Параметрический генератор своими руками. Топ-8 лучших программ для параметрического 3D-моделирования в 2024 году

Какие программы для параметрического 3D-моделирования самые популярные и функциональные в 2024 году. Сравнение возможностей SolidWorks, CATIA, FreeCAD и других решений для создания параметрических 3D-моделей. Как выбрать подходящее ПО для ваших задач.

Содержание

Что такое параметрическое 3D-моделирование

Параметрическое 3D-моделирование — это метод создания трехмерных моделей, при котором геометрия объекта определяется набором параметров и связей между ними. Основные особенности параметрического подхода:

  • Размеры и форма модели определяются параметрами, которые можно легко изменять
  • Между элементами модели устанавливаются математические и геометрические зависимости
  • При изменении одного параметра автоматически пересчитывается вся модель
  • Сохраняется история построения модели
  • Возможность быстро создавать модификации изделия

Параметрическое моделирование широко используется в машиностроении, проектировании и других инженерных областях. Оно позволяет быстро вносить изменения в конструкцию и создавать семейства однотипных изделий.


Преимущества параметрического моделирования перед прямым

Параметрическое и прямое моделирование — два основных подхода к созданию 3D-моделей. Давайте сравним их ключевые особенности:

Параметрическое моделированиеПрямое моделирование
Модель определяется параметрами и связямиПрямое редактирование геометрии
Сохраняется история построенияИстория построения не сохраняется
Легко вносить глобальные измененияЛокальные изменения вносятся быстрее
Подходит для точных инженерных моделейУдобно для концептуального дизайна
Требует больше времени на освоениеПроще в освоении

Для сложных технических проектов параметрическое моделирование обычно предпочтительнее, так как позволяет гибко управлять конструкцией. Прямое моделирование удобнее для быстрого создания концептов.

Обзор лучших программ для параметрического 3D-моделирования

SolidWorks

SolidWorks — одна из самых популярных САПР для параметрического моделирования. Основные возможности:


  • Мощные инструменты для создания деталей и сборок
  • Поддержка листового металла, сварных конструкций
  • Инженерный анализ методом конечных элементов
  • Создание чертежей и документации
  • Большая библиотека стандартных компонентов

SolidWorks отлично подходит для машиностроительного проектирования и разработки сложных изделий. Имеет интуитивно понятный интерфейс.

CATIA

CATIA — профессиональная САПР высокого уровня от Dassault Systemes. Ключевые особенности:

  • Продвинутое поверхностное и твердотельное моделирование
  • Мощные средства для работы со сборками
  • Инструменты для проектирования изделий из композитов
  • Встроенные модули инженерных расчетов
  • Средства для совместной работы над проектами

CATIA широко применяется в авиационной, автомобильной и других высокотехнологичных отраслях. Требует серьезных навыков для эффективной работы.

FreeCAD

FreeCAD — бесплатная открытая САПР для параметрического моделирования. Возможности системы:

  • Создание параметрических 2D и 3D моделей
  • Инструменты для работы с листовым металлом, сборками
  • Создание чертежей
  • Базовые расчеты прочности
  • Открытая архитектура, возможность расширения функционала

FreeCAD подойдет для небольших проектов и обучения основам параметрического моделирования. Активно развивается сообществом.


Как выбрать программу для параметрического моделирования

При выборе САПР для параметрического моделирования стоит учитывать следующие факторы:

  1. Сложность решаемых задач — для простых проектов подойдут бесплатные решения, для сложных нужны профессиональные САПР
  2. Отрасль применения — некоторые САПР ориентированы на конкретные индустрии
  3. Необходимые инструменты — поддержка листового металла, анализ прочности и т.д.
  4. Имеющиеся навыки — профессиональные САПР требуют серьезного обучения
  5. Бюджет — стоимость коммерческих решений может быть очень высокой

Для начинающих пользователей хорошим выбором будет FreeCAD или студенческая версия SolidWorks. Профессионалам стоит присмотреться к CATIA, NX или Creo.

Заключение

Параметрическое 3D-моделирование — мощный инструмент для создания сложных инженерных проектов. Современные САПР предоставляют широкие возможности для параметризации моделей. При выборе программы важно учитывать свои задачи и уровень подготовки. С развитием технологий параметрическое моделирование становится все более доступным для широкого круга пользователей.



