Izvoz v nevtralne CAD formate STEP in IGES: popoln vodnik

Če delate s 3D-oblikovanjem, boste prej ali slej morali svoje modele poslati stranki, dobavitelju ali delavnici , ki uporablja drug CAD program. In tu se pojavi veliko vprašanje: kateri nevtralni format naj izberem, STEP ali IGES ? Kateri najbolje ohrani informacije o izdelku? Kateri bo povzročil manj težav pri uvozu v CAM ali drug CAD sistem?

Čeprav se morda zdi preprosto »shrani kot in končano«, izbira pravega CAD-nevtralnega izvoznega formata bistveno vpliva na nemoteno izmenjavo in porabljene ure za popravljanje poškodovanih površin, popačenih toleranc ali nestrukturiranih sklopov. V naslednjih razdelkih se bomo poglobili v vse, kar je povezano z izvozom v CAD-nevtralna formata STEP in IGES , kdaj uporabiti katerega od njih, katere alternative obstajajo in kako jih integrirati v CNC-obdelovalne in proizvodne poteke dela.

Od kod prihajajo nevtralni CAD formati: IGES in STEP

Že dolgo preden smo govorili o Industriji 4.0 , je imela ameriška vlada resen problem: sredi sedemdesetih let prejšnjega stoletja je porabljala milijone dolarjev in nešteto ur za izmenjavo CAD podatkov med izvajalci, ki so uporabljali popolnoma različne sisteme. Vsaka pretvorba je bila nočna mora.

Da bi v sistem vnesli red, so oborožene sile, Boeing in druga velika podjetja prevzeli pobudo za vzpostavitev skupnega geometrijskega formata za izmenjavo . Ta prizadevanja so leta 1980 privedla do ustanovitve IGES (Initial Graphics Exchange Specification) , ki je bil zasnovan kot standard za izmenjavo 2D in 3D geometrije, elektronskih shem in nekaterih informacij o definicijah izdelkov med nezdružljivimi platformami CAD.

Ameriško ministrstvo za obrambo je celo predpisalo uporabo IGES v svojih pogodbah , kar je spodbudilo njegovo uporabo v letalski, avtomobilski in napredni proizvodni industriji. IGES je bil leta "skupni jezik" sveta CAD, ki je različnim programom omogočal "pogovarjanje" med seboj z za tisti čas sprejemljivo natančnostjo.

Vendar pa je IGES, ko so modeli postajali vse bolj zapleteni in je naraščalo povpraševanje po veliko bogatejših informacijah o izdelku (tolerance, materiali, montažne strukture, podatki o življenjskem ciklu itd.), zastal. Takrat, v osemdesetih letih prejšnjega stoletja, se je pojavil projekt STEP (Standard za izmenjavo podatkov o izdelkih) , ki ga je vodil ISO, z ambicijo ustvariti globalni standard, ki bi zajemal ne le geometrijo, temveč celoten model izdelka.

Za razliko od IGES, ki se je v devetdesetih letih prejšnjega stoletja nehal posodabljati , se je standard STEP še naprej razvijal z več »aplikacijskimi protokoli« (AP203, AP214, AP242 itd.), od katerih je vsak osredotočen na specifične potrebe: izmenjavo strojnih načrtov, avtomobilsko in letalsko industrijo ali definicijo na podlagi modela, vključno z PMI.

Kaj točno je IGES in kako deluje?

IGES je nevtralna besedilna oblika, ki temelji na ASCII, zasnovana za prenos 2D in 3D načrtov med različnimi CAD sistemi. Datoteke imajo običajno končnico .igs ali .iges in se osredotočajo predvsem na predstavitev krivulj in površin , čeprav lahko vključujejo tudi osnovne modele teles, sheme in nekaj besedila ali opomb.

Datoteka IGES je notranje strukturirana v več dobro definiranih razdelkov, ki različnim programom omogočajo dosledno interpretacijo istega nabora podatkov . Ti vključujejo začetni razdelek, ki opisuje datoteko; razdelek z imenikom, ki vsebuje metapodatke, kot je različica; in razdelek s podatki o parametrih, kjer so kodirane geometrijske entitete (črte, loki, zlepki, površine, telesa itd.).

