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參數式設計工具

軟體簡介

是 的外掛模組之一,由 公司於 年開始開發的一個

參數衍生軟體,以圖形編寫程式語言 為它主要的操作方式,它將原先 的建模 功能分解成可重組的元件,讓設計師可以透過參數以及圖型運算器的連結來建立模型,

同時加入一些程式語言才會使用的運算、判斷元件,讓 模型在建構時,除了是單純數 字的使用,亦可透過增加一些判斷式、外在數據等等變數,使原先線性的建模過程轉變 為非線性式。 目前尚處於開發的階段,但已被廣泛運用到各個領域之中,最

新版本是安裝在 上的 。

的設計觀念

以下簡稱 是利用圖形編寫程式語言 為操作方式的軟體,簡單 的說 是利用 建立基本的 、 幾何圖形,透過 編輯幾何圖形後面生成的邏

輯,最後用 當作它呈現演算結果的平台。本節引用 編寫教程裡的圖片

來說明 與一般建模的差異。

圖 建模方式的比較

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以往在建立一個球面,簡單的可以分成幾個步驟, 畫出剖面建構線、 使用旋轉 成形 指令、 輸入旋轉角度、 得到 模型,整個建構流程見圖 ,但當我們 需要一個半圓的話就得再重新操作一次上述流程。在 裡,我們只需先找出球面建立 中最主要的一個步驟:旋轉成形,了解旋轉成形所需參數,中心線、剖面線以及旋轉角 度,透過運算器的彼此連結,最後建構出一個完整球面。下面以球體漸變為例,面上等 分出所需的位置,再透過等差數列作為半徑參數,即可完成如右圖的模型,如需更改只 要利用調整參數 起始半徑、遞增數值 的方式即可快速產生新的參數模型。

圖 元件 左 、在平面上建立漸變的球體 右

以此類推,當我們建構一個複雜模型時,在建立好運算邏輯後,不需要重覆執行繁 瑣的步驟,透過調整參數的方式即可找出我們所想要尺寸,當參數越多整體的靈活度就 會越大, 所建立的不是實體模型,而是生成所需的邏輯。

基本介紹

介面

以及 的介面如圖 。 屬於 的外掛程式而非單純的擴充套件,不同 於一般 建模軟體, 並沒有自己顯示模型的視窗,而是透過 顯現運算的最後結 果,兩者除了參數的建立上有所互通,在視窗以及功能上皆是獨立分開

圖 左 及 右 介面

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17 數據配對

圖 兩組要連線的點 左 、資料的顯示方式 右

由於 透過資料以及數據作為運算的基礎,也因此數據配對在 裡是非常重要 的一個環節,原因在於數據資料不會隨時都呈現對稱性的存在,在有多寡的不同的狀況 下,數據資料就會出現無法配對的狀況。如圖 ,當有兩組數量不同的點彼此要做連 線配對時,便會出現無法配對的狀況,此時設計者就必須決定彼此間的相對關係,才能 繼續進行下一步。 資料配對元件共有三種類型:

圖 常用的資料配對元件

短配對

短配對是將數據資料進行一對一配對,直到較少的數據資料配對完即停止。有三種

配對模式: 去頭 去尾 內插法 。其中 是預

設模式。

圖 短配對 種模式說明

18 長配對

長配對是所有元件預設的配對方式,以數據多的數據資料為主,直到資料配對完。

有五種配對模式: 重複第一項 重複末項 內插法

全部重複 翻轉 。其中 是預設模式。

圖 長配對 種模式說明

交叉配對

交叉配對的方式是將所有可能連結進行配對。有七種不同的配對模式: 完

整 對角或斜對稱 疊合 下三角

嚴格下三角 上三角 嚴格上三角 。其中

要在三維以上的配對才有效果,單以圖片很難看出其邏輯,其定義為:所有 配對中的索引值,只要有任意兩個相同時,就不列入配對。由於交叉配對比較複雜,下 面將用另一種方式呈現。

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圖 交叉配對 種模式說明

資料結構

上一章節,數據配對所介紹的是獨立兩組資料分別有不同數量時彼此的配對方式,

而資料結構則是提供一套關聯性邏輯來管理所有資料,在 裡稱為樹狀資料 , 如同座標系統是以 分別表示每一個點的位置,樹狀資料則是用來識別 中每一個 不同的數據。

圖 資料結構範例 左 、常用的資料分析元件 右

以圖 為例,將一個曲面等分成 ,找出每一條線段的等分點。利用參數檢視元

件 以及 ,這兩個檢視元件是 最常使用的工具之一,讓設計者可以知

道各數據走向,能更有效的管理幾何模型。上圖清楚的看出它在樹狀結構具有 個分支 以及有 組不同的數據,除了中間座標的數值,其它數字代表的是各階層關係,並不存 在實際可以運算的數據。從 上第一組的編號我們可以看到右上角有 ,括號內 的數字代表著階層,三個數字表示它經過了三個階層,當幾何模型經過越多運算時,數 字的階層也會更加複雜,而左邊 、 、 分別表示在 組裡各點的編號順序。下面藉