{(2)}$, дли­ны кри­стал­ла, дли­ны вол­ны и ин­тен­сив­но­сти на­кач­ки и дос­ти­га­ет мак­си­му­ма для час­тот, для ко­то­рых вы­пол­не­ны при­ве­дён­ные вы­ше со­от­но­ше­ния.

Схема параметрического генератора света.

П. г. с. пред­став­ля­ет со­бой сис­те­му, со­стоя­щую в про­стей­шем слу­чае из оп­тич. ре­зо­на­то­ра, ог­ра­ни­чен­но­го зер­ка­ла­ми, в ко­то­рый по­ме­щён не­ли­ней­но-оп­тич. кри­сталл (рис.). Ко­гда мощ­ность на­кач­ки ге­не­ра­то­ра пре­вы­ша­ет по­ро­го­вое зна­че­ние, оп­ре­де­ляе­мое ба­лан­сом ме­ж­ду оп­тич. по­те­ря­ми в ре­зо­на­то­ре и эф­фек­тивно­стью па­ра­мет­рич. пре­об­ра­зо­ва­ния, сис­те­ма ста­но­вит­ся ге­не­ра­то­ром ко­ге­рент­но­го из­лу­че­ния. Из­ме­няя ори­ен­та­цию кри­стал­ла или его темп-ру, т. е. управ­ляя т. о. ус­ло­ви­ем син­хро­низ­ма, мож­но не­пре­рыв­но ме­нять час­то­ту ге­не­ра­ции. По­это­му не­ли­ней­но-оп­тич. пре­об­ра­зо­ва­ние час­то­ты как ме­тод соз­да­ния ис­точ­ни­ка оп­тич. из­лу­че­ния тре­буе­мой дли­ны вол­ны яв­ля­ет­ся од­ним из наи­бо­лее эф­фек­тив­ных спо­со­бов рас­ши­ре­ния воз­мож­но­стей су­ще­ст­вую­щих ла­зер­ных сис­тем.

Пе­ре­строй­ку час­то­ты мож­но реа­ли­зо­вать и в не­пре­рыв­ном, и в им­пульс­ном ре­жи­мах ге­не­ра­ции. П. г. с. пред­став­ля­ет ин­те­рес пре­ж­де все­го в ка­че­ст­ве пе­ре­страи­вае­мо­го ис­точ­ни­ка ко­ге­рент­но­го из­лу­че­ния в ближ­нем и сред­нем ИК-диа­па­зо­не (дли­на вол­ны 2–20 мкм).

Наи­бо­лее про­стой и эф­фек­тив­ной схе­мой П. г. с. яв­ля­ет­ся схе­ма с од­ним кри­с­тал­лом и ин­жек­ци­ей ко­ге­рент­но­го из­луче­ния, ко­то­рая по­зво­ля­ет су­ще­ст­вен­но по­вы­сить энер­ге­тич. эф­фек­тив­ность пре­об­ра­зо­ва­ния. Для по­лу­че­ния сверх­мощ­но­го ла­зер­но­го из­лу­че­ния ис­поль­зу­ют трёх­час­тот­ное взаи­мо­дей­ст­вие при ра­вен­ст­ве груп­по­вых ско­ро­стей для двух им­пуль­сов (на­кач­ки и од­но­го из па­ра­мет­ри­че­ски ге­не­ри­руе­мых им­пуль­сов). В ре­зуль­та­те раз­ви­тия ме­то­да ге­не­ра­ции сверх­мощ­ных им­пуль­сов, ос­но­ван­но­го на па­ра­мет­рич. уси­ле­нии све­та в не­ли­ней­но-оп­тич. кри­стал­лах DKDP (KD

2PO4), бы­ли соз­да­ны фем­то­се­кунд­ные ла­зер­ные сис­те­мы пе­та­ватт­но­го (1015 Вт) уров­ня мощ­но­сти.

П. г. с. при­ме­ня­ют­ся при ре­ше­нии спек­тро­ско­пич. за­дач в сред­нем ИК-диа­па­зо­не, для дис­тан­ци­он­но­го зон­ди­ро­ва­ния за­гряз­няю­щих при­ме­сей в ат­мо­сфе­ре и др.

§2.2.4 Параметрический генератор(параметрон).