Dejstvo, da gre za format , neodvisen od proizvajalca, je industriji dolga leta omogočalo standarden način deljenja kompleksnih modelov med orodji CAD, CAE in CAM. Inženirji in oblikovalci so si lahko izmenjevali datoteke, ne da bi bili vezani na izvorno programsko opremo, kar je ključnega pomena pri obsežnih, dolgoročnih projektih.

Vendar pa ima ta nevtralnost svojo ceno: ker gre za geometrijsko usmerjen format z relativno staro strukturo, lahko pretvorbe v in iz IGES povzročijo napake , slabo povezane površine ali izgubo podrobnosti, zlasti če izvirni model intenzivno uporablja sodobne parametrične funkcije.

Zgodovina in razvoj IGES v primerjavi z drugimi standardi

Od uvedbe v poznih sedemdesetih letih prejšnjega stoletja je bil IGES v zaporednih različicah prilagojen za uporabo kompleksnih površin, modelov trdnih snovi in ​​shem , pri čemer se je v osemdesetih in večjem delu devetdesetih let prejšnjega stoletja utrdil kot dejanski standard. Sektorji, kot so vesoljska, avtomobilska in obrambna industrija, so bili za vsakodnevno interoperabilnost močno odvisni od te oblike.

Z napredkom 3D CAD-a in pojavom parametričnih modelov, bogatih z metapodatki, so se začeli pojavljati tudi drugi standardi, ki so obravnavali specifične potrebe. Eden od teh je bil STEP , zasnovan kot naravni naslednik IGES-a in sposoben integrirati podatke o načrtovanju, proizvodnji, vzdrževanju in življenjskem ciklu v en sam vsebnik.

Vzporedno so se pojavili formati, kot je STL , zasnovani predvsem za 3D-tiskanje in hitro izdelavo prototipov , kjer je ključnega pomena opis površine z mrežo trikotnikov. STL žrtvuje bogatost CAD modela (ni toleranc ali montažnih struktur) v zameno za geometrijo, ki jo je zelo enostavno obdelati s programsko opremo za aditivno proizvodnjo.

Čeprav se IGES danes še vedno uporablja v nekaterih okoljih in starejših sistemih, se njegova uporaba zmanjšuje v korist STEP-a in drugih sodobnih jeder, kot je Parasolid, ki ponujajo boljšo podporo za trdne modele in parametrične podatke ter večja jamstva za integriteto pri izmenjavi.

Notranja struktura in upravljanje podatkov pri IGES

S tehničnega vidika IGES deluje kot vsebnik za geometrijske in anotacijske entitete, opisane v navadnem besedilu. Vsaka entiteta (črta, površina, krog, trdna ploskev itd.) ima povezan nabor parametrov, ki določajo njen položaj, orientacijo in odnose z drugimi entitetami.

Tipična arhitektura datoteke IGES je razdeljena na več razdelkov: začetni razdelek s splošnimi informacijami, razdelek z imenikom , ki se sklicuje na entitete in njihove tipe, razdelek s podatki o parametrih z numeričnimi vrednostmi in končni razdelek. Ta modularnost omogoča različnim CAD sistemom dostop do datoteke na strukturiran način.

S shranjevanjem podatkov kot ASCII s fiksno dolžino (tradicionalno 80-mestni zapisi) IGES omogoča relativno lahko in prenosljivo uporabo datotek , hkrati pa omejuje posodobitev standarda. Ta format ni bil posodobljen od leta 1996, kar pomeni, da ne vključuje zmogljivosti, zasnovanih za nove potrebe digitalnega inženiringa.

Poleg tega, čeprav lahko IGES vsebuje komentarje, besedilo in dimenzije , je njegova podpora za to vrsto informacij očitno slabša od tiste, ki jo ponujajo sodobni standardi, kot je STEP AP242, ki izvorno integrirajo podatke PMI, GD&T in upravljanje izdelkov.

Kako odpreti, urediti in pretvoriti datoteke IGES

Praktično vsaka dokaj znana programska oprema CAD lahko odpre datoteke IGES v sistemu Windows ali macOS . To vključuje profesionalna orodja, kot so AutoCAD ( glejte ukaze AutoCAD ), SOLIDWORKS, CATIA in Fusion 360, pa tudi brezplačne možnosti, kot so FreeCAD, Onshape in različni spletni pregledovalniki, kot je A360 Viewer, ki omogočajo pregled geometrij brez nameščanja zahtevne programske opreme.

