Руководство по разработке 3D-моделей для FDM-принтеров
3D-печать набирает популярность семимильными шагами, а 3D-принтеры становятся всё более и более доступными. Это означает, что люди всё больше и больше перестают пользоваться сторонними услугами 3D-печати, а сами присоединяются к 3D-моделированию и пользуются собственными FDM-принтерами.
А это в свою очередь означает, что людям требуется всё больше и больше высококачественных моделей, которые можно распечатать в домашних условиях, и это с учетом того, что не каждая модель может быть создана по технологии FDM. Поэтому возникает вопрос: как сделать так, чтобы разрабатываемая модель была реализуемой по FDM-технологии 3D-печати?
TinkerCAD
Бесплатное приложение для тех, кто только начал заниматься моделированием и хочет получить на первое время простейший инструмент, пусть и с несколько ограниченными возможностями. Редактор работает в браузере в онлайн-режиме, что еще больше упрощает его использование — устанавливать ничего не придется, но надо быть постоянно онлайн. Для совсем неподготовленных пользователей на сайте приложения есть несколько бесплатных видеоуроков.
TinkerCAD — удобный и простой онлайн-инструмент
Модели в TinkerCAD строятся из простых форм, которые есть в шаблонах. Также можно загружать свои изображения или использовать модели, созданные другими пользователями (меню Community), в том числе те, которые сложно нарисовать новичку.
В TinkerCAD можно делать детальки для конструктора и прочую мелочевку, но со сложными конструкциями редактор уже не справится. Большой плюс в том, что программа позволяет сначала создать фигуру в 2D и преобразовать ее в 3D-объект. Единственный минус – русский язык не поддерживается, но интерфейс и так предельно понятный.
Компьютерное 3D-моделирование
Для того чтобы создать 3D-объект , необходимо воспользоваться компьютерной программой, которая предоставит необходимый инструментарий и шаблоны для проектировщика. Рассмотрим некоторые программы, которые позволяют осуществить компьютерное моделирование.
- Blender . Бесплатный 3D -редактор, вклад в совершенствование которого может сделать любой разбирающийся программист:
К преимуществам данного программного продукта можно отнести кроссплатформенность и низкие требования к аппаратному обеспечению ( железу ). Обладает достаточно широкими ( для бесплатного редактора ) возможностями, включая моделирование движущихся объектов.
- 3ds Max . Данный редактор имеет обширный функционал, ориентированный, прежде всего, на проектирование архитектурных сооружений и интерьеров помещений:
Имеет внушительное количество различных дополнений ( в том числе и для визуализации природных катаклизмов ). Для новичка, к сожалению, редактор достаточно сложен в освоении.
- CINEMA 4D . Программа, главным образом, ориентирована на создание 3D -моделей в играх и фильмах, при этом на удивление легко осваивается новичками. Последняя версия приложения вышла в 4 вариантах, каждый из которых « заточен » под определенный вид трехмерной разработки ( анимация, дизайн и т. д. ):
Цена этого редактора, по сравнению с конкурентами, также приятно удивляет.
- Maya . Мощнейший инструмент в руках профессионала, который позволяет моделировать практически любой объект:
Многие известные киностудии используют данный редактор при создании анимации.
Конвертация чертежей онлайн
В последние годы на рынке появляются и альтернативные методы 3D-моделирования. Например, немецкая компания CAD Schroer разработала комплекс из компьютерной программы MEDUSA4 Personal и онлайн-платформы CSG eSERVICES, которые позволяют превратить чертеж в трехмерный объект с сохранением в STL-файл. В десктопном ПО MEDUSA4 Personal пользователь открывает файл с двухмерным чертежом и запускает через пункт меню Model Reconstruct моделирование 3D-объекта. Сохраненный трехмерный объект в MOD-файле необходимо конвертировать онлайн в STL-файл. Единственным недостатком сервиса является оплата за каждую конверсию поштучно.
Slic3R
Цена: Бесплатно
Платформа: Windows / macOS / Linux
Slic3r — это 3D-движок с открытым исходным кодом, который генерирует G-код из файлов 3D CAD (OBJ, STL, AMF и 3MF). Он способен обрабатывать сложные модели, генерировать шаблоны заполнения и оценивать время печати G-кода.
Программное обеспечение оснащено множеством параметров конфигурации, которые позволяют пользователям настраивать и полностью контролировать свои проекты. Можно интегрировать Slic3r с серверными приложениями или использовать его из оболочки (через мощный интерфейс командной строки).
