Plošné modelování

Plošné modelování je způsob 3D CAD modelování, při kterém se tvar výrobku vytváří z jednotlivých ploch s nulovou tloušťkou, a ne přímo z objemových těles (anglicky surface modeling, v praxi se říká také plochové modelování). Plochy se vzájemně ořezávají a sešívají, a jakmile uzavřou prostor, převedou se na objemové těleso, se kterým se dál pracuje jako s běžným dílem.

Plochy jsou v CAD systémech obvykle popsané matematicky jako NURBS (neuniformní racionální B-spliny). Na rozdíl od polygonové sítě jsou hladké a přesné v každém bodě. Konstruktér je vytváří z řídicích křivek operacemi jako vytažení, rotace, tažení po křivce (sweep), přechodová plocha mezi profily (loft), hraniční plocha nebo výplň otvoru a potom je ořezává, prodlužuje a zaobluje.

Klíčovým pojmem je spojitost mezi sousedními plochami. G0 znamená pouze dotyk hran, G1 společnou tečnou rovinu (přechod bez viditelné hrany) a G2 navíc shodnou křivost, takže se na přechodu nezlomí odraz světla. U pohledových ploch automobilů a spotřebičů, takzvaných ploch třídy A (class A), se požaduje spojitost G2 i vyšší. Kvalita se kontroluje analýzou zebra pruhů, hřebenovými grafy křivosti nebo barevnými mapami křivosti.

Plošné modelování nabízejí CAD systémy jako CATIA, Siemens NX, Creo nebo SolidWorks, v průmyslovém designu se používají například Autodesk Alias nebo Rhino. V praxi se obvykle kombinuje s objemovým modelováním (hybridní modelování): tvarové plochy určují vzhled a objemové operace doplní žebra, úchyty a otvory.

Plošné modelování je na místě u dílů, jejichž tvar nelze rozumně poskládat z hranolů, válců a zaoblení: kryty spotřebičů a ručního nářadí, ergonomické rukojeti, lahve, karosářské díly, lopatky, potrubí s proměnným průřezem nebo aerodynamické kryty. Používá se také při převodu tvaru od průmyslového designéra do výrobního CAD modelu, při návrhu dělicích ploch vstřikovacích forem a při reverzním inženýrství tvarových dílů, kdy se plochy prokládají naskenovanými daty.

U prizmatických strojních dílů (desky, konzoly, hřídele) je objemové parametrické modelování rychlejší a snáze se upravuje. Plochy tam slouží spíš jako pomocný nástroj, například pro opravu poškozené importované geometrie.

Nejčastějším problémem jsou mezery a překryvy mezi plochami, kvůli kterým nejde vytvořit uzavřené těleso a model se špatně přenáší přes STEP nebo IGES. Potíže dělají také drobné úzké plošky, degenerované plochy sbíhající se do bodu a místa, kde je poloměr křivosti menší než požadovaná tloušťka stěny: operace zesílení nebo skořepiny tam selže. Plochy proto stavějte z co nejmenšího počtu čistých záplat s rovnoměrně rozloženými řídicími body.

Spojitost G1 stačí u technických ploch, na lesklém laku nebo chromu ale bývá přechod viditelný. Při zadání se proto dohodněte, které plochy jsou pohledové, jakou spojitost vyžadují, zda dostanete objemové těleso, nebo jen plochy, a u reverzního inženýrství také s jakou odchylkou mají plochy sledovat naskenovaná data (například ±0,1 mm). Počítejte s tím, že plošný model se upravuje pracněji než parametrický objemový model.