Vsebino datoteke IGES si je mogoče ogledati tudi s preprostim urejevalnikom besedil, saj je format berljiv za ljudi , čeprav to ni najprimernejši način dela z njimi. Za mobilne naprave obstajajo posebne aplikacije , ki omogočajo osnovni ogled, medtem ko spletni brskalniki sami ne morejo interpretirati formata brez pomoči vgrajenih pregledovalnikov.

Ko je model uvožen v program CAD, večina teh programov ponuja orodja za spreminjanje nastale geometrije : zapolnjevanje vrzeli, popravljanje površin, ponovno ustvarjanje teles iz ploskev, dodajanje opomb ali pripravo modela za izvoz v STEP, STL ali druge formate, ki so primernejši za naslednji korak v procesu.

Običajna pretvorba je iz IGES v STEP ali STL , odvisno od cilja: STEP, če želimo izmenjavo CAD-CAD z dobro natančnostjo, in STL, če je cilj 3D-tiskanje. V SOLIDWORKS in Fusion 360 ta postopek vključuje odpiranje datoteke IGES, preverjanje, ali je vse pravilno, in uporabo »Shrani kot« ali »Izvozi« za izbiro želene izhodne oblike.

IGES v primerjavi z drugimi nevtralnimi CAD formati

Ko govorimo o izvozu v nevtralne CAD formate, je običajno primerjati IGES, STEP in STL , pa tudi formate, kot sta OBJ ali DXF, pri čemer ima vsak dokaj jasno funkcijo znotraj delovnega procesa načrtovanja in izdelave.

Ključna primerjava je med IGES in STEP . Oba sta nevtralna in ju podpira večina 3D-programskih paketov, vendar je IGES starejši in se osredotoča predvsem na površine in geometrijo žičnih modelov, medtem ko STEP veliko bolj robustno obravnava trdne modele, montažne strukture in podatke o izdelkih . Za IGES je običajno težko ohraniti nekatere kompleksne podrobnosti, ki jih STEP brezhibno obravnava.

Na področju aditivne proizvodnje se razprava običajno odvija med IGES in STL . STL opisuje model kot mrežo trikotnikov, idealno za rezanje in prenos zelo majhnih datotek med programi za 3D-tiskanje. IGES pa ohranja večjo geometrijsko natančnost in lahko vključuje dodatne podatke CAD (kot so sheme ali diagrami), vendar za ceno večjih datotek, ki so manj prijazne do tiskanja.

Končno, formati, kot je OBJ, izvirajo iz sveta animacije in 3D-grafike, kjer opisujejo modele z uporabo oglišč in poligonalnih ploskev. So zelo učinkoviti glede velikosti in obdelave za upodabljanje in vizualizacijo, vendar ne ponujajo parametričnega in semantičnega bogastva , ki ga išče večina inženirsko usmerjenih orodij CAD/CAM.

Prednosti in omejitve IGES danes

Med glavnimi prednostmi formata IGES je dejstvo, da je shranjen v formatu ASCII in zato ustvarja majhne datoteke, ki jih je enostavno deliti prek e-pošte, shrambe v oblaku ali sistemov za upravljanje dokumentov. Poleg tega je kot najstarejši nevtralni format CAD široko združljiv s starejšimi aplikacijami , zaradi česar je uporaben za projekte, ki se še vedno zanašajo na staro programsko opremo.

V panogah, kot sta vesoljska in avtomobilska industrija, se še vedno uporablja za ohranjanje interoperabilnosti s sistemi in procesi iz preteklih desetletij. Njegova sposobnost opisovanja kompleksne geometrije in podrobne tehnične dokumentacije (vsaj kar zadeva oblike) je bila eden od temeljev njegove prvotne priljubljenosti.

Slaba stran je, da je IGES trenutno z regulativnega vidika zastarela oblika : ni bila posodobljena od devetdesetih let prejšnjega stoletja in izvorno ne obravnava številnih današnjih potreb po izmenjavi podatkov o izdelkih. To povzroča večje težave pri pretvorbi, izgubo podatkov in težave pri delu z robustnimi parametričnimi modeli.