Схема параметрического генератора может быть осуществлена с параметрического усилителя.

Если соответствующей зоны неустойчивости, то в системе неизбежно возбудятся нарастающие колебания. Этот процесс носит название -параметрическое возбуждение колебаний. Наиболее распространённой является следующая схема параметрона (см.Рис.).

Это балансная схема, одноконтурная. Варикапы за счёт смещения Есм находятся в закрытом состоянии. На них в закрытом состоянии синфазно подаётся ток накачки. Если мы подключаемся точно в середине, то магнитные потоки генератора накачки в катушке индуктивности компенсируются за счёт встречного направления включения варикапов.

Если то.

Частота резонанса такой системы , где- значение ёмкости покоя варикапа. Одновременно с накачкой подаётся сигнал. Пока он мал, происходит усиление сигнала, а когда он выходит в нелинейную область вольт кулоновской характеристики варикапа, происходит ограничение усиления. Параметрон – это устройство с двумя устойчивыми состояниями

Параметрон можно использовать в качестве элемента памяти. Например, первое состояние , соответствует единице, второе -, нулевому значению.

Если , то частота сигнала равна частоте выходного сигнала и нет ничего интересного. Если же, тот.е. можно получить параметрический умножитель частоты.

§2.2. Двухконтурные параметрические системы.

Для одноконтурного параметрического усилителя, по материалам предыдущего параграфа, можно построить графики для спектров входного сигнала, генератора накачки и выходного колебания.

спектр колебаний генератора накачки

Спектр входного сигнала

т.

к. Т.к. частота , то появление двух спектральных линий на одной частоте будет вызывать различные случаи, поведения колебательной цепи. Когда частотные линии складываются синфазно –происходит усиление колебаний. В случае, когда спектральные линии складываются противофазно, происходит подавление колебаний сигнала.

Т.о. нам необходимо разделить эти две линии. Это, возможно, выполнить с помощью 2-х контурного параметрического усилителя. Что при этом происходит?

Рассмотрим 2х частотный, 3х контурный параметрический усилитель. Определим: будет ли в этом случае усиление сигнала? Теперь система должна быть 3-х частотной:

Ответ на этот вопрос дает фундаментальная теорема Менли-Роу, доказанная около 50 лет назад (1956 г.).

§2.2.1Теорема Менли-Роу.

Эта теорема играет фундаментальную роль в радиофизике и радиотехнике и позволяет, оценит энергетические возможности нелинейных и параметрических систем.

Проведём нестрогое рассмотрение теоремы Менли-Роу. Рассмотрим 3-х контурную систему, содержащую нелинейный реактивный элемент (например, ёмкость — варикап).

Так как каждый контур настроен на определённую частоту, то контуры образованы отдельно друг от друга. Последний контур – это выходной контур. Так как у нас нелинейная ёмкость, то возникнут частоты равные , где

Пусть . В этом случае возникнут колебания в третьем контуре. У него источником является нелинейная ёмкость. Пусть возник такой режим и установились стационарные колебания.

Пусть — средняя мощность за большой момент времени (если напримерпорядка гигагерц, то время за которое происходит установление колебаний может быть всего лишь около 1 сек).

Так как за длительное время режим установился, тогда на ёмкости нет ни рассеяния энергии, ни накопления, и следовательно:

— энергия колебаний за один период, соответствующие частоты колебаний.

Тогда

Следовательно

Это равенство нулю не должно зависеть от частот , следовательно

Следовательно, так как , получаем:

— это соотношение и является результатом теоремы Менли-Роу, Для случая, когда количество контуров минимально (два).

Рассмотрим 2-х контурный (3-х частотный) параметрический усилитель.

I вариант

В третьем контуре нет никаких источников, поэтому по отношению к нему, ёмкость вносит энергию в третий контур. Следовательно на третьем контуре ёмкость энергию расходует и поэтому . Следовательно из последней системы уравнений вытекает, что. Значит энергия, передаваемая в третий контур вносится и сигналом и накачкой. Кроме того мощности соотносятся прямо пропорционально частотам колебаний каждого из контуров.

.

Нарисуем спектрограммы мощностей:

— так как мощности пропорциональны частотам, тогда это можно представить графиком представленным на следующем Рис. Пусть /

Коэффициент усиления по мощности

— это мощность затраченная, а — усиленная мощность.

