Eksamensprosjekt Indistruell IKT TITTEL

Transkript

1 Eksamensprosjekt Indistruell IKT TITTEL Min arbeidsgodstol OPPDRAGSGIVER NTNU/IPM OPPDRAGSGIVERS REF. Terje Rølvåg DATO KLASSIFISERING UTFØRT AV Åpen Tor Holm Slettebak OPPSUMMERING Her er en rapport som beskriver hvordan jeg har 3D-modulert en stol. Den inneholder også en beskrivelse av hvordan jeg ønsket at den skulle se ut, før jeg begynte selve moduleringen. Den sier også hvordan delene vil tåle påkjenningene av at noen faktisk sitter i stolen.

2 PUMA8 Page 2 Innhold 1 Visjon Modellering og analyser Modulering Introduksjon Modulering Prosessen Arbeidstegninger Resultater og Analyser Konklusjon

3 PUMA8 Page 3 1 Visjon På vår innleveringseksamen fikk vi to mulige oppgaver å velge mellom enten en stol eller ei vogge/krybbe. Jeg tenkte med en gang at det for min del måtte bli en stol. Når jeg tenkte på hva for slags stol jeg skulle modulere havnet jeg tidlig på min visjon av stolen. Jeg så for meg en form for en kontorstol som også skulle være tilstrekkelig som en lenestol, en arbeids-godstol. Jeg tenkte meg store gode armlener, en god nakkestøtte/pute, en god sittepute tilpasset kroppen, og en rygg som skulle være formet slik at sitteopplevelsen blir så god som mulig for ryggen. Jeg funderte også på en form for fotskammel som kunne løftes ut fra stolen, en innebygget krakk. Dette fant jeg etter hvert ut av at jeg ikke ønsket å gjøre. Jeg tenkte også at stolen min skulle kunne trilles rundt på hjul. Jeg så for meg gummihjul istedenfor de vanlige kontorstolhjulene man som regel finner. Jeg tenker meg at de ville fungert bedre, eventuelt bedre til å unngå riper i gulvet stolen står på, samt at de ikke tar opp like mye støv som mer standar hjul gjør. En av hovedfunksjonene til denne stolen skulle være muligheten til å flatpakke den, samt at man skulle unngå den store metallkonstruksjonen man ofte finner på undersiden av stoler. Vippefunksjonen som denne metallsaken utfører skal erstattes med bøyelige vanger. 2 Modellering og analyser 2.1 Introduksjon Hvilke verktøy og metoder brukte du til å lage 3D modeller og eventuelle skisser/fysiske modeller. Jeg startet moduleringen av stolen min med å finne ut et basisutseende på den. Jeg visste ikke nøyaktig hvordan jeg ville ha den, så jeg startet med å tegne noen skisser av hvordan jeg ville ha det. Jeg fant noen former på de ulike delene som jeg syntes kunne være forunftige. Her la jeg spesielt fokus på rygg og sete. Deretter prøvde jeg å sette noen mål på skissene, dette gjorde jeg ved måling av min egen kropp og ved å se på andre stoler. Setelengden målte jeg for eksempel ved å finne avstanden fra ryggen til leggen i sittende stilling. Jeg brukte lignende metoder for å lage et ca-mål på de fleste av delene til stolen. Min skisserte stol minnet til en viss grad på kontorstolen min hjemme på hybelen så jeg lot meg også inspirere litt av former og mål fra den. Videre når jeg begynte med selve 3D moduleringen brukte jeg masser av funksjoner for å få stolen til å ta form. Jeg nevner de viktigste her for så å gi en mer uttdypende forklaringer av dem når jeg beskriver prosessen ( kapittel 2.2 ). Noen funksjoner går mer igjen enn andre i min 3-D modell disse var: Extrude, som er en funksjon for å gi en skisse i 2d et Volum, man drar skissen ut i Z-aksen og dermed er skissen blitt en solid (figur). Hole-funksjonen som lar deg lage et hull i figuren. X-form-funksjonen som lar deg endre fasongen til en solid ved å dra i forskjellige punkter på et plan av figuren. I-Form som ligner veldig på X-form, for min del forstod jeg forskjellen hovedsakelig som at I-form dro mer i hele geometrien til figuren. Jeg syntest den funket meget bra til for eksempel å lage buede fordypninger/uthevninger av geometrien(godt egnet til stolrygg og sete). Denne funksjonen gjorde seg også bra i union med X-form. Edgeblend som jeg brukte for å bue kantene på figuren.

