Politechnika
Warszawska

Katalog
ECTS

Nazwa przedmiotu:

Integracja projektowania i wytwarzania

Koordynator przedmiotu:

dr inż. Przemysław Siemiński

Status przedmiotu:

Obowiązkowy

Poziom kształcenia:

Studia I stopnia

Program:

Mechanika Pojazdów i Maszyn Roboczych

Grupa przedmiotów:

Specjalnościowe

Kod przedmiotu:

1150-MB000-IZP-0207

Semestr nominalny:

6 / rok ak. 2020/2021

Liczba punktów ECTS:

4

Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:

1) Liczba godzin kontaktowych – 26 godz. w tym: a) wykład – 16 godz., a) laboratorium - 8 godz., b) konsultacje - 2 godz., 2) Praca własna studenta – 70 godz. w tym: a) przygotowywanie się studenta do testów - 15 godz., b) bieżące przygotowywanie się studenta do laboratoriów - 16 godz., d) studia literaturowe - 25 godz.; e) praca własna nad przygotowaniem projektu obiektu (mechanizmu) do druku 3D – 20 godz.; 3) RAZEM - 102 godz.

Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:

1,5 punktu ECTS – liczba godzin kontaktowych – 26 godz., w tym: a) wykład – 16 godz., b) laboratorium – 8 godz., c) konsultacje – 2 godz.

Język prowadzenia zajęć:

polski

Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:

3,5 punkty ECTS – 50 godz., w tym: a) ćwiczenia laboratoryjne – 8 godz.; b) bieżące przygotowywanie się studenta do laboratoriów - 16 godz.; c) praca własna nad przygotowaniem projektu obiektu (mechanizmu) do druku 3D – 16 godz.; d) przygotowanie drukarki 3D (z technikiem), nadzór nad maszyną prototypującą oraz późniejsza obróbka modelarska wydruku (m.in. oczyszczenie ze struktury podporowej) – 10 godz.;

Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:

• Wykład16h
• Ćwiczenia0h
• Laboratorium8h
• Projekt0h
• Lekcje komputerowe0h

Wymagania wstępne:

• modelowanie powierzchni w 3D CAD (zaliczone Zaawansowane Modelowanie Geometrycznego – laboratorium), • wiedza na temat pomiarów obiektów przestrzennych (zaliczony wykład z Metrologii i zamienności), • wiedza na temat procesów technologicznych (zaliczony wykład z Technologii budowy maszyn).

Limit liczby studentów:

28 (liczba licencji oprogramowania CAD i CAM)

Cel przedmiotu:

Nabycie szerokiej wiedzy z zakresu szybkiego prototypowania, technik przyrostowych (druku 3D), inżynierii odwrotnej i skanowania 3D oraz zastosowania systemów 3D CAD/CAM procesie projektowania i wytwarzania. Nabycie przez studentów umiejętności: • przygotowania geometrii siatkowej (tzw. STL) w 3D CAD do drukowania 3D; • przenoszenia geometrii pomiędzy systemami 3D CAD, CAM i CAE; • obróbki wyników pomiarów skanowaniem 3D (chmur punktów i siatek trójkątów) oraz rozpinania powierzchni NURBS.

Treści kształcenia:

Wykład: 1. Wprowadzenie do metod szybkiego prototypowania ( rapid prototyping) i technik przyrostowych; format STL – jednostki, kolory, materiały, ustawienie odchyłek liniowych i kątowych. 2. Najstarsza metoda szybkiego prototypowania - stereolitografia (SL) – dot. 3DSystems i Form 1, czyli utwardzanie światłem lasera żywic akrylowych oraz technologia DLP (Digital Light Processing) (3D Systems, EnvisionTec). 3. Szybkie prototypowanie metodą 3DP (ang. 3D Printing), czyli przestrzenny druk w złożu proszkowy, łączony natryskiwanym lepiszczem. 4. Metoda FDM (Fused Deposition Modeling), czyli modelowanie ciekłym tworzywem sztucznym (termoplastycznym) – przegląd materiałów modelowych i podporowych, ich wytrzymałości mechanicznej, chemicznej i termicznej. Maszyny profesjonalne Stratasys Fortus i Dimension. 5. Metoda FDM – technologia FFF - maszyny wywodzące się z projektu RepRap (Priusa, Ultimaker, Makerbot, Zortrax i inne) – przegląd rozwiązań kinematycznych (np. delta) i konstrukcyjnych; FDM z laminowanymi włóknami – MarkForge, 6. Otwarte oprogramowanie do maszyn wywodzących się z projektu RepRa: KISSlicer, Slic3r, CURA, Simplify3D, RepetierHost; opis wybranych parametrów KISSlicer. 7. Metoda MJM (Multi Jet Modeling) – dot. 3D Systems i PJM (PolyJet Modeling) – dot. Objet/Stratasys, czyli modelowanie wielostrumieniowe woskami lub żywicami akrylowymi utwardzanymi światłem UV – przegląd materiałów modelowych i podporowych, ich wytrzymałości mechanicznej i termicznej; tzw. materiały cyfrowe w maszynach Connex500 i Connex 3. 8. Metoda LOM (Laminated Object Manufacturing), czyli wytwarzanie obiektów metodą laminowania (Helisys, Solido, Mcor). 9. Metody SLS (Selective Laser Sintering), SLM (Selective Laser Melting), DMLS (Direct Metal Laser Sintering), czyli selektywnego spiekania i stapiania laserowego proszków polimerów i metali (MCP, SLM Solutions, EOS, 3D Systems, Renishaw). 10. Przegląd innych metod szybkiego wytwarzania części i narzędzi (m.in. formy silikonowe, metoda „EP 250”, metoda „MCP/TAFA”, metoda „Metal Part Casting”). Porównanie ich do obróbki skrawaniem na obrabiarkach CNC. Porównanie metod „Rapid …” (RM, RP, RT, RM) oraz stosowanych w nich materiałów ze względu na dokładność odwzorowania kształtu względem modelu 3D CAD oraz wytrzymałość modeli i gładkość ich powierzchni. 11. Przegląd parametrycznych systemów 3D CAD, 3D CAM oraz zintegrowanych systemów 3D CAD/CAM/CAE. Sposoby modelowania 3D (swobodne, parametryczne, hybrydowe, bezpośrednie, synchroniczne) oraz skanowanie 3D. Cel tworzenia wirtualnych modeli 3D: analizy technologiczności kształtów, wykorzystanie do programowanie obrabiarek CNC (wycinarek drutowych, tokarek, frezarek). 12. Wprowadzenie do inżynierii odwrotnej. Przegląd metod skanowania 3D białym światłem strukturalnym (Smarttech, GOM, DAVID), ręcznymi (samopozycjonującymi) skanerami laserowymi i optycznymi (HandyScan, Creaform, Artec, 3D Sense), stacjonarnymi skanerami laserowymi (DAVID laerscanmer, Roland, NextEngine, Faro, GOM); CMM. 13. Obróbka chmur punktów i siatek trójkątów w systemach 3D CAD (Mesh3D, ScanTo3D w SolidWorks). 14. Rozpinanie powierzchni NURBS na siatkach trójkątów w systemach 3D CAD (ScanTo3D w SolidWorks). 15. Zastosowanie oprogramowania do analizy dokładności odwzorowania geometrii (ScanTo3D, GOM Inspect) do tworzenia barwnych map odchyłek oraz analizy tolerancji kształtu. Laboratorium: 1. Opracowanie w systemie 3D CAD modelu siatkowego STL do druku 3D oraz przygotowanie kilku wersji modeli warstwowych dla metody FDM w systemie Catalyst EX (ocena wpływu ustawienia modelu na ilość zużycia materiału budulcowego i podporowego, wytrzymałość prototypów i jakość powierzchni). 2. Generowanie programów sterujących dla ekstrudera drukarek 3D typu RepRap w oprogramowaniu 3D CAM – analiza kodu G. 3. Przygotowanie i wykonanie kilku wybranych prototypów na maszynie Prime 3D działającej wg metody FDM/FFF - badanie dokładności, jakości powierzchni i wytrzymałości próbek. 4. Skanowanie 3D modelu redukcyjnego nadwozia przy pomocy systemu pomiarowego ScanBright firmy Smarttech oraz obróbka chmur punktów i siatek trójkątów w Mesh3D. 5. Rozpinanie automatyczne i sterowane powierzchni NURBS na siatkach trójkątów w module ScanTo3D systemu SolidWorks oraz ocena dokładności odwzorowania geometrii.