Следовательно – это усилитель мощности не регенеративного типа, так как энергия передается из контура 1 в 3 и из 2 в 3, а из 2 в 3 нет. Это будет линейный усилитель, так как сигнал управляет уровнем отбора энергии от генератора накачки по линейному закону.

Выводы:

1)Это усилитель не регенеративного типа (генератор накачки не увеличивает энергию сигнального контура)

2)Частота колебаний генератора накачки может быть как больше, так и меньше частоты сигнала. Но чем больше , тем большее значение принимает.

3)В таком усилителе происходит усиление с преобразованием частоты вверх.

4)Повышение значения частот создаёт технические трудности при использовании 2-х контурного параметрического усилителя в диапазоне СВЧ.

II Вариант

Необходимо, чтобы

(Случай приведёт к тому, что ,, т.е. энергия будет отбираться из сигнального контура и вноситься в контур генератора накачки. Т.о. усилителя не будет.).

По прежнему , т.к 3-й контур лишь потребляет энергию (это холостой контур). Тогда из теоремы Менли-Роу, следует, что

Вэтом случае генератор накачки вносит энергию, как в контур нагрузки, так и в сигнальный контур. Поэтому если вносимая энергия превысит уровень потерь, то этот усилитель превратится в генератор. Следовательно, у нас регенеративное усиление и мощность можно снимать как с сигнального контура, так и с контура нагрузки.

При этом P3=Pн это доля мощности внесенная в сигнальный контур, в отличии от первого рассмотренного варианта.

Кроме того f 1 не может находится, слева от fc (m=1,n=-1), поэтому , т.к. полезную мощность можно снимать как с нагрузочного контура, так и с сигнального, следовательно для случая fн<2fc, т.к. Р3х2с, усиленный сигнал выгодней снимать с холостого контура. Если же fн>2fc,т.к. Р3х2с, усиленный сигнал выгодней снимать с сигнального контура.

Вывод: В рассмотренных случаях мощность генератора накачки вносится не только в третий контур (холостой), но и во второй (сигнальный), компенсируя при этом в нем потери. Следовательно, это усилитель регенеративного типа. И мощность генератора накачки в таком усилителе не должна превышать некоторый уровень, иначе усилитель превратится в автогенератор. В этом усилителе fн обязательно больше fс. Если она больше fс, но меньше чем 2 fс, то целесообразно выходной сигнал извлекать из сигнального контура. Если fн больше, чем 2 fс, то выгодней усиленное колебание извлекать из 3го контура.

Проект NOMOON – Параметрический генератор сферических динамиков

Рич Олсон

NOMOON — это параметрический сферический генератор динамиков, напечатанный на 3D-принтере, созданный в OpenSCAD.

N OMOON
O RBITAL
M USIC,
O Pensource
O Penscad-Generated
N IHILATOR

9

.

.

.

9

.

.

.

.

.

.

.

.

9

.

9

9

.

9

.

9

9

.

9

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

NOMOON основан на моем предыдущем генераторе динамиков OpenScad — Speakergen http://nothinglabs.blogspot.com/2014/09/speakergen-parametric-3d-printed.html.

NOMOON может создавать сферические корпуса динамиков любого объема. Вы можете настроить такие параметры, как толщина стенки, размеры басового порта, количество отверстий для винтов и т. д.

NOMOON также включает в себя подставку для динамика. Если ваши динамики имеют тенденцию вращаться вперед на подставках — стратегическое применение резиновой ленты может решить эту проблему.

 

Выбор драйвера

Вы можете использовать подобный инструмент для определения оптимального размера корпуса/порта для данного драйвера:
http://www.micka.de/org/en/index.php#ideal

Я создал несколько динамиков NOMOON, используя разные драйверы. Хитрость заключается в том, чтобы найти полнодиапазонные драйверы небольшого размера с круглыми креплениями. Многие динамики, которые вы видите в устройствах с круглым креплением, на самом деле установлены сзади.

До сих пор мне больше всего нравились динамики, которые я сделал с этими драйверами:
http://www.parts-express.com/vifa-ne65w-04-2-full-range-woofer–264-1046

В 1,1-литровом портированном корпусе, настроенном на 100 Гц, они обеспечивают расчетную F3 101 Гц.