4 PUMA8 Page 4 En del av tiden brukte jeg også Revolve en funksjon som gir deg muligheten til å rotere en skisse i X-Y planet rundt en akse, som gir en solid. Jeg brukte også veldig mye av funksjonene som flytter på overflatene til en solid, fordi det ofte viste seg at de allerede modulerte delene ikke passet helt som ønsket sammen sammen med andre deler, eller som av en eller annen grunn ble feildimensionert. Disse var blant annet Move Face, Pull Face og Resize Blend. NX har også noen innebygde målefunksjoner som jeg brukte en god del. Jeg brukte dem for å tilpasse delene til hverandre. Disse målefunksjonene gir deg muligheten til å beregne avstander på for eksempel kurver, radius av sirkler, og vinkler. 2.2 Prosessen Forklar hvordan du modellerte dine 3D modeller Armlene: Den delen av stolen som jeg så klarest for meg når jeg skulle begynne moduleringen i NX var armlenene, derfor begynte jeg med dem. Til å begynne med startet jeg med å tegne en 2D skisse i NX som utgjorde grunnformen av armlenene. Deretter brukte jeg Extrude for å gi figuren en dybde. Jeg brukte så Chamfer-Blend funksjonen for å gi den fremste delen skulle gå gradvis nedover til en slags spiss med flat kant som spiss, for så å gjøre den flate kanten helt foran rund ved å bruke edgeblend. Deretter brukte jeg X-form for å gi en slags bue til overflaten som vil gjøre at armen ligger godt. Når jeg hadde oppnådd den ønskelige formen, brukte jeg edgeblend på de gjenværende kantene. Helt til slutt brukte jeg I-form funksjonen for å finpusse bueformen på overflaten av armlenet. Til høyre ser du ett bilde av endelig utseendet. Setet: Den neste delen jeg begynte på var setet. Jeg begynte med å tegne opp sketchen av settet, som var formet som en vanlig firkant med unntak av fronten der jeg tegnet strekene som en arc, slik at jeg oppnådde en buet form tilpasset beina. For å gi sketchen dybde brukte jeg extrude. Deretter tilpasset jeg seteformen ved å bruke X og I-Form for å gi det en dybde ned i overflaten, tilpasset baken til ett meneske. Når jeg følte formen på setet var bra, rundet jeg av kantene til en passelig fasong ved å angi radius på blenden (radius pga blenden er en del av en sirkel). Deretter fant jeg ut at setet måtte ha ett eller flere festepunkter slik at det kan festes til andre kommende deler. Jeg bestemte meg for at disse skulle være i form av tre hull som går tvers igjennom figuren (vist på bildet). Dette gjorde jeg med Hole-funksjonen. For å spesifisere hvor hullene skulle være sketchet jeg 3 punkter på siden av figuren, et punkt i midtpunktet av flaten på siden av setet. Jeg anga midpunktets posisjon ved å bruke between to points (der de to punktene er midtpunktene på hver kant, som befinner seg før blenden til fronten og bakdelen), som funksjon når jeg anga punktet. Jeg brukte samme metode for punktene på hver side av midtpunktet, bare at jeg anga et visst antall prosent unna midten. Endelig fasong av setet kan sees til høyre.