Metody oceny:

Wykład: Zaliczany jest dwoma pisemnymi testami sprawdzającymi wiedzę studentów. Laboratorium: pod koniec każdych zajęć jest ćwiczenie zaliczające na ocenę. Każdy student robi je osobiście i jak skończy zgłasza prowadzącemu celem ocenienia. Ocena jest wpisywana na listę ocen. Brak pozytywnego zaliczenia można nadrobić przychodząc na inne zajęcia i zaliczając tylko ćwiczenie zaliczające.

Egzamin:

nie

Literatura:

1. Budzik G., Siemiński P. Techniki przyrostowe. Druk 3D. Drukarki 3D. Wyd. Oficyny PW, Warszawa 2015. 2. Chlebus E.: Techniki komputerowe CAx w inżynierii produkcji. WNT, Warszawa 2000. 3. Kęska P.: SolidWorks 2014. Modelowanie powierzchniowe. Narzędzia do form. Rendering i wizualizacje. Wyd. CADvantage, Warszawa 2014. 4. 3Dcad.pl: Raport Rapid Prototyping & Reverse Engineering, Zestawienia drukarek 3D, materiałów do druku, skanerów 3D i polskich dostawców usług RP i RE, Wydawca 3DCAD.pl, Płock, 2009. (www.calameo.com/books/0000480449feab92ed 4b2). 5. Bis J., Kret M., Płatek P.: Techniki druku 3D – przykłady zastosowań, Prezentacja wygłoszona na Forum ProCAx w 2009 roku pt. (www.procax.org.pl/pliki/wyklad_2009_Bis.pdf, www.procax.org.pl/pliki/wyklad_FDM.pdf). 6. Budzik G., Płocica M.: Metodologia odnowy dziedzictwa kulturalnego z wykorzystaniem innowacyjnych technologii RE i RP. Centrum Naukowo Techniczne, Rzeszów 2007. 7. Chlebus E. (red.): Innowacyjne technologie Rapid Prototyping - Rapid Tooling w rozwoju produktu. Oficyna Wyd. Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2003. 8. Karpiński T.: Inżynieria produkcji. WNT, Warszawa 2007. 9. Kret M.: Drukarki 3D – porównanie. Mechanik nr 11/2010, (polskie opracowanie na podstawie T. A. Grimm & Associates, Inc: 3D Printer Benchmark - North American Edition. (www.tagrimm.com/benchmark-2010). 10. Noorani R.. Rapid prototyping : principles and applications. Wyd. John Wiley & Sons, USA 2006. 11. Siemiński P., Tomczuk M.: Badanie wytrzymałości na rozciąganie próbek wykonywanych wybranymi metodami szybkiego prototypowania. Mechanik nr 2/2013 (www.procax.org.pl/pliki/Artykul_2012%20Sieminski-tomczuk%20XI%20Forum_Krakow%20PLAKAT_47.pdf). 12. Surawski J., Siemiński P.: Szybkie prototypowanie w projektowaniu wzorniczym, Prezentacja na VIII Forum Inżynierskim ProCAx w Sosnowcu w 2009 r., (www.procax.org.pl/pliki/wyklad_2009_surawski_sieminski.pdf). 13. Piękoś J., Dominiak K., Siemiński P.: Zastosowanie bezpłatnych wersji programów do drukowania modeli kości. Mechanik 4/2016, s. 320-321. 14. Siemiński P., Błazucki P., Skawiński P.: Zastosowanie przyrostowej metody FDM/FFF do wytwarzania kół przekładni zębatych. Mechanik 12/2015, s. 173-179. 15. Gzowski Ł., Siemiński P., Grygoruk R., Humienny Z.: Badanie dokładności drukarek 3D poprzez ocenę odchyłek okrągłości i walcowości nowego wyrobu wzorcowego. Mechanik, s. 1902-1903, 12/2016. 16. Piękoś J., Siemiński P., Grygoruk R.: Propozycja metody zwiększania dokładności wymiarowej obiektów wykonywanych technikami przyrostowymi. Mechanik, s. 1910-1911, 12/2016. 17. Derejczyk K., Siemiński P.: Analiza dokładności metod optycznego skanowania 3D. Mechanik 89, s. 312-313, 4/2016.