Poleg tega IGES ne obvladuje dobro strukture sestavov . Če začnemo z nizom številnih delov in ga izvozimo v IGES, lahko dobimo "sploščeno" geometrijo brez hierarhije, kar otežuje nadaljnje delo v CAD ali CAM, ko moramo ohraniti logiko prvotnega sestava.

STEP: trenutni standard za izmenjavo podatkov o izdelkih

STEP se je uveljavil kot industrijski standard, nevtralen format za izmenjavo kompleksnih 3D-modelov. Uporablja veliko bogatejšo shemo kot IGES, ki lahko vključuje ne le geometrijo delov, temveč tudi topološke informacije, strukture sestavov, lastnosti materialov, tolerance in PMI (informacije o izdelku in proizvodnji).

Znotraj STEP-a obstajajo različni "aplikacijski protokoli", ki določajo, katere vrste informacij se izmenjujejo. AP203 se na primer osredotoča na klasično mehansko načrtovanje, AP214 dodaja specifične potrebe avtomobilske in vesoljske industrije (vključno z upravljanjem konfiguracij in PDM), AP242 pa gre še korak dlje z integracijo definicij na podlagi modela, vgrajenega GD&T in naprednih funkcij za pametno proizvodnjo.

V praksi se AP203 zdaj šteje za nekoliko zastarelega in povezanega s starejšimi sistemi , AP214 je bil leta priporočena možnost za velike industrijske sklope, AP242 pa je trenutna izbira za tokove Industrije 4.0, digitalne dvojčke in integracijo načrtovanja, proizvodnje in inšpekcijskega pregleda.

Zaradi te vsestranskosti skoraj vsi večji CAD programi (SOLIDWORKS, CATIA, Inventor, NX, Solid Edge itd.) in večina CAM rešitev podpirajo izmenjavo prek datotek .stp ali .step , zaradi česar je STEP zelo varna možnost za pošiljanje natančne geometrije teles tretjim osebam.

STEP in IGES v CNC obdelavi in ​​proizvodnji

V okolju CNC obdelave izbira CAD formata ni manjša podrobnost: vpliva na natančnost, učinkovitost in včasih celo na izvedljivost procesa . Tipičen potek dela vključuje generiranje modela v CAD programu (SOLIDWORKS, AutoCAD, CATIA itd.), izvoz v nevtralni format in nato uvoz v programsko opremo CAM, ki bo generirala G-kodo za stroj.

Idealni CNC format bi moral v celoti ohraniti geometrijo in namen zasnove , biti združljiv s programsko opremo CAM in omogočati izmenjavo med različnimi deležniki (stranka, delavnica, podizvajalci itd.). Zato ima pri obdelavi običajno prednost STEP , tesno sledi Parasolid , kadar sta jedri CAD in CAM enaki, in IGES v primerih, ko je strojna ali programska oprema zelo stara.

V tabeli proizvodnih procesov in priporočenih formatov so za CNC obdelavo STEP, IGES, Parasolid in pretvorjeni izvorni formati običajno navedeni kot pogoste možnosti, pri čemer se STL uporablja predvsem za 3D-tiskanje, DXF/DWG pa za pločevino ali 2D-rezanje. STEP izstopa po ohranjanju trdnih snovi in ​​PMI, IGES po svoji zgodovinski združljivosti, Parasolid pa po svoji največji natančnosti, ko se uporablja isto geometrijsko jedro.

Če se osredotočimo na STEP, sta AP214 in še posebej AP242 tista, ki se najbolje prilagajata sodobnemu svetu CNC , saj omogočata prenos geometrijskih podatkov, toleranc in opomb neposredno iz 3D-modela v okolje CAM, kar zmanjšuje napake pri interpretaciji in skrajša čas priprave.

Parasolid, STL, DXF, DWG in drugi pogosti formati

Poleg STEP in IGES se pri vsakodnevnem delu oblikovalcev ali programerjev CNC pogosto uporabljajo tudi drugi CAD formati. Eden najpomembnejših je Parasolid , geometrijsko jedro, ki ga uporabljajo programi, kot so SOLIDWORKS, Siemens NX in Solid Edge. Izvoz in uvoz v formatu .x_t ali .x_b med orodji, ki si delijo to jedro, običajno zagotavlja najvišjo natančnost 3D-geometrije.