5 PUMA8 Page 5 Ryggen: Deretter begynte jeg på ryggen. Denne skulle ha en bue som fulgte ryggen, og samtidig lenes litt bakover underveis når man beveger seg oppover mot toppen. Jeg gjorde dette på samme måte som tidligere, jeg tegnet opp grunnformen i Sketch-mode og brukte extrude for å gi figuren volum. Når jeg hadde gjort dette hadde figuren en helt vanlig rektangelform. For å gi den bøyen jeg hadde tenkt til korsryggområdet brukte jeg X-form til å endre fasongen til hele figuren. Når jeg hadde gitt figuren en liten bue ut fra bunnen til nedre del av ryggen brukte jeg X-form og I-form videre for å tilpasse den hele ryggen. Jeg brukte f.eks en blanding av I og X-form for å lage en liten fordypning i midtlinja av ryggen (bunnen og oppover) og ut mot kantene. Når jeg var fornøyd med formen av ryggen lagde jeg to hull på toppen nav ryggen med Hole-funksjonen. Dette gjorde jeg for å lage et festepunkt for nakkestøtta. For å lage disse hullene gikk jeg frem på nøyaktig samme måte som når jeg lagde hull på stolsetet. Seinere i moduleringen av stolen fant jeg ut at jeg fikk problemer med å feste ryggen av stolen til setet. Dette skjedde fordi begge fasongene hadde fått en bueform på kantene som skulle stå mot hverandre. For å løse dette endret jeg litt på X-form og I-formen til stolen, i tillegg lagde jeg en liten forlengning av ryggen. En flat rektangelformet figur (solid) som skulle gjøre det lettere å sette sammen assemblyen. Nakkestøtte: Jeg følte at jeg ville gjøre meg ferdig med de myke delene av stolen først. Derfor fortsatte jeg med nakkestøtta/puta. Jeg startet med å tegne opp en sketch av grunnformen (kan sees til høyre). Fra denne lagde jeg en solid med extrude. Deretter brukte jeg I-form for å lage en buet fasong ut fra fronten. På denne måten fikk jeg en god hel bue som i hvertfall ser ut som kan være en behagelig form. Jeg lagde også en bue på baksiden, som egentlig var mest for utseendes skyld, men som også reduserer størrelse og masse. Som du ser på fronten av den endelige hodestøtten har sidene på fronten formen av en halvsirkel. Dette gjorde jeg ved å bruke Edgeblend på hver kant oppe og nede. Jeg lot radiusen på buene laget av Edgeblend møte hverandre i midten. Jeg fortsatte med å blende alle kantene på figuren før jeg til slutt lagde to hulle på undersiden av figuren som skulle brukes til å feste nakkestøtten til setet. Til høyre kan du se et bilde av den endelige nakkestøtten. Vangene: Vangene viste seg å være en litt vanskelig geometri å få til i NX. Poenget med dem er at kantene skal møtes i ett tenkt felles punkt, samt at de skal være bøyelige og solide nok til at man kan lene seg bakover i stolen. Endelig utseende av vangene på min stol kan sees til høyre. Ettersom armlenene jeg modulerte blei ganske breie fant jeg ut at vangene måtte økes i dybde for at det skulle være mulig å feste dem til armlenene i det hele tatt. Når det kom til vangene fant jeg ut at jeg kunne gjøre mye av jobben med papir blyant og matte for å gjøre det lettere å få dem funksjonible i NX. Jeg fulgte sketchen min til en viss grad men brukte også muligheten i nx til å tegne opp forlengelser av strekene i sketchen, slik at jeg kunne se om de virkelig møttes i ett punkt. Jeg fant dette punktet

6 PUMA8 Page 6 med å lage hjørner i sketchfiguren. Dette gjorde at jeg kunne lage et punkt som var møtepunktet. Jeg brukte dette midt/gravitasjonspunktet for å tegne mye av stolen. Når jeg hadde oppnådd grunnformen jeg ønsket brukte jeg extrude for å gi figuren volum (gjøre den til en solid). Deretter brukte jeg funksjonen EdgeBlend på kantene som oppstod av extruden. Det viste seg i ettertid at jeg hadde feilberegnet størrelsen på disse vangene gangske grundig, derfor brukte jeg Move og Pull Face for å rette opp dette. Jeg eksperimenterte også med X-Form på noen av vangene for å gi dem en et kreativt utseende, men fant ut at det kunne ha gjort konstruksjonen ustabil, samt at det ikke helt passet med utseendet jeg nå hadde tenkt meg på stolen. Dette er de delene som definerer utseendet av stolen min mest. Men den inneholder også mange deler som kun har funksjonen at skal holde sammen visse deler. I tillegg kommer selvfølgelig foten av stolen. Foten: Foten på stolen min endte opp med å bli veldig mange deler. Mange av dem er også veldig like i konstruksjon. Jeg vil beskrive delene fra toppen av foten og nedover. Metallplate (som vippefunksjonen er festet til): Denne ble enkelt og greit lagd ved å tegne et enkelt rektangel i sketch mode, for så å bruke extrudefunksjonen for å gjøre den til en Solid. Dette er plata som stanga ned til hjulene er festet med, derfor laget jeg ett hull med Hole i midtpunktet av plata. Vangene skulle også festes til denne plata, derfor lagde jeg to hull på hver side av plata med en viss dybde. Stang fra metallplate til HjulMaster (Se seinere beskrevet del) Denne delen måtte lages som et rør, den skulle også passe inn gjennom senterhullet i metallplata på toppen måtte den ha en slags stoppfunksjon for at den skal holde seg på plass i metallplata, den måtte også ha en form for mutter eller festepunkt på undersiden av metallplata. Den måtte også være hul slik at ett annet rør kan være inni. Se bilde for endelig resultat. For å løse dette sketchet jeg opp ett rektangel og brukte revolve for å gjøre dette om til en stang. For å hule ut stanga kunne jeg ha brukt tre ulike funksjoner, enten med Shell-funksjonen eller lage en sirkel i sketch-mode og bruke Extrude-funksjonen med subtract for å fjerne den midtre delen av stanga. Jeg kunne også brukt Hole-funksjonen. Jeg brukte Shell-funksjonen og anga en tykkelse i veggene slik at det neste røret kunne passe inni. Etter dette tegnet jeg opp en ny sirkel på toppen av røret og trakk ut det som minner om et skruehode på toppen ved hjelp av Extrude-funksjonen. Røret inne i midten (som er sølvfarget på bildet) lagde jeg på samme måte som det første, minus uthuling. Mutteren som du ser litt under hodet på førstnevnte stang lagde jeg ved å sketche en sirkel, for så å gjøre den massiv med Extrude, og deretter brukte jeg Hole-funksjonen for å lage ett hull like stort som røret.