Witryna www przedmiotu:

-

Uwagi:

-

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Efekt 1150-MB000-IZP-0207_W1

Student posiada szeroką wiedzę na temat technik przyrostowych SL/DLP, LOM, MJM/PJM i SLS/SLM/DMLS – zna zasady działania maszyn prototypujących i ich zastosowania.
Weryfikacja: Ocena wykonanego przez studenta zadania w ramach zajęć, test
Powiązane efekty kierunkowe: KMiBM_W17, KMiBM_W18, KMiBM_W19, KMiBM_W20
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W02, T1A_W03, T1A_W06, InzA_W02, InzA_W05, T1A_W02, T1A_W03, T1A_W07, T1A_W02, T1A_W03, T1A_W02, T1A_W03, T1A_W08

Efekt 1150-MB000-IZP-0207_W2

Student posiada wiedzę na temat wpływu orientacji modelu w komorze roboczej maszyny prototypującej w technologii FDM/FFF (ilość struktury podporowej, gładkość ścian, wytrzymałość mechaniczna, czas druku i obróbki modelarskiej, koszty wytwarzania).
Weryfikacja: Ocena wykonanego przez studenta zadania w ramach zajęć, test
Powiązane efekty kierunkowe: KMiBM_W17, KMiBM_W18, KMiBM_W19, KMiBM_W20
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W02, T1A_W03, T1A_W06, InzA_W02, InzA_W05, T1A_W02, T1A_W03, T1A_W07, T1A_W02, T1A_W03, T1A_W02, T1A_W03, T1A_W08

Efekt 1150-MB000-IZP-0207_W3

Student posiada wiedzę na temat materiałów modelowych (wytrzymałości mechanicznej i termicznej, zastosowaniach, ograniczeniach) stosowanych w technikach przyrostowych SL/DLP, FDM/FFF LOM, MJM/PJM i SLS/SLM/DMLS.
Weryfikacja: Ocena wykonanego przez studenta zadania w ramach zajęć, test
Powiązane efekty kierunkowe: KMiBM_W17, KMiBM_W18, KMiBM_W19, KMiBM_W20
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W02, T1A_W03, T1A_W06, InzA_W02, InzA_W05, T1A_W02, T1A_W03, T1A_W07, T1A_W02, T1A_W03, T1A_W02, T1A_W03, T1A_W08

Efekt 1150-MB000-IZP-0207_W4

Student posiada wiedzę na temat budowy i zasady działania skanerów 3D oraz modelowania siatek trójkątów z chmur punktów, a z potem uzyskiwania z nich powierzchni NURBS w wybranych systemach 3D CAD.
Weryfikacja: Ocena wykonanego przez studenta zadania w ramach zajęć.
Powiązane efekty kierunkowe: KMiBM_W17, KMiBM_W18, KMiBM_W19, KMiBM_W20
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W02, T1A_W03, T1A_W06, InzA_W02, InzA_W05, T1A_W02, T1A_W03, T1A_W07, T1A_W02, T1A_W03, T1A_W02, T1A_W03, T1A_W08

Efekt 1150-MB000-IZP-0207_W5

Student posiada wiedzę na temat oprogramowania 3D CAD do analizy dokładności odwzorowania geometrii, do tworzenia map odchyłek i analizy tolerancji kształtu.
Weryfikacja: Ocena wykonanego przez studenta zadania w ramach zajęć
Powiązane efekty kierunkowe: KMiBM_W17, KMiBM_W18, KMiBM_W19, KMiBM_W20
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W02, T1A_W03, T1A_W06, InzA_W02, InzA_W05, T1A_W02, T1A_W03, T1A_W07, T1A_W02, T1A_W03, T1A_W02, T1A_W03, T1A_W08