Пользователи могут выбрать печать более толстого заполнителя, чтобы извлечь выгоду из-за низкой высоты слоя по периметру, и при этом сохранить время печати в пределах необходимого количества. Slic3r будет контролировать скорость печати, чтобы каждый слой получал достаточно времени для охлаждения перед нанесением следующего слоя.
3DPinterOS
3DPrinterOS — облачная программа для управления 3D принтером. Она сочетает в себе функции слайсера, хоста и редактора файлов STL. В программе можно создавать очередь на печать, управлять принтером и системой подключаемых модулей на основе приложений для анализа и восстановления данных STL, а также выполнять облачную нарезку.
Бесплатный пакет Starter позволяет пользователям загружать G-коды и отправлять их в печать, удаленно контролировать процесс печати и получать поддержку на форуме единомышленников. За умеренную плату можно получить доступ к дополнительным функциям, включая возможность совместной работы над проектом.
По сути эта программа является универсальным средством конвертации файлов для печати в формат STL. Именно поэтому 3DPrinterOS подходит для небольшого бизнеса, обучения, производства и дизайна.
Требования к 3D модели для 3D печати
Чтобы 3D принтер выдал качественное изделие, в 3D модели для 3D печати должно быть выполнено несколько простых условий, соблюдать которые не составит большого труда. Первое, и самое главное, правило, — модель должна иметь замкнутую геометрию. Что это значит? Все 3D модели состоят из поверхностей, образующих замкнутый объём. В случае отсутствия одной поверхности (грани), модель не будет обладать физическим объемом, что делает её непригодной для 3D печати.
Также, принципиально чтобы плоскости, составляющие модель, не пересекались между собой и соединялись только боковыми гранями. Нам часто попадаются модели, в которых треугольники буквально «лежат» друг на друге. Как вы понимаете, это будет влиять на процесс 3D печати и отразится на качестве готового изделия в худшую сторону.
3D модель с разорванными гранями и инвертированными полигонами
Небольшое теоретическое отступление: в STL-файле 3D модель состоит из треугольных полигонов, описывающих её поверхность. Каждый треугольник (Triangle) имеет вектор нормали — параметр, определяющий внутреннюю и наружную сторону полигона. Огромное значение имеет правильное расставление векторов нормали: они должны быть направлены строго внутрь объёма модели. В противном случае 3D принтер может неправильно воспринять данные о поверхности изделия и начать печатать вне объёма модели. Как результат, существует вероятность того, что каретка устройства будет врезаться в направляющие оси, что чревато серьёзными последствиями — повреждением как механических, так и электрических составляющих принтера.
Инвертированные полигоны в 3D модели
В программах по 3D моделированию бывает сложно оценить все особенности построенного образца и пригодность 3D модели для 3D печати. Для таких целей существует ряд программного обеспечения, не только демонстрирующего, но и исправляющего погрешности 3D моделей. Для примера можно привести продукт известной компании Autodesk под названием NetFabb. После загрузки файла в программу она автоматически покажет неточные участки путём отображения их в красном цвете. В случае высокополигональных моделей с малым размером треугольников, деформации могут не быть представлены таким образом. Вместо этого NetFabb выдаст предупреждение в виде восклицательного знака, означающее, что 3D модель нуждается в исправлении.
Некачественная 3D модель
Чаще всего программа может произвести корректировку ошибок самостоятельно в автоматическом режиме, но при наличии слишком больших погрешностей сложной формы такой метод окажется неэффективным. Также программным обеспечением предусмотрена возможность ручного исправления отдельных треугольников.
Итоги работы
Если пытаться сделать фотограмметрию на камеру телефона, итог вряд ли сильно впечатлит вас, однако приемлемых результатов добиться все-таки можно. Многое зависит от самой модели: ее текстуры, отражающей способности, цвета, дизайна.
Свои коррективы вносит и фон, на котором производится фотосъемка объекта. Так, глянцевый материал отражает много света на текстуру модели, поэтому лучше использовать матовые однородные фоны.
Если же учесть все нюансы, то можно добиться действительно качественных результатов. Следует помнить, что 3D-модель, полученная с помощью фотограмметрии в домашних условиях, почти наверняка потребует доработки в 3D-редакторе.
Тем не менее, такой метод сканирования может сэкономить вам уйму времени при моделировании сложных деталей. Кроме того, он служит альтернативой трехмерному сканеру, покупка которого сильно ударила бы по карману.
