в каком формате сохранять 3д модель для печати
Требования к моделям для 3D печати
Наверное, каждый 3D моделлер хотя бы раз задумывался над распечаткой своей модели на принтере. Тем более, что сегодня это перестает быть чем-то удивительным.
Задумывались ли Вы, что для этого нужно? Есть ли какие-то требования к модели, или любая модель может быть отправлена на принтер? Моделирование для видеоигр, кино или любого вида визуализации отличается от моделирования для печати.
В этой статье я не описываю детально способы и инструменты, которыми можно добиться нужного результата – это темы обширные и требуют отдельного рассмотрения. Сейчас поговорим о целях: что нужно получить на выходе моделирования, если задумали модель распечатать.
Вот примеры 3Д принтеров и результатов печати. Высокие палочки и узоры – это поддержки, на которые опирается модель при печати. Позже их срезают, и, скорее всего, понадобится небольшая обработка мест среза, чтобы убрать следы поддержек.
Качество печати зависит от очень многих факторов: от принтера, вида пластика, как именно расположена ваша модель на столе печати, даже от температуры в комнате. Чтобы ваша модель была распечатана успешно, небходимо придерживаться определенных правил моделирования и предпечатной подготовки.
Целостность, или водонепроницаемость модели (монолит)
Это означает, что в модели нет пустот, что все ее детали объединены между собой в единый монолит. После моделирования разных элементов модели необходимо их объединить, сбулить вместе. Если посмотреть на такую модель в разрезе, то мы увидим единый контур – результат булевской операции объединения.
Поднутрения
Как мы видим на картинке, все пуговицы приклеены дополнительными элементами к основной модели. Они не висят в воздухе и не прикасаются к модели частично, а полностью, хорошо присоединены к ней. Если мелкие элементы, такие как пуговицы, хорошо прилегают к основе, они не отпадут и не будут распечатаны частично. Модель не должна иметь никаких просветов между деталями.
Вообразите, что модель помещают в жидкость, и она не должна затечь в щели или «карманы» между деталями.
В случае, если с модели будут снимать гипсовую или резиновую форму, эти поднутрения, или обратные углы, особенно важны. Их легко пропустить невооруженным взглядом, поэтому рекомендуется проверять модель в разрезе в специальных программах предпечатной подготовки.
Что может произойти, если мы пропустили поднутрения и не объединили все части модели друг к другу, как следует?
Вот пример, когда рюкзак имел поднутрение: очень маленькую толщину и воздух внутри – в результате он рассыпался. Правильно бы было не делать толщину рюкзаку вообще, и хорошо углубить его в основную модель, потом объединить булевской операцией.
Размер печатаемого файла в Мегабайтах
Немаловажным вопросом является размера файла, который Вы собираетесь печатать. Модель должна быть легкой в работе, не должна загружать компьютер и принтер до отказа, поэтому понадобится уменьшение файла.
Вот пример одного и того же файла до облегчения и после.
Есть такие способы уменьшить размер файла, как десимация (Decimation) в Zbrush и триангуляция (Triangulation), например, в Materialize Magics.
Модель, при этом, в качестве не теряет. После распечатки этих обоих файлов вы разницы не увидите. Однако, как важно и желательно, чтобы ваша модель была удобна в работе.
Тяжелые модели неповоротливые, долго грузятся и просчитываются перед печатью. Ваша модель будет печататься вместе с остальными моделями на столе, и она не должна загружать компьютер до отказа. Поэтому следите за весом файла и облегчайте перед отправкой.
Правильный масштаб и детализация модели
Как правило, на принтере печатаюся мелкие объекты, такие как миниатюры или ювелирные изделия. Стоит ли говорить, как важно прислать файл на печать в правильном размере?
Прежде всего, нужно перепроверить, в каких единицах измерения вы работаете, и не отправить в сантиметрах то, что должно быть напечатано в миллиметрах. Специалист по печати может заметить ошибку и указать, что модель слишком маленькая или слишком большая, но он не должен и не может знать, какого размера модель вам заказана.
