “OK” sau tasta “Enter”.

Procedam in mod similar cu comanda “Loft” si pentru partea de carena, obtinand multiple fete separate care necesita sa fie unite intre ele, pentru a forma o singura componenta. Acest lucru il facem cu comanda “MODIFI” “Stitch”

Validam comanda “Stitch” dand click pe butonul “OK” sau apasand tasta “Enter” si observam in ramificatia din stanga a mediului de lucru ca nu mai exista patru corpuri diferite ci doar unu singur.

Folosim comanda “Mirror” pentru a copia noul corp si a-l oglindi pe jumatatea cealalta, urmand apoi sa folosim comanda “Stitch” pentru a obtine un singur corp.

In continuare procedam la fel si pentru partea superioara a barcii, folosim comanda “Loft” astfel obtinem alte doua fete separate pe care le unim cu “Stitch”, iar la final observam ca ne ramane un gol in partea inferioara pe care nu il putem inchide prin comanda “Loft”. In aceasta situatie folosim comanda “Patch”.

Dupa unirea celor 2 fete, observam ca se formeaza defapt un alt corp diferit, cu proprietati diferite. Acest nou corp s-a transformat intr-un solid pe care il putem modifica, taia si deforma dupa bunul nostru plac.

Trecerea de la doua corpuri tip “Faces” la un singur tip de corp solid “Body”

Odata cu aceasta trecere ne putem muta inapoi in mediul de lucru “MODEL” unde putem modifica corpurile solide.

Acum ca am obtinut forma generala a barcii dintr-un corp solid si stim cum trebuie sa arate, este momentul sa cream efectiv osatura longitudinala si cea transversala, observand faptul ca cele doua elemente desi diferite se formeaza una pe cealalta.

Pentru inceput folosim comanda “Shell” ; meniul “Modify” ”Shell”

Astfel obtinem o scobitura prin tot volumul ambarcatiunii, cu grosime constanta.

Se creaza un nou plan de lucru. “Construct” “Offset Plane”

Se selecteaza apoi distanta pana la care se va face Offset-ul.

Planul nou creat se va muta in punctul ales. Cu comanda “Sketch” selectam suprafata planului si formam conturul osaturii longitudinale.

In spatiu de lucru “Sketch” este acum activa optiunea “Intersect”. Aceatsa formeaza o linie de intersectie intre corp si plan.

Cu comanda “Line” se formeaza partea interioara a “cadrelor” (copastielor).

Pornind comanda “Sweep” si folosind conturul obtinut anterior, se formeaza copastia, primul element din aceasta osatura lungitudinala. “CREATE” “SWEEP”

Comanda se inchide apasand “OK” sau tasat “Enter”. Se optine astfel o noua componenta cu profilul ales pe toata lungime caii alese.

Folosim comanda “Press/Pull” pentru a prelungi capele.

Prelungim cu suficient in cat sa iasa in exteriorul barciiComanda se inchide apasand “OK” sau tasta” Enter” si se repeta la ambele capete.

Se porneste comanda “Combine” ;“Modify” “Combine” si se separa cele doua corpuri rezultate (copastia si corpul barcii) prin operatiunea “Cut”.

In mod similar se va face si pentru retul elementelor din osatura longitudinala si se va optine un astfel se rezultat:

In continuare se creaza un plan paralel cu planul vertical “Construct” “Offset Plane” si se trage de sagetuta albastra pana cand acesta este in afara barcii.

Pe acest nou plan se construiesc doua linii paralele, cu o distanta intre ele de 10mm in acest caz (exemplul prezentat fiind la scara 1:10) si cu o lungime atat cat sa depaseasca profilul ambarcatiunii.

Pornim comanda “Split Body” si o folosim pentru ambele linii consecutiv. “MODIFY” “Split Body”

Dupa ce este incheiata aceasta operatiunea, se deschide comanda “Rectangular Pattern”, “ CREATE” “Pattern” “Rectangulare Pattern”

Comanda se inchide apasand butonul “OK” sau tasta “Enter”.

Rezultatul este acesta:

In acest punct se pot organiza toate elementele componente de pana acum in functie de categorie si necesitate daca nu am facut acest lucru.

Putem crea directori si foldere noi direct din spatiul de lucru. Se da click dreapta pe directorul principal care contine denumirea proiectului si selectam “New Component”.

Astfel se creaza un nou director secundar ce contine mai multe foldere. Fiecare corp sau ansamblu de corpuri se poate muta dintr-un director sau altu prin varianta “copy/paste” sau “drag&drop”.

