3D digitální technologie a CAD (FSI-RS1)

Akademický rok 2022/2023
Garant: doc. Ing. Daniel Koutný, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚK všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Cílem předmětu je teoretické i praktické seznámí studentů s principy počítačové podpory konstruování a virtuálního navrhování. Výuka zahrnuje technologie 3D digitalizace, reversního inženýrství, rapid prototypingu a direct digital manufacturingu.
Výstupy studia a kompetence:
Studenti získají komplexní přehled o možnostech využití 3D digitálních technologí v procesu vývoje a konstrukce.
Prerekvizity:
Základní vědomosti z oblasti konstrukce strojních součástí a uzlů.
Znalost ovládání počítače.
Znalost metody konečných prvků.
Obsah předmětu (anotace):
Předmět seznamuje studenty s moderními digitálními technologiemi a postupy používanými v procesu vývoje a konstrukce výrobku. Výuka je kromě zaměření na strojírenské CAD systémy unikátně rozšířena také o oblasti rapid prototyping, 3D digitalizace, virtuální realita a reverse engineering. Studenti tak získají komplexní přehled o technologickém portfoliu v návrhové, předvýrobní a výrobní fázi životního cyklu součásti. Výuka je postavena na špičkovém technologickém zázemí fakulty a na praktických úlohách z praxe.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení jsou zaměřena na praktické zvládnutí 3D optických digitalizačních metod a pokročilé modelování v CAD softwarech.
Způsob a kritéria hodnocení:
Zápočet bude udělen v případě, kdy student bude pravidelně docházet do výuky, vypracuje příklad v CAD softwaru a odevzdá semestrální projekt. Výsledná známka ze zkoušky je kombinací hodnocení testu pokrývajícího látku probíranou na přednáškách a semestrálního projektu.
Student odevzdá na konci semestru vypracovaný semestrální projekt: 3D digitální model, report z analýzy deformací.
Vše pouze digitálně.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Výuka ve cvičeních je povinná, kontrolu účasti provádí vyučující. Forma nahrazení výuky zameškané z vážných důvodů a ve zcela výjimečných případech je řešena individuálně s vyučujícím. Tolerují se maximálně 2 omluvené absence bez náhrady.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 1 hod. nepovinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  13 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 1. Úvod do CAD, historie, rozdělení, pojmy, PLM
2. Reprezentace těles, křivky, plochy
3. Částicové systémy, fraktály, grafické formáty
4. Datové formáty - STEP, X_B, SAT, VRML, STL, X3D, OBJ a další
5. 3D digitalizace (přehled technologií, optické skenery, kontaktní skenery, full body skenery, faciální skenery)
6. Zpracování point cloudu - polygonální data (systém ATOS, reverzní inženýrství, Tebis, Rapidform), voxelová data
7. Kontrola kvality
8. Nekonvenční technologie - 3D tisk plastů
9. Nekonvenční technologie - 3D tisk kovů
10. Topologická optimalizace
11. Zobrazování prostorových dat, kustomizace CAD modelu
12. Algoritmické modelování a generativní design
13. Integrace digitálních modelů s reálným světem, virtuální realita
    Cvičení s počítačovou podporou 1. Zadání úlohy k zápočtu, rozdělení do skupin, úvod do problému (společně)
2. Autodesk Inventor – modelování dílů
3. Autodesk Inventor – modelování dílů
4. Autodesk Inventor – modelování sestav
5. Autodesk Inventor – modelování sestav
6. Fotogrammetrické měření (po skupinách v laboratoři) – deformace
7. Fotogrammetrické měření (po skupinách v laboratoři) – deformace
8. 3D digitalizace – geometrie (po skupinách v laboratoři)
9. 3D digitalizace – geometrie (po skupinách v laboratoři)
10. Softwarové zpracování ATOS (společně)
11. Softwarové zpracování Tritop (společně)
12. Samostatné řešení zadaného projektu pod dohledem lektora (společně na učebně)
13. Zápočet a předtermín
Literatura - základní:
1. Noorani, Rafiq. Rapid Prototyping: Principles and Applications. Hoboken, New Jersey : John Wiley & Sons, 2006. ISBN-13: 978-0471730019.
1. SALOMON, D. Computer Graphics and Geometric Modeling. Springer, 1999. 833 s. ISBN 0-387-98682-0
2. MURRAY, J.D; VANRYPER W. Ecyklopedie grafických formátů – druhé vydání. 2. vyd. Brno: Computer Press, 1997. 917 s. ISBN 80-7226-033-2.
2. Venuvinod, K., P. and Ma, W. RAPID PROTOTYPING: Laser-based and Other Technologies. Norwell : Kluwer Academic Publishers, 2004. p. 389. 1-4020-75 77-4.
3. McMahon, Ch., Browne, J. CAD/CAM – principles, practice and manufacturing management. 2.vyd. Harlow: Pearson Edication Limited. 1998. 643s. ISBN 0-2001-17819-2
3. Kraus, Karl. Photogrammetry, Geometry from Images. Berlin : Walter de Gruyter GmbH & Co. KG, 10785 Berlin, Germany., 2007. 978-3-11-019007-6.
4. Wohlers Report 2012. [PDF] Fort Collins : s.n., 2012. Annual Worldwide Progress Report. ISBN: 0-9754429-8-8.
5. GIBSON, I., D. W. ROSEN a B. STUCKER. Additive Manufacturing Technologies: Rapid Prototyping to Direct Digital Manufacturing. Boston, MA: Springer US, 2010. ISBN 9781441911193.
6. GEBHARDT, Andreas, Julia KESSLER a Laura THURN. 3D printing: understanding additive manufacturing. 2nd edition. Munich: Cincinnati: Hanser Publishers ; Hanser Publications, 2019, xvi, 204 stran : ilustrace ; 24 cm. ISBN 978-1-56990-702-3.
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
CŽV prezenční studium CZV Základy strojního inženýrství -- zá,zk 5 Povinně volitelný 1 1 L
N-IMB-P prezenční studium IME Inženýrská mechanika -- zá,zk 5 Povinně volitelný 2 1 L
N-IMB-P prezenční studium BIO Biomechanika -- zá,zk 5 Povinně volitelný 2 1 L
N-MET-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 5 Povinně volitelný 2 1 L