Was sind Freiformflächen?
Wir bezeichnen als Freiformflächen alle Flächen, die nicht eben, zylindrisch, kegelförmig oder auch ringförmig (Torus) sind.
Wo begegnen uns Freiformflächen?
Schauen wir uns einmal einen normalen Tag an:
Morgens
- Wir wachen morgens auf, haben unseren Wecker (*) ausgeschaltet.
- Wir gehen ins Bad, drehen den Wasserhahn (*) auf.
- Dann greifen wir zur Zahnbürste (*), ganz gleich ob elektrisch oder nicht.
- Gehen mit der Haarbürste (*) durch unser Haar.
In der Arbeit
- Bei der Arbeit erwartet uns die Maus (*) und ein Kugelschreiber (*).
- Wir heften ausgedruckte Dokumente mit dem Hefter (*) zusammen.
- In der Kaffeepause greifen wir zur Tasse (*).
Abends
- Abends setzen wir uns vor den Fernseher und greifen zur Fernbedienung (*), die ja so gut in der Hand liegt.
- Wir greifen beim Abendessen zu Löffel (*), Gabel (*) und Messer (*).
(*) = Bei all diesen Alltagsgegenständen sind Freiformflächen im Spiel. Das ist nur ein Auszug, aber, Sie sehen, diesem Flächentyp begegnen wir ständig.
Warum haben viele Konstrukteure Respekt vor Freiformflächen?
Viele Konstrukteure arbeiten nicht gerne mit Freiformflächen, weil sie deutlich anspruchsvoller sind als die gewohnte Volumenmodellierung.
Die Herausforderungen liegen dabei in mehreren Bereichen:
- Komplexität der Geometrie: Bei Flächenkonstruktionen müssen Stetigkeit, Tangentialität und Krümmungsübergänge beachtet werden – weit mehr als bei Extrusionen oder Rotationen.
- Stabilität des Modells: Schon kleine Änderungen an Skizzen oder Referenzen können Flächen instabil machen oder zu Fehlern führen.
- Spezielle Werkzeuge: Funktionen wie Loft, Sweep oder Flächenkombination erfordern Erfahrung und ein tiefes Verständnis der Arbeitsweise.
- Genauigkeit und Qualität: Design- und Funktionsflächen dürfen keine Welligkeiten oder unsauberen Übergänge aufweisen, was hohe Präzision verlangt.
- Abstraktes Denken: Die Arbeit mit Hilfskurven und Hilfsflächen ist weniger direkt und erfordert ein anderes Vorgehen als in der klassischen Bauteilkonstruktion.
Gerade diese Punkte machen die Freiformflächen-Konstruktion zu einer Disziplin, die neben technischem Know-how auch viel Übung und ein gutes Gefühl für Geometrie erfordert.
In Solid Edge können Sie Freiformflächen sehr einfach erstellen
Die Freiformflächenmodellierung ist aber nicht immer so aufwändig, wie es zunächst scheint.
Ein besonders leistungsstarkes Werkzeug für die Freiformflächenmodellierung in Solid Edge ist BlueSurf. Es erweitert die klassischen Loft- und Sweep-Funktionen und ermöglicht die Erstellung komplexer, organischer Flächen, die mit Standardbefehlen nur schwer oder instabil modellierbar wären.
Mit BlueSurf können mehrere Leit- und Querschnittskurven gleichzeitig kombiniert werden, wodurch glatte Übergänge und präzise Stetigkeit gewährleistet werden – ein entscheidender Vorteil bei Designflächen oder Bauteilen mit hohen optischen und aerodynamischen Anforderungen. Gleichzeitig bleibt das Feature parametrisch und assoziativ, sodass Änderungen an Profilen oder Kurven stabil auf die Fläche übertragen werden.
Freiformflächen erstellen mit Solid Edge BlueSurf
Anhand eines simplen Beispiels erarbeiten wir ein Modell, welches Synchronous, Sequentiell, Volumen und Flächen in Solid Edge vereinigt.
Unser Ziel ist diese designte Abdeckung:
Schritt 1: Volumenkörper im synchronen Modus erstellen
Stellen Sie als erstes sicher, dass Solid Edge auf „Synchronous“ eingestellt ist.