Dupa ce se organizeaza componentele si se renunta la cele care sunt in plus, rezultatul final este prezentat in figura urmatoare (Fig.3).

Foarte important, cand dorim sa indepartam o anumita componenta, sa nu folosim comanda “Delete” ci comanda ”Remove”, deoarece atunci cand indepartam cu “Delete”, componenta respectiva este stearsa complet din proiect, pe axa timpului asta insemnand ca nu mai exista nici in trecut dar nici in viitor, pur si simplu este eliminata, acest lucru putand duce la erori daca acea piesa influenteaza altele, dar daca folosim comanda “Remove”, aceasta este pastrata in istoricul axei cronologice si este indepartata doar din “viitor”, adica programul nu o va mai afisa dar va tine cont de ea pentru actiunile precedente.

(Fig. 3) Rezultatul dupa sortare si folosirea comenzilor “Delete” si “Remove”

Folosind mai departe cam aceleasi comenzi principale prezentate mai sus, (doar ca in diferite situatii), “Sketch”, “Sweep”, “Mirror”, “Offset Plane”, “Plane at Angle”, “Press/Pull”, “Split Body”, etc. , am reusit sa completez osatura navei cu o mare parte din elementele ei componente. Drept urmare am sa prezint doar in cateva imgini evolutia ecestei prime variante constructive.

Construirea spatiului in care se va monta interiorul ambarcatiunii

Comenzile ”Sketch”, “Thicken” si “Combine”

Aparitia puntii, prin comenzile “Sketch”, “Project”, “Extrude” si “Combine”

Constructia spatiului destinat motorului,

prin comenzile ”Sketch”, “Thicken” si “Combine”

Construirea etamboului si spatiului destinat motorului exterior

Comenzi folosite: “Sketch”, “Extrude”, “Combine”

Forma finala a primei variante constructive,

Bordajul a fost realizat prin comanda “Thicken” aplicata

fetelor create la inceput pentru determinarea formei

Aceasta prima varianta constructiva nu este nici pe departea aproape de ceea ce trebuie sa fie, dar este un bun punct de plecare de unde stim cand, unde, ce comenzi sa folosim si sa intelegem aplicativitatea lor pentru a înfăptui diferitele elmente constructive ale unei ambarcatiuni.

Urmatoarea varianta constructiva aleasa este “Modelul11” din design-urile prezentate mai sus, varianta pentru care inceputul in proiectare a fost usor schimbat, deoarece trebuie sa respect anumite linii si proporti date odata cu crearea design-ului pe hartie.

Drept urmare am sa prezint doar putinele elemente si pasi care sunt in plus fata de prezentarea anterioara.

Pentru inceput, dupa ce am pornit si salvat noua pagina de lucru, prima comanda a fost comanda “Attached Canvas”; “INSERT” ”Attached Canvas”.

Aceasta comanda ne permite sa introducem o imagine sau mai multe pe care sa le avem ca referinta in timp ce se lucreaza. Imaginle se poat aseza pe oricare plan in functie de vederea pe care o reprezinta.

Odata pornita comanda, se afiseaza acest meniu de dialog, prin care ne cere sa selectam planul pe care dorim sa aducem imaginea si folderul din care sa o extraga. Dupa ce alegem fisierul, dam click stanga pe “Open” si imaginea este importata in program pe planul selectat.

Mai departe se poate aseza si proportiona dupa bunul plac cu ajutorul sagetilor si optiunilor de rotatie/ scalare.

Dupa terminarea aranjarii, comanda se inchide cu butonul “OK” sau tasta “Enter”. Daca dorim ca un anumit element din desen sa aibe o anumita valoare, spre exemplu, lungimea totala a barcii sa fie de 1000mm, acest aspect se poate stabili prin comanda “Calibrate”.

Se introduce si urmatoare imagine, corespunzatoare planului orizontal, adica vederii de sus sau de jos, in functie de reprezentarea desenului din imagine. In cazul de fata, vederea de sus.

Pentru calibrare se da click dreapta pe prima imagine din ramificatie si se alege comanda “Calibrate”.

Se aleg doua puncte si se stabileste distanta dintre ele, in acest caz de 1000mm (model facut la scara 1:10)

Se repeta procedura si pentru restul imaginilor, mutandu-le apoi cu comanda “Move/Copy” pentru a le alinia perfect.