Звучит очень красиво! Басы насыщенные (особенно для 2-дюймовых динамиков) — и высокие/средние частоты звучат хорошо.

Прекрасно подходят в качестве небольших настольных колонок. Это довольно мощные драйверы, и они должны хорошо работать в более крупной системе с сабвуфером.

Если вы хотите пропустить игру с OpenSCAD и просто напечатать себе динамик, я предоставил STL для описанной выше установки (это примерно 10-часовая печать с использованием примерно 0,5 фунта нити).

Прилагаемый STL включает в себя монтажные отверстия диаметром 3,25 мм, которые хорошо работают с крепежными винтами № 6 (лучше всего выглядит колпачок с торцевой головкой!). Крепежные отверстия на Vifa ne65w нужно будет немного просверлить, чтобы вставить эти винты.

Если вы можете сделать более крупный или длинный отпечаток — Vifa, Dayton и Fountek производят полнодиапазонные динамики диаметром 2,5–3,5 дюйма с круглым креплением, которые должны обеспечить более глубокий басовый отклик.

Другие драйверы, которые я использовал:
http://www.parts-express.com/dayton-audio-ce-series-ce28a-4r-1-1-8-round-frame-mini-speaker–285- 107
Устанавливается с запрессовкой. Расчетный отклик примерно до 200 Гц в корпусе с портами. Хорошие высокие/средние частоты – без баса. Низкая потребляемая мощность — и действительно требует, чтобы сабвуфер пересекался не ниже 200 Гц (но звучит неплохо в такой настройке).

http://www.parts-express.com/dayton-audio-ce-series-ce40p-8-1-1-2-mini-speaker–285-117

Необходимо отрезать «уши» по размеру с помощью ножниц – затем монтируется силиконовым уплотнителем. Терминалы громкоговорителей требуют настройки до отверстия (см. ниже). Отклик примерно до 150 Гц в портированном корпусе. Сносный звук (отсутствуют басы) сам по себе — но достойный, как сателлитные колонки.

Советы по дизайну

Я обнаружил, что отверстия на 3D-принтерах, как правило, получаются немного меньше, чем предполагалось, а некоторым динамикам требуются отверстия немного больше, чем указано в их спецификациях. Мой совет: сделайте монтажное отверстие динамика как можно большим, а не как можно меньше.

У некоторых динамиков есть разъемы, которые мешают установке в круглое отверстие. Для этого в скрипте предусмотрена опция makeTerminalNotch/связанные параметры. Другой вариант — разбить файл /Dremel.

По умолчанию создаются два отдельных отверстия для проволоки — одно сверху (для подвешивания), а другое сзади сферы (при использовании подставки). Вам, вероятно, придется немного просверлить отверстие, чтобы провод динамика прошел. Я не думаю, что второе маленькое отверстие так сильно влияет на качество звука (просто установите его диаметр равным нулю, чтобы оно не отображалось).

Примечание. Если вы используете более тяжелый динамик и хотите его повесить, вес динамика заставит весь динамик опрокинуться вперед. Добавление некоторого противовеса внутри динамика может решить эту проблему. Другой вариант — попытаться сместить отверстие для провода немного вперед, чтобы компенсировать это (вы можете сделать это в скрипте).

Печать

Используйте подложку при печати этой модели!

Может показаться нелогичным, что вы можете напечатать сферу без опор. Хитрость заключается в том, чтобы включить небольшую плоскую область внизу, которую удобно обеспечивает басовый порт. Если вы не используете басовый порт, NOMOON автоматически добавит плоский диск в нижнюю часть сферы, чтобы его можно было распечатать.

Нижние части сферы демонстрируют некоторые эффекты «скручивания» и при ближайшем рассмотрении выглядят немного корявыми. К счастью — это наименее заметная часть модели. В этом, вероятно, поможет закрытая/отапливаемая камера сборки.

Я печатал свои динамики, используя 3 корпуса с 10% заполнением и высотой слоя 200 микрон (используя серебристый PLA). Для меня они звучат хорошо, но аудиофилы могут захотеть увеличить толщину/заполнение.

Последний совет: наполните динамик полифиллом (из магазина тканей), чтобы улучшить качество звука.

Веселись!

3D-печать, все / ничего Постоянная ссылка

Топ-8 лучших программ для параметрического моделирования в 2022 году

Центр обучения 3D