Історія та розвиток САПР Тривімірна графіка та анімація в САПР

«Історія та розвиток САПР. Тривимірна графіка та анімація в САПР»

Мета:

• Ознайомити учнів з історією розвитку систем автоматизованого проєктування (САПР).

• Показати перехід від 2D до 3D-графіки в САПР.

• Навчити створювати прості тривимірні об’єкти та анімувати їх.

Урок 1. Історія та розвиток САПР. Основи тривимірної графіки

Теоретична частина (15 хв)

1. Коротка історія САПР:

   • 1960-ті – перші програмні комплекси для креслення (Sketchpad, Іван Сазерленд).

   • 1970–80-ті – розвиток графічних станцій, з’являються AutoCAD, CATIA.

   • 1990-ті – перехід до повноцінної 3D-графіки, поява параметричного моделювання (Pro/Engineer, SolidWorks).

   • Сьогодні – інтегровані САПР з віртуальною/доповненою реальністю (Fusion 360, Siemens NX).

2. 2D vs 3D у САПР:

   • 2D – креслення, плани, ескізи.

   • 3D – повна модель з можливістю візуалізації, розрахунків і анімації.

Варіант A. FreeCAD — куб і циліндр (через ескіз + витягування)

Робоче середовище: Part Design (параметрична твердотіла модель). Поглиблене опанування саме FreeCAD винесене в курс у §7.

Підготовка

1. Відкрийте FreeCAD → File → New.

2. У правому верхньому куті виберіть Workbench: Part Design.

3. (За бажанням) Одиниці: Edit → Preferences → General → Units → mm.

A1. Куб (наприклад, 20×20×20 мм)

1. Створіть тіло: Part Design → Create body. У дереві з’явиться Body (жирним).

2. Створіть ескіз: Part Design → Create sketch → оберіть площину XY → OK.

3. Намалюйте прямокутник: у панелі ескізу виберіть Rectangle і клацніть дві точки (протилежні кути).

4. Задайте розміри:

   • Інструменти розмірних обмежень (Horizontal distance, Vertical distance).

   • Встановіть 20 мм по X і 20 мм по Y (отримаєте квадрат 20×20).

   • Зафіксуйте прямокутник відносно осей за потреби (Coincident/Lock), щоб ескіз став fully constrained.

5. Закрийте ескіз: Close (або зелена галочка).

6. Витягніть у 3D: Part Design → Pad (Витягування) → Length = 20 mm → OK.

   • Має вийти куб 20×20×20 мм.

7. (Необов’язково) Скруглення/фаска: Part Design → Fillet/Chamfer, виберіть ребра → радіус (наприклад 2 мм).

8. Збережіть: File → Save (Куб.FCStd). За потреби експорт: File → Export → STL (для 3D-друку).

A2. Циліндр (діаметр 30 мм, висота 40 мм)

1. Нове тіло або в тому ж Body: Part Design → Create sketch → площина XY.

2. Коло: інструмент Circle, клацніть у початку координат (щоб центр = (0,0)).

3. Розмір: задамо Diameter = 30 mm (або Radius = 15 мм). Переконайтесь, що центр збіглий з початком (Coincident).

4. Закрийте ескіз.

5. Витягніть: Part Design → Pad → Length = 40 mm → OK.

6. (Опціонально) Скруглити край: Fillet на верхній кромці, радіус 1–2 мм.

7. Зберегти/Експортувати як у попередньому прикладі.

У підручнику окремі розділи присвячено 3D-моделюванню у FreeCAD та створенню проєктів/вузлів — радимо звертатися до §7 та §12 під час практики.

A3. Швидкий спосіб через примітиви (Workbench: Part)

1. Перемкніться на Part.

2. Примітив “Box” → у властивостях зліва задайте Length/Width/Height = 20 мм (отримаєте куб).

3. Примітив “Cylinder” → задайте Radius = 15 мм, Height = 40 мм.

4. За потреби перейдіть назад у Part Design для фасок/скруглень.

Типові помилки у FreeCAD і як виправити

• Ескіз “не закритий” → перевірте, чи краї прямокутника/кола дійсно з’єднані (індикатор Closed).

• Ескіз не “fully constrained” → додайте відсутні геометричні/розмірні обмеження.

• Pad неактивний → переконайтеся, що активний Body і вибраний саме ескіз у ньому.

• Не те різьблення/заокруглення → спершу збережіть, потім застосуйте Fillet/Chamfer на потрібних ребрах і перевірте прев’ю.

Варіант B. Fusion 360 — куб і циліндр (через скетч або готові твердотілі примітиви)

Fusion 360 — сучасна інтегрована платформа: моделювання, конструкторські операції, хмара/спільна робота, аналіз. Саме так її описано в огляді ПЗ САПР у підручнику.

Підготовка

1. New Design (новий документ).

2. На панелі Design (Solid) працюємо з твердотілими операціями.

B1. Куб 20×20×20 мм — спосіб 1 (скетч + Extrude)

1. Create Sketch → оберіть площину XY.

2. Two-Point Rectangle (R) → побудуйте квадрат від початку координат.

3. Dimension (D) → поставте 20 мм по обох напрямах (стало 20×20).

4. Finish Sketch.

5. Extrude (E) → виділіть профіль квадрата → Distance = 20 мм → OK.

6. (Опціонально) Modify → Fillet → заокругліть ребра (наприклад, 2 мм).

7. Save (файл збережеться в хмарі Autodesk). Експорт: Make → 3D Print або Right-click Body → Save as STL.

B2. Куб — спосіб 2 (готовий примітив)

1. Solid → Create → Box.

2. Виберіть площину/точку вставки → задайте Length = 20, Width = 20, Height = 20 мм → OK.

B3. Циліндр Ø30×40 мм — спосіб 1 (скетч + Extrude)

1. Create Sketch → площина XY.

2. Center-Diameter Circle (C) → центр у (0,0) → діаметр 30 мм.

3. Finish Sketch.

4. Extrude (E) → профіль кола → Distance = 40 мм → OK.

5. (Опціонально) Modify → Chamfer/Fillet для обробки кромок.

B4. Циліндр — спосіб 2 (готовий примітив)

1. Solid → Create → Cylinder.

2. Вкажіть центр, радіус 15 мм (або діаметр 30), висоту 40 мм → OK.

У підручнику Fusion 360 подано як інструмент для моделювання деталей і збірок з хмарними сервісами та симуляціями; такий підхід ви якраз і відпрацьовуєте під час цієї вправи.

Що здати учителю (рекомендація)

• FreeCAD: файл(и) .FCStd + експорт .STL (куб і/або циліндр).

• Fusion 360: посилання/скрін на Design + STL (через Save as STL).

• Короткі примітки: які параметри задали (розміри), які операції застосували (Pad/Extrude, Fillet/Chamfer).