Po drugi strani pa je STL postal priljubljen zaradi porasta 3D-tiskanja. Idealen je za hitro deljenje modelov s programsko opremo za rezanje, vendar je pomembno razumeti, da gre zgolj za mozaik mreže trikotnikov : ni NURBS ploskev, zgodovine operacij, toleranc in sestavov. Zaradi tega ni primeren za vrnitev v svet CAD ali za visoko precizno obdelavo.

2D vektorski formati, kot sta DXF in DWG, ostajajo nepogrešljivi pri izdelavi pločevine, laserskem rezanju, plazemskem rezanju in rezanju z vodnim curkom. Omogočajo zelo natančen opis ravnih profilov, vzorcev razgrnitve in linij upogibanja , številni programi CAM za rezanje pa delujejo neposredno s temi datotekami. Čeprav je DWG izvorni format programa AutoCAD, ga drugi sistemi pogosto potrebujejo za natančno branje.

Nazadnje je treba omeniti še lastniške izvorne formate (SLDPRT v SOLIDWORKS, IPT v Inventorju, CATPART v CATIA itd.). Ti formati zajamejo vso parametrično bogastvo, drevesa značilnosti, odnose in metapodatke modela. Za strojno obdelavo se običajno izvozijo v STEP ali Parasolid, vendar je ključnega pomena, da izvorno datoteko vedno ohranite kot "vir resnice" za prihodnje revizije ali spremembe zasnove.

Izvoz CAD-a v format, pripravljen za CNC, korak za korakom

Pretvorba modela v obliko, združljivo s CNC, ni zgolj stvar klika na »Shrani kot«; priporočljivo je slediti minimalnemu zaporedju priprave, izvoza in validacije, da se izognete kasnejšim presenečenjem v CAM-u ali na samem stroju.

Prvi korak je čiščenje izvornega CAD modela : odstranitev neuporabljenih skic, skrivanje ali brisanje nepotrebne konstrukcijske geometrije, odstranitev podrobnosti, ki ne prispevajo k proizvodnji (npr. zelo majhni zaokrožitve na nepomembnih območjih) in zagotovitev, da se enote v datoteki (mm ali palci) ujemajo s tistimi, ki bodo uporabljene na stroju.

Nato v meniju Datoteka izvozite v primeren nevtralni format, običajno STEP, IGES ali Parasolid . Tukaj je pomembno prilagoditi parametre, kot so tolerance tetiv in kotov : manjše tolerance pomenijo večjo velikost datoteke, vendar boljšo natančnost. Za visoko natančne dele je morda smiselno te vrednosti še povečati.

Preden delo štejete za končano, je vredno odpreti izvoženo datoteko v nevtralnem pregledovalniku ali celo v istem CAD programu, kot če bi prišla iz vira tretje osebe. Takrat je treba preveriti, ali manjkajo ploskve, obrnjene normale, odprta telesa ali so prisotne težave s šivanjem. Če kaj ni videti v redu, lahko prilagodite nastavitve izvoza ali celo poskusite z drugo obliko zapisa (na primer s spremembo IGES v STEP).

Šele ko je nevtralna datoteka preverjena, se ta uvozi v programsko opremo CAM (Fusion 360, Mastercam, SolidCAM itd.). Tam se definirajo surovec, orientacije, koordinatni sistemi (G54, G55…) in ustvarijo poti orodij (groba obdelava, fina obdelava, vrtanje…). Zadnji korak je uporaba ustreznega postprocesorja za generiranje G-kode, združljive s specifičnim CNC krmiljenjem (Fanuc, Haas, Heidenhain…).

Uvoz in izvoz v SOLIDWORKS: STEP, IGES in drugi

Ena od prednosti SOLIDWORKS-a je njegova sposobnost ponovne uporabe geometrije iz drugih sistemov za načrtovanje , s čimer se odpravi potreba po popolnem preoblikovanju komponent, ki jih je že definiral naročnik, dobavitelj ali proizvajalec. To je mogoče storiti z uporabo izvornih formatov iz drugih CAD programov, pa tudi z nevtralnimi formati.

Funkcionalnost 3D Interconnect je v tem pogledu ključna: omogoča vam neposredno odpiranje izvornih datotek iz programov CATIA, Inventor, Solid Edge in drugih, pri čemer ohranjate asociativno povezavo z izvirno datoteko . Če dobavitelj posodobi svoj model, ga lahko SOLIDWORKS osveži, ne da bi pri tem izgubil reference sklopa.

