الحمد لله الذي بحمده تتم الصالحات
يسرني ان اضع بين ايدي المهندسين العرب كتابي الرابع بعنوان
(مدخل لبرنامج nTopology والتكامل مع SOLIDWORKS)
يعتبر برنامج (nTopology) من برامج الجيل الثاني من برامج (CAD) حيث ان برامج الجيل الأول مثل (NX وCatia وCreo وSolidWorks وغيرها) تعتمد النمذجة الصلبة ذات التمثيل الحدودي وتعرف اختصارا بــ (B-rep) boundary-representation حيث انها كانت أول تقنية تمثل الهندسة الاسمية بدقة ميكرون واحد. فتمثيل الحدود (B- rep) هي مجموعة من الوجوه التي تشكل الحدود (القشرة الخارجية) للكائن. يتم لصق الوجوه معا بواسطة معلومات “الطوبولوجيا” التي تصف الاتصال، مثل الحواف التي تقع على كل وجه، والوجوه التي تلتقي عند كل رأس، وما إلى ذلك، كما هو موضح في الشكل التالي:
يعمل هذا النموذج بشكل جيد مع نماذج CAD ذات التعقيد المنخفض إلى المتوسط إلا أن التصميمات التفصيلية للغاية والأشكال العضوية وبيانات المسح والهياكل الشبكية والمسامية والمواد المتنوعة مكانيا والأجزاء المصنعة بشكل إضافي لا يتم تمثيلها بشكل جيد بواسطة B-reps. بل تفشل هذه البرامج في معالجة هذه النماذج نتيجة للحجم الهائل من البيانات التي تحتاجها.
وفي الوقت الذي يتيح فيه التصنيع الإضافي إنتاج أشكال هندسية معقدة للغاية مثل تكرار الهياكل الشبكة والأشكال العضوية. يمكن أن تؤدي حرية التصميم هذه إلى تحسين الأداء من حيث الوزن والإجهاد وتدفق السوائل ونقل الحرارة الخ. ومع ذلك، فإن نمذجة ملفات الهندسة المعقدة وتحريرها ومعالجتها يمثل تحديا لبرنامج CAD الحالية.
البساطة الرياضية للنمذجة الضمنية
حيث ان برنامج (nTopology) من أوائل البرامج التي تستخدم النمذجة الضمنية (Implicit simulation) وهي طريقة أكثر فأعليه للنمذجة الهندسية. هذه البرامج لا تحسب صراحة أي حواف أو رؤوس. بدلا من ذلك، يتم استخدام دالة رياضية واحدة من) x وy و(z لوصف أي شكل مهما كان تعقيده. فيمكن وصف كل شكل من الاشكال التالية بمعادلة واحدة
مقارنة احجام النماذج بين الطريقتين
النماذج في nTopology أصغر من نفس التصميمات في أنظمة CAD التقليدية بعامل 60 مرة تقريبا. تصف البيانات أدناه الأحجام الموجودة على القرص لبعض النماذج الشبكية المكونة من عوارض أسطوانية:
بالنسبة للأشكال الدورية الثلاثية مثل TPMs، فإن نماذج nTopology صغيرة بشكل مثير للدهشة. يوضح الجدول التالي أحجام (في الذاكرة وعلى القرص) من المشابك TPM مع أعداد مختلفة من الخلايا.
الحجم على القرص هو 6 كيلوبايت فقط في كل حالة، لأن nTopology يخزن فقط معادلة TPM
𝐹 (𝑥, 𝑦, 𝑧) = cos 𝑥 sin 𝑦 + cos 𝑦 sin 𝑧 + cos 𝑧 sin 𝑥
الحالة الأكثر واقعية هي هذا المبادل الحراري الذي يحتوي على بنية شبكية TPMs مع 10000 خلية.
(*) في الواقع، معظم 1.3 ميغابايت هو سطح مستورد. بيانات TPMs نفسها ليست سوى حوالي 10 كيلوبايت.
طبعا هذا لا يعني اطلاقا هجرة البرامج من الجيل الأول فانا مازلت ادُرس وانصح بتدريس برامج مثل Solidworks & Creo)) لكن علينا تعلم برامج الجيل الثاني وعلى رأسها (nTopology) لتغطية العجز في مجال الطوبولوجيا (Topology) والهياكل الشعرية (Lattice) والعمل في مجال التصنيع المتقدم والطباعة ثلاثية الابعاد يتيح لنا التطوير في التصميم والإنتاج في مجالات مختلفة مثل الطب والدفاع والصواريخ والطائرات وحتى الأثاث والموضة ولأننا نعتقد بان الطباعة ثلاثية الابعاد سوف تدخل كل بيت في القريب العاجل لذا علينا الاستعداد واعداد الجيل القادم لهذه التقنية .
والله ولي التوفيق
رابط التحميل