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Efekt 1150-MB000-IZP-0207_U1

Student potrafi opracowywać (w danym systemie 3D CAD) siatkę trójkątów STL o zadanych parametrach z modelu bryłowego (i modeli bryłowych) oraz zaprogramować drukarkę 3D w technologii FDM/FFF
Weryfikacja: Ocena wykonanego przez studenta zadania w ramach zajęć.
Powiązane efekty kierunkowe: KMiBM_U15, KMiBM_U16, KMiBM_U17, KMiBM_U18
Powiązane efekty obszarowe: T1A_U11, T1A_U12, InzA_U06, InzA_U08, T1A_U08, T1A_U09, T1A_U10, T1A_U08, T1A_U09, T1A_U15, T1A_U10, T1A_U13, T1A_U16

Efekt 1150-MB000-IZP-0207_U2

Student potrafi zamodelować (w danym systemie 3D CAD) powierzchnie NURBS na podstawie siatki trójkątów oraz przeprowadzić analizę dokładności odwzorowania geometrii .
Weryfikacja: Ocena wykonanego przez studenta zadania w ramach zajęć
Powiązane efekty kierunkowe: KMiBM_U15, KMiBM_U16, KMiBM_U17, KMiBM_U18
Powiązane efekty obszarowe: T1A_U11, T1A_U12, InzA_U06, InzA_U08, T1A_U08, T1A_U09, T1A_U10, T1A_U08, T1A_U09, T1A_U15, T1A_U10, T1A_U13, T1A_U16

Efekt 1150-MB000-IZP-0207_U3

Student potrafi przeprowadzić analizy technologiczności kształtu brył za pomocą narzędzi w danym systemie 3D CAD i 3D CAM oraz umie opracować program obróbki zgrubnej (objętościowej) dla frezowania na obrabiarkach CNC frezami palcowymi.
Weryfikacja: Ocena wykonanego przez studenta zadania w ramach zajęć
Powiązane efekty kierunkowe: KMiBM_U15, KMiBM_U16, KMiBM_U17, KMiBM_U18
Powiązane efekty obszarowe: T1A_U11, T1A_U12, InzA_U06, InzA_U08, T1A_U08, T1A_U09, T1A_U10, T1A_U08, T1A_U09, T1A_U15, T1A_U10, T1A_U13, T1A_U16

Efekt 1150-MB000-IZP-0207_U4

Student potrafi zamodelować (w danym systemie 3D CAD) siatkę trójkątów z chmury punktów oraz przeprowadzić analizę dokładności odwzorowania geometrii.
Weryfikacja: Ocena wykonanego przez studenta zadania w ramach zajęć
Powiązane efekty kierunkowe: KMiBM_U15, KMiBM_U16, KMiBM_U17, KMiBM_U18
Powiązane efekty obszarowe: T1A_U11, T1A_U12, InzA_U06, InzA_U08, T1A_U08, T1A_U09, T1A_U10, T1A_U08, T1A_U09, T1A_U15, T1A_U10, T1A_U13, T1A_U16

Efekt 1150-MB000-IZP-0207_U5

Student potrafi wykonać pomiar za pomocą optycznego skanera 3D z kilku kierunków i umie połączyć osobne skany w jedną chmurę punktów.
Weryfikacja: Ocena wykonanego przez studenta zadania w ramach zajęć
Powiązane efekty kierunkowe: KMiBM_U15, KMiBM_U16, KMiBM_U17, KMiBM_U18
Powiązane efekty obszarowe: T1A_U11, T1A_U12, InzA_U06, InzA_U08, T1A_U08, T1A_U09, T1A_U10, T1A_U08, T1A_U09, T1A_U15, T1A_U10, T1A_U13, T1A_U16

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Efekt 1150-MB000-IZP-0207_K1

Umie opracować wskazane zadanie i przedstawić jego wynik prowadzącemu celem wystawienia oceny końcowej danego ćwiczenia.
Weryfikacja: Ocena wykonanego przez studenta zadania w ramach zajęć
Powiązane efekty kierunkowe: KMiBM_K04
Powiązane efekty obszarowe: T1A_K03, T1A_K04, InzA_K02