7 PUMA8 Page 7 Hjulmaster: Denne figuren viste seg etter hvert å bli vanskelig å lage. For det første hadde jeg bestemt meg for 5 bein på stolen, og dermed måtte jeg ha 5 hull i en figur, samt ha en 5 kantet form. Jeg tegnet opp figuren i 2-D og trakk den ut til en 3-D form. Figuren skulle ha et hull i midten. For å plassere dette hullet måtte jeg finne midtpunktet. Det gjorde jeg ved å finne midtpunktet på to av sidene for så å tegne en strek fra dette punktet 90 grader på kanten. Der disse to strekene møttes ville være midtpunktet. Jeg anga derfor et punkt akkurat der strekene krysset hverandre. NX har en funksjon som heter intersection, dermed hadde jeg ett midtpunkt. Her lagde jeg et hull med diameter til den tynneste stanga fra metallplata. Jeg fant ut at stanga skulle stå 4 cm ned i hjulmasteren, dermed anga jeg en dybde på 4 cm på hullet. Når jeg lagde hullene du ser på siden, gjorde jeg dette på samme måte. Men i tillegg lagde jeg et spor i hullet, fordi jeg fikk noen problemer når denne delen skulle settes sammen med beina på stolen. Dette sporet brukte jeg Extrude for å lage. Jeg brukte også Edgeblend på alle kantene, med unntak av dem som skal festes til noe. Hjulbeina: Til høyre kan du se det endelige resultatet av hjulbeindelen. Noe av det viktige med denne delen var at den måtte passe til andre deler for å få til dette brukte jeg måleverktøyene nevnt i introduksjonen. Det første jeg gjorde når jeg lagde denne delen var å skissere opp lengden og radiusen som et rektangel. Deretter brukte jeg Revolve på denne skissen, og dermed hadde jeg ei massiv stang. Nå begynte jeg å bruke X- form for å bøye stanga helt til den hadde omtrent samme formen som kan sees på bildet. Deretter lagde jeg en skisse av en firkant i X-Y planet som var større en diameter til stanga. Jeg planet også av bakdelen til figuren på denne måten. Nå brukte jeg Extrude med subtrakt som funksjon, dermed kappet jeg av en bit av stanga slik at den fikk en flat ende som ligger paralellt med X-Y planet. Når formen av foten så bra ut, lagde jeg ett hull på fotenden på samme måte som jeg flatet av den ene siden av stanga. Deretter kom turen til konstruksjonen man kan se bakerst på figuren. Jeg gjorde dette ved å tegne en sirkel på den allerede plane overflata og trakk den ut. Jeg la på tappen/sporet på samme måte. Til sist brukte jeg Edgeblend på hjuldelen av beinet. Hjula: Hjulene på stolen min består av 3 deler. En del som skal kunne festes i foten og til selve gummihjulene, samt hjulene selv. På hjulfestet (bildet øverst til venstre) lagde jeg først en firkant og brukte deretter Extrude for å gjøre den slik du ser den på bildet. Videre brukte jeg Extrude på en skisse av en sirkel for å trekke ut sylinderformene. Den lengste og tynneste blei dimensionert for å passe til Hjulbeinet mens den tykkeste sylinderen skulle passe til hjulet. Selve gummihjulet lagde jeg enkelt og greit ved å skissere to sirkler i Sketch-mode for så å bruke Extrude på dem slik at jeg fikk ett helt hjul med den ene før jeg trakk ut senteret med den andre skissen og extrude. Til høyre kan du også se en endelig sammenstilling av selve hjulet.