3D Interconnect se lahko uporablja tudi s formati STEP, ACIS in drugimi nevtralnimi formati , kar je zelo priročno pri delu z več viri podatkov. V vsakem primeru, če želite kadar koli urediti del v SOLIDWORKS tako, da prekinete povezavo, lahko to storite in datoteko pretvorite v popolnoma urejljiv izvorni teles.

Ko gre za izvoz iz SOLIDWORKS, so najbolj priporočljivi formati za deljenje 3D-datotek STEP, Parasolid, IGES in STL , vsak s svojimi prednostmi in slabostmi: STEP za splošno izmenjavo trdnih snovi in ​​PMI, Parasolid za maksimalno združljivost, če prejemnik uporablja tudi jedro Parasolid, IGES za posebne potrebe ali zelo stare sisteme in STL za 3D-tiskanje.

Pogoste omejitve pri izvozu STEP/IGES

Tudi pri uporabi zmogljivih formatov, kot sta STEP ali IGES, lahko nekatere vrste geometrije povzročijo težave pri izvozu . Na primer, pločevina s kompleksnimi pregibi, ukrivljene plošče ali deli iz raztegnjene kovine morda ne bodo dali popolno oblikovanih trdnih teles na drugi strani.

Težave lahko predstavljajo tudi ukrivljeni profili, deformirani profili, armatura in mreže , prav tako pa tudi podrobnosti priprave varjenja, površinske obdelave ali betonski ulitki v primeru strukturne programske opreme. V teh primerih je relativno pogosto, da je rezultat niz nepopolnih površin ali trdnih snovi.

V kontekstu kovinskih konstrukcij lahko izvoz profilov s kompleksnimi logičnimi operatorji ali predmeti, kot so vijaki, zvari in povezane povezave, ustvari tudi nepopolno geometrijo, če pretvorbeni mehanizem ne interpretira pravilno določenih notranjih operacij.

Zato je priporočljivo preizkusiti kritične izvoze in po potrebi poenostaviti modele, ki so preveč naloženi z nebistvenimi podrobnostmi, preden jih pošljemo tretjim osebam, še posebej, če vemo, da bodo na drugi strani to geometrijo uporabili kot osnovo za strojno obdelavo ali avtomatizirano proizvodnjo.

Najboljše prakse pri izbiri nevtralne oblike (STEP, IGES in podjetje)

Najboljši način za zagotovitev čistega izvoza je, da že od samega začetka razmislite, za kaj bo datoteka uporabljena . Če prejemnik potrebuje le osnovni obrazec za ogled ali pregled, ste lahko nekoliko bolj sproščeni. Če pa gre model neposredno v CAM ali proizvodnjo, je najbolje izbrati obliko, ki čim bolj ohrani namen zasnove.

Na splošno, če je cilj izmenjava 3D-telesnin s strukturo sestava in po možnosti skladno s PMI, je STEP (idealno AP214 ali AP242) najboljša možnost. Če vemo, da prejemnik dela v okolju, ki temelji na Parasolidu, je morda še bolje, da datoteko .x_t ali .x_b pošljemo neposredno , da zmanjšamo napake pri prevajanju.

IGES je zdaj rezerviran za primere, ko druga stranka podpira le ta format ali pri delu z zelo staro programsko opremo. Kljub temu IGES ostaja veljaven za relativno preprosto geometrijo ali za izmenjave, ki se osredotočajo na površine in ne na kompleksna parametrična telesa.

Kar zadeva STL, DXF in DWG, so njihove vloge bolj specifične: STL za 3D-tiskanje in izdelavo prototipov ter DXF/DWG za 2D-rezanje in tehnično dokumentacijo. Niso najboljša alternativa, kadar potrebujemo ohraniti trden, urejevalni model z vso njegovo inženirsko semantiko.

Konec koncev, uspešen izvoz v nevtralne CAD formate, kot sta STEP in IGES, vključuje kombinacijo temeljite priprave modela, ustrezne izbire formata in skrbne predhodne validacije . S tem pristopom je izmenjava podatkov med različnimi programi, CNC stroji in oddelki veliko bolj predvidljiva, kar zmanjšuje neprijetna presenečenja med fazo proizvodnje.