Wir erzeugen dann zunächst einen Quader direkt über die Synchronous-Funktion „Volumenkörper“ -> „Quader“.
Die Abmessungen verwenden wir, um ein annähernd gleiches Ergebnis zu erhalten. So können Sie das Ergebnis besser nachvollziehen.
Schritt 2: Skizzen im sequentiellen Modus erstellen
Wechseln Sie anschließend in den Modus „Sequentiell“.
Für die Flächenerzeugung verwenden wir drei Kurven als Basis:
- eine Freiformkurve (Spline) in der Mitte des Bauteils
- einen Kreisbogen vor dem Bauteil
- eine Gerade hinter dem Bauteil
Selbst mit zwei bzw. drei Geraden ist es schon möglich, eine Freiformfläche zu erzeugen. Es müssen nicht immer Kurven sein. Flächen aus zwei Elementen wie Geraden und Bögen werden meist „Regelflächen“ genannt, da die Verbindung von einem Querschnitt zum anderen immer eine Gerade ergibt.
Bei der weiteren Bearbeitung gehen wir davon aus, dass Sie mit dem Arbeiten mit Skizzen vertraut sind.
Erstellen Sie die erste Skizze auf der Tiefe Y=0.
Zur Auswahl der Mittelebene verwenden wir „QuickPick“.
Auf dieser Ebene erzeugen wir die Kurve.
Wir empfehlen, mit einzelnen Punkten zu arbeiten, nicht mit gedrückter Maustaste. So werden Ungenauigkeiten durch Zittern der Hand vermieden.
Für die nächste Skizze verwenden wir eine parallele Ebene zur im ersten Schritt ausgewählten Mittelebene. Die Skizze erzeugen wir im Abstand von 50 mm nach vorne.
Dort erstellen wir einen Kreisbogen.
Nun erstellen wir den letzten Querschnitt – hier soll es eine Gerade sein. Diese kann einen beliebigen Winkel haben, aber auch horizontal wäre in unserem Beispiel möglich.
Der parallele Abstand ist auch hier 50 mm, allerdings nach hinten. Es können natürlich beliebig viele Querschitte sein.
Wir haben jetzt alle Basisgeometrien für unsere Freiformfläche erstellt und damit alle Elemente, die wir unser Beispiel brauchen.
Schritt 3: Freiformfläche mit BlueSurf erstellen
Navigieren Sie nun zum Befehl „BlueSurf“ unter „Flächenmodellierung“ -> „Flächen“.
Jetzt müssen Sie alle Querschnitte der Reihe nach auswählen. Bitte beachten Sie, dass Sie immer das gleiche Ende der Kurven anwählen, wie unten dargestellt.
Stellen Sie sich vor, Sie legen zu zweit ein Bettlaken zusammen. Lag das nicht schon mal „über Kreuz“? Das würden Sie auch hier erhalten, wenn Sie nicht darauf achten.
Bestätigen Sie Ihre Eingaben mit der rechten Maustaste oder der Schaltfläche wird die Fläche, wie in der nächsten Grafik dargestellt, erzeugt.
Es ist hier von Vorteil, wenn die Fläche etwas übersteht. Wenn Sie das nicht so erstellen, dann wird Solid Edge diese automatisch nach eigenen Vorstellungen verlängern.
Wir haben jetzt unsere erste BlueSurf-Fläche erstellt.
Im nächsten Schritt „verheiraten“ wir die Fläche mit unserem Volumenmodell.
Damit erzeugen wir ein Volumenmodell, das auf einer Seite durch eine Freiformfläche begrenzt wird. Danach ersetzen wir die Deckfläche mit der Freiformfläche, in dem wir den Befehl „Teilfläche ersetzen“ unter „Flächen ändern“ nutzen.
Da wir sequentiell arbeiten, können wir jetzt auch die Kurven, Geraden, Bögen nachträglich ändern.
Das Ergebnis: Ein Volumenkörper mit Freiformfläche
Das Modell können Sie jetzt mit den gewohnten Modellierungsfunktionen weiterbearbeiten. Wir verrunden unser Modell in diesem Beispiel.
Das Endergebnis: Ein Volumen-Bauteil, begrenzt durch eine Freiformfläche
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