8 PUMA8 Page 8 Jeg lagde også en hel del bolter og stenger til denne stolen. De har blitt laget mer for å kunne feste delene sammen. For å lage dem har jeg brukt extude, revolve og edgeblend på samme måte som er blitt beskrevet underveis i denne rapporten. Sammenstilling av de ulike delene: Gjennomgående gjennom hele sammenstillinga gjorde jeg det stort sett på samme måte. Jeg festet delene til hverandre ved å opprette assemblyer. Et eksempel kan sees til høyre. Til slutt festet jeg assemblyene sammen til en Master Assembly som inneholder alle deler. Når jeg satte sammen delene i assemblyene brukte jeg constraints med type touch-align. Dette ga meg muligheten til å si at den ene overflaten skal være i kontakt med den andre flaten, og at den delen skal stå slik i forhold til den andre delen. På denne måten gjorde jeg det også med stenger og bolter, bare at jeg lot senterlinje i ett hull touche senterlinjen i ei stang. Eksempler på hvor jeg har gjort dette er f.eks mellom nakkestøtta og ryggen. Den endelige assemblyen bestod totalt av 28 deler, med et enda større antall Constraints. Bildet til høyre viser den endelige stolen. Her har de ulike delene blitt gitt et materiale, og et overflatemateriale slik at overflatene ser ut slik som de gjør.

9 PUMA8 Page Arbeidstegninger: Jeg lagde også arbeidstegninger av de ulike delene på stolen min slik at det evt skulle være mulige å produsere en slik stol. En arbeidstegning inneholder 2D bilder av deler fra ulike vinkler. Den inneholder også mål av delene.

10 PUMA8 Page Resultater Hvordan spenninger og deformasjoner fordeler seg i de ulike delene Når jeg skulle simulere hvordan delene tålte stress, valgte jeg ut de delene som kommer under klarest påkjenning og som må være sikre før stolen faktisk kan brukes. Jeg tenkte det at stolen min burde tåle at en person på omtrentlig 150 kg. Da vil den kunne tåle påkjenningene en person av mer standar tyngde vil gi den i de fleste tilfeller. Vangene: Vangene må bære minst halve peronens vekt, siden det er to av dem. Derfor simulerte jeg hva som ville skje dersom en kraft på 750 N påvirket den. Her ser du hvordan jeg har bestemt området kraften virker på, hvilken retning den har og hvor figuren er festet (blått område nederst).

11 PUMA8 Page 11 De 3 siste bildene viser hvordan vangene deformeres når den blir belastet. Det siste bildet viser hvordan materialet vil tåle belastningen. De grønne områdene er trygge områder i forhold til brudd, mens de oransje og røde indikerer at konstruksjonen svakere. Som du ser har konstruksjonen min noen svakheter, men samtidig er det vigtig å se dette mer helhetlig. Med alle deler koblet til vil konstruksjonen bli en del stivere og dermed tåle mer. Spesielt gjelder dette området nederst der man kan se litt rødt.

12 PUMA8 Page 12 Jeg valgte også å kjøre en analyse av foten på stolen: Dette siste bildet viser at foten vil tåle belastningen. Jeg kjørte også en analyse av hjulsystemet.

13 PUMA8 Page 13 Denne konstruksjonen er av aluminium Man kan tydelig se at den holder. Denne neste analysen er av metallplata som bærer øvre del av stolen. Denne plata er festet i vangene. Senterhullet er et festepunkt for stanga som går ned til hjula. Jeg satte på 1500 N kraft i retning mot bakken på hver side av plata. Man ser at fasongen blir litt endret men at materialet vil holde. Når det gjelder bolter/skruer som fungerer som et feste mellom ulike deler føler jeg det logisk å la disse være av stål. Derfor regner jeg også med at de vil holde. 3 Konklusjon Skriv en konklusjon på hva du fikk laget og lært I dette prosjektet har jeg laget en stol. Jeg startet prosessen med å tegne opp ulike stoler jeg kunne tenke meg å lage. Jeg valgte etter hvert et ønsket utseende og satte i gang med selve 3D moduleringen. Etter hvert endte jeg opp med et stort antall deler som jeg satte sammen til en endelig sammenstilling av stolen. Jeg testet også hvordan stolen ville reagere når en person setter seg i den. Ut fra analysene går jeg ut fra at de sentrale delene vil holde. Jeg er veldig fornøyd med det endelige resultatet.

14 PUMA8 Page 14