Urmeaza apoi construirea schitelor pe baza imaginilor inserate, asemanator cu exemplificarea de la prima varianta constructiva. In continuare voi pune doar cateva imagini in care se vede decursul lucrarii.

Conturul vederii de sus executat in “Sketch”

Arcuirea conturului dupa vederea laterala.

Construirea celorlate linii necesare definiri formei

Curbarea liniilor dupa contur

Formarea primei jumatati, prin comanda “Loft”, in spatiul de lucru “Patch”

Oglindirea primei jumatati si imbinarea celor doua corpuri rezultate

Inchiderea fetelor prin partea superioara si formarea unui singur corp solid

Comenzile “Loft” si” Patch”

Pentru aceasta varianta constructiva nu am mai continuat in dezvoltarea ei, deoarece am considerat ca design-ul ales nu este potrivit si nici placut, forma generala nefiind potrivita pentru o ambarcatiune, aducand mai mult a “aluna de pamant”, nicidecum cu ceva acvatic, lucru observat abia dupa ce am construit forma 3D, facand o comparatie.

Vedere de sus Aluna de pamant

Acest lucru m-a determinat sa fac mai multa cercetare pentru design, ducand la mai multe incercari, rezultand astfel o varianta finala mult inbunatatita cu inspiratii din lumea acvatica. Astfel am ajuns la a treia varianta constructiva ce urmeaza sa o prezint pe scurt aici si mai detaliat in capitolul urmator.

Varianta design model 11

Peștele spadă (Xiphias gladius)

Am ales peștele spadă deoarece este o vietate marina puternica si impresionanta, ajungand la dimensiuni cuprinse intre 3 si 6 metri, iar greutatea sa urca pana la 200-600 kg. Corpul sau este lipsit de solzi si forma alungita, aproape fusiforma. Denumire științifică latină este „Xiphias gladius”   xiphos (grec) = sabie + gladius (latin) = sabie. De aici am ales si numele pentru aceasta ambarcatiune, Gladius.

Pentru aceasta varianta constructiva am folosit aceleasi comenzi ca si pentru cele de mai sus cu mici diferente, asa ca am sa prezint pe scurt evolutia in modelare.

Introducere canvas “Attached Canvas”

Constructie contur “Sketch”

Constructie corp solid

Constructie osatura longitudinala

Constructie coaste si osatura longitudinala

Construirea spatiului interior

Constructia etamboului si al spatiului dedicat motoarelor exterioare

Aparitia bordajului, a parbrizului si unei forme umane, ca referinta pentru dimensiunile ambarcatiunii

Conceptul final pentru acest design, unde se poate observa in partea superioara a navei ca este transparenta, special pentru a se vedea forma atipica a coastelor

Capitolul 3.

Modelarea ambarcatiunii utilizand programe de proiectare avansata 3D.

Aceasta ambarcatiune a fost modelata la dimensiuni reduse (1000x320x185) deoarece urmeaza ca macheta sa fie realizata la imprimanta 3D, evitand astfel decuparea multor componente sau redimensionarea ulterioara.

3.1 Imprimanta 3D

Aceste tipuri de masini chiar daca le consideram o inventie moderna, in ultimii ani incepand sa devina foarte populare si din ce in ce mai folosite in diferite domenii de activitate, acestea au aparut defapt pe la inceputul anilor ’80. Inventatorul primului prototip fiind japonezul Dr. Kodama Rapid, tehnologie continuata apoi in 1984 de catre inventatorii francezi, si in 1986 Charles Hull decide sa investeasca in tehnologia 3D, infiintand astfel compania 3D Systems Corporation, pune bazele formatului STL (din engleza de la cuvantul “stereolithography”), format cu care lucreaza majoritatea imprimantelor 3D din ziua de astazi, si un an mai tarziu lanseaza primul model de imprimanta 3D comericala, modelul „SLA-1” (Fig.1). Ca orice alta inventie, aceasta a avut un start destul de dificil, ajungand abia prin anii ’90 sa fie luata in considerare de catre anumite firme pentru realizarea prototipurilor. Chiar si asa, era un proces extrem de complicat care cera foarte mult timp si erorile nu erau putine. Incepand cu anul 2000 aceasta tehnologie a captat si atentia media, incepand sa fie mediatizata din ce in ce mai mult, atragand investitori si dezvoltatori. Acest lucru a dus la o dezvoltare rapida a tehnologiei, ajungand in zilele noastre sa se poata printa cu o precizie cuprinsa intre 20-400 microni (printare cu filament), la o viteza cuprinsa intre 8-24 mm3/s in functie de diametrul duzei de extrudare (0,25mm – 0,8mm).