由 編寫教程裡的圖片來說明各階層的關係。

( )

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圖 資料結構說明圖

如圖 ,我們由左至右看時可以看到, 所代表的是曲面, 、 、 、 分別代表第二階層的線段的編號,每線段下再區分為 、 、 ,一層層如同樹 枝般的結構。透過此種結構的配置,能讓資料在配對的時候了解應該選取哪一部分的資 料以及它所屬的分支為何,協助設計者在設計過程中處理運算背後龐大的資訊。

數位製造技術介紹與評估

由於現今軟硬體技術已成熟到一個可以互相配合的階段,參數式設計讓設計師在設 計上有了更多的發展與突破,而在技術、方式上也因透過電腦控制機具,大大提升製造 上的精準度,許多原本受限於傳統製造工法的造型已經獲得解放,但也由於許多的計算、

規畫都改變為建立於數位資料中,如何將這些數位資料與製造工法聯結將會變成未來一 個很大的課題。下面將分別介紹數位製造的技法與技術。

數位製造技法

在參數化軟體的輔助之下,許多原本標準化設計方式已經被改變,取而代之的是較

為自由的建構方式,下面將數位製法技術歸納成五類: 、 、 、

、 。本表格參考曲面空間桁架系統參數化設計與數位構築 王嬿晴

論文中討論之 一書中數位製造技法的分類。

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圖 的機器人手臂 左 、 燈具 右

光固化成形法( , )也稱做光造型、立體印刷,是

最早實用化的快速成型技術,此技術是以光敏樹脂為成形材料。 的成形過程先將 模型轉換成一張張截面輪廓,設定好掃描路徑,再利用電腦控制 掃描器進行各 分層的軌跡掃描和工作台的升降;當 照射到光敏樹脂表面,而使這一層特定區 域部分產生光聚合反應固化後,然後工作台在垂直方向移動一個層片的高度,透過這樣 的方式層層固化為一個實體,再取出做最後的固化處理。 是最早出現的 列印技術,

成熟度較高、成形速度較快,且精度較高,缺點是需要支撐、樹脂固化中往往會有變形 的問題。

圖 技術說明

層疊實體製造法( , )的成形過程是將單面塗有熱

熔膠的箔材(由紙、陶瓷箔、金屬箔等材料所組成)利用雷射切割的方式割出分層的截 面輪廓。首先在工作臺上鋪上一片箔材,使用雷射將箔材切割成所製模型的截面輪廓,

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鋪上下一層鋁材後利用熱輥加熱使其相黏結,接著切割此層的輪廓,透過這樣反覆的過 成堆疊到加工完畢為止,最後把切碎的部分除去留下所需的模型。 的特點在效率高 製作成本低,缺點是不能做塑料的模型且不能製造有中空的結構體。

圖 技術說明

雷射燒結成形( , )也可稱作粉末材料選擇性雷射燒結

粉末燒結,燒結是指把粉狀物料轉變為緻密體的製程技術,它與 有著許多的共通點,

常採用的材料有金屬、陶瓷、 塑料等材料的粉末作為成形材料。 的成形過程是先 在工作臺上鋪上所要使用的材料粉末,利用電腦控制採用雷射光在指定的截面輪廓進行 掃描,將工作台上既薄又均勻分布的材料粉末燒結,燒結部分便固化成實心的部份,一 層掃描後再移動工作平台進行下一層的燒結,結束後去除多餘的粉末,便完成成型的過 程。此技術的特點是材料應用較廣,可以生成形狀複雜造型;缺點是表面粗糙需要後加 工。

圖 技術說明

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熔融沉積法( , )是目前 印表機裡最常見到的列

印技術,由 在 年提出了概念, 年由美國 公司開發推出了第

一台商業機型 。此技術以熱塑成形的材料絲為主,而其中又以 為大宗,

因為 在此技術上不論強度或者是耐熱程度皆能達到傳統 射出的 品質。

的成形過程是透過高溫加熱器融化材料絲,由電腦控制噴頭循著物件的截面路徑運動,

擠出的塑料當溫度低於融點時便開始固化,逐層從底到頂堆積成實體模型。此技術的特 點是方便操作、成本低,缺點是表面會有紋理處裡不易,是目前 列印技術中精度最差 的。

圖 技術說明

三維粉末黏結( , )也稱三維列印,由美

國麻省理工學院所研發,使用的材料跟 一樣為粉末(例如:陶瓷、金屬、塑料粉末),

不同於 利用雷射燒結, 則是利用噴嘴噴出專屬的黏著劑。 的技術原理是,先 在工作平台上鋪上一層粉末,接著裡用電腦控制路徑,讓噴嘴在所需成形的地方噴出黏 著劑,透過黏著劑與材料粉末的相黏形成截面,接著重覆鋪粉與噴膠的動作,最後列印 出所需的模型。此技術的特點在於能以全彩的方式呈現,以及無需支撐結構。

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圖 技術說明

圖 技術說明

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