(Fig.1) SLA-1, 1987, 3D Systems Corporation

Tehnologia de printare 3D functioneaza pe un principiu relativ simplu, un anumit tip de material sub forma de filament este adus la gradul sau de topire, ajungand la o anumita vascozitate. Este impins apoi printr-un asa numit “extrudor” care este controlat de catre calculator pe doua axe X,Y, cu masa de imprimare mobila pe axa Z sau pe trei axe (X,Y,Z) cu masa de imprimare fixa, si pozitioneaza materialul topit printr-o duza in straturi suprapuse la o anumita distanta pentru a realiza o usoara presare intre acestea. Cu ajutorul unu ventilator de langa extrudor se raceste materialul si astfel se realizeaza solidificarea straturilor. Procesul este repetat pana rezulta o forma tridimensionala. (Fig.2)

(Fig.2) Schema functionare imprimanta 3D

In acest proiect, pentru a realiza macheta ambarcatiunii am folosit imprimanta 3D ZORTRAX M200 (Fig.3), disponibila in laboratorul de informatica al facultatii.

Fig.3, Imprimanta 3D ZORTRAX M200

Aceasta este un tip de imprimanta inchisa, care foloseste filament de diferite feluri pentru realizarea printarii pe o masa de lucru mobila pe axa Z si este recunoscuta pentru precizia si finetea cu care lucreaza, compania producatoare fiind axata asupra produselor din gama premium. Imprimanta are urmatoarele specificatii:

3.2 Construirea ambarcatiunii in Fusion360 si printarea acesteia la imprimanta 3D.

Se deschide o noua pagina de lucru care se salveaza si se redenumeste.

Se deschide comanda “Attached Canvas” se introduc imaginile pentru referinta pe planul corespunzator, apoi se acceseaza comanda “Calibrate” si se pozitioneaza doua puncte de referinta la varful si spatele ambarcatiunii (pe fiecare imagine folosita) introducandu-se valoare 1000mm.

Se acceseaza comanda „Create Sketch”, se alege planul orizontal si in cadrul acestei comenzi cu ajutorul liniei tip „Spline” se formeaza conturul ambarcatiunii din vederea de sus, iar optiunea de „3D Sketch” sa fie bifata.

In continuare mutam vederea in planul vertical si astfel in cat sa se vada ambarcatiunea din profil, cu comanda „Move/Copy” se ajusteaza conturul creat anterior pentru a se potrivi designului stabilit.

Comanda se inchide prin apasarea butonului „Stop Sketch”

Acest proces se repeta in aceeasi maniera si pentru liniile ce sunt accentuate mai jos

In continuare se deschide iar meniul „Create Sketch” si se selecteaza planul vertical, pe care se creaza profilul ambarcatiunii respectand liniile designului cu ajutorul liniei de tip spline.

Daca exista vectori de control ai curburii ce nu se pot misca, atunci se apasa click stanga si apoi click dreapta pe acesta si se alege optiunea „Activate Curvature handle” moment dupa care situatia se remediaza si cu ajutorul comenzi „Move/Copy” se poate ajusta daca nu reusim doar cu ajutorul cursorului.

Se creaza un plan cu comanda ”Offset Plane” la o distanta de -200mm fata de planul frontal si pe acesta se construieste in comanda „Create Sketch” profilul zonei de carena.

Cu ajutorul liniei tip spline se defineste linia pentru forma carenei.

Astfel se obtine un contur inchis din care se pot forma mai departe corpuri („Faces”), in modul de lucru „Patch”. Procesul de creare al liniilor este similar pentru intreaga ambarcatiune la final rezultand un astfel de „contur”. (Fig.4)

Fig. 4 Liniile pentru delimitarea fetelor

Se porneste mediu de lucru „Patch” si se alege comanda „Loft”. Acesta comanda ne permite sa cream corpuri cu ajutorul liniilor executate mai sus.

In aceasta maniera se procedeaza si pentru partea superioara a navei, astfel se obtin doua fete diferite, care se unesc cu comanda „Stitch” si se formeaza un singur corp comun „Body”.

Dupa ce se inchide comanda apasand butonul „OK” sau tasta „Enter”, se observa faptul ca in partea stanga, acum exista doar un singur corp, nu doua.