Что касается деталей на модели, то я не рекомендовала бы делать модель в неопределенном размере или полноразмерную (в рост человека), а потом уменьшать ее. Если мы имеем дело с миниатюрой, то просто уменьшить крупную модель до нужного масштаба не достаточно.
При уменьшении детали становятся слишком мелкими. Они могут не пропечататься или не читаться выразительно в готовом изделии. Здесь необходима будет гипертрофация: преувеличение толщин и деталей.
Так, например, голова Бисмарка здесь около 15 мм, и козырек на шлеме не такой, как в жизни, тонкий, а утолщенный. Иначе, уменьшив модель, мы получим козырек настолько тонкий, что он может не напечататься или покрошиться – мы имеем дело с тонким пластиком.
Такие детали на шлеме, как застежка или заклепки, тоже увеличены – только так они в реальной жизни будут заметны невооруженным взглядом.
И наоборот, если ваша модель имеет очень тонкие узоры, которые выходят за пределы разрешения принтера, то не стоит их и прорисовывать. Слишком мелкие детали смажутся и сольются, или, вовсе, не напечатаются.
Поэтому поинтересуйтесь разрешением принтера, в каком качестве модель планируют печатать и упускайте моделирование тех деталей, которые меньше него.
Способность пройти предпечатную программную проверку (STL Check)
Еще можно этот принцип назвать «чистотой геометрии».
Термин «Вылеченный файл» используется для модели, которая:
— состоит из единого объекта (монолит)
— не имеет дыр
(незакрытых треугольников)
— не имеет треугольников, которые пересекаются или накладываются друг на друга, создавая двойную поверхность.
Все эти дефекты геометрии образуются как во время моделирования (нахлесты сетки, незакрытые дыры), так и
во время булевских операций и экспорта файла. Модель перед печатью должна быть проверена в таких программах, как, например, Materialize Magics, Netfabb или их аналогах.
Хронологически шаги, которые нужно предпринять для соблюдения принципов печати, можно выстроить так.
Первые три блока: целостность модели, поднутрения и масштаб – относятся к этапу моделирования. Вы изначально, создавая модель, держите в голове эти принципы, и к окончанию моделирования у вас уже почти все готово к печати.
Посление 2 принципа: легкий файл и успешная проверка – это уже предпечатная подготовка, делается после моделирования.
Множетсво нюансов, которые нужно держать в голове в процессе моделирования под печать, могут показаться сложными, но не стоит расстраиваться! Однажды напечатав свою модель, подержав ее в руках, вы поймете, как именно нужно сделать следующую. Немного практики, и все у вас получится! Воплощайте свои творческие идеи в жизнь!
Файлы STL и 3D-печать – как использовать файл формата STL
Как и во многих форматах файлов, существуют другие объяснения того, как этот тип файла получил свое название: например, стандартная тесселяция, что означает разбиение на слои или наложение геометрических фигур и узоров.
Что такое формат файла STL
Простое для понимания определение формата файла STL объясняет его как треугольное представление трехмерного объекта. Если вы посмотрите на изображение, чертеж САПР использует плавные линии окружности, а чертеж STL показывает поверхность этого круга в виде серии соединенных треугольников.
Как вы можете видеть на фотографии/чертеже, полный файл САПР круга будет выглядеть, как круг, но версия STL представляет собой набор или сетку треугольников, заполняющих это пространство, чтобы проект был пригоден для печати большинством 3D принтеров. Именно поэтому вы услышите, как люди называют или описывают чертежи 3D-принтера как файлы-сетки – потому что они не сплошные, а состоят из треугольников, создающих сетку или сетчатый внешний вид.
3D-принтеры работают с файлами в формате STL. Большинство программных 3D-пакетов, таких как AutoCAD, SolidWorks, Pro/Engineer (теперь это PTC Creo Parametric), помимо прочего, могут создавать STL-файлы самостоятельно или с помощью дополнительного инструмента.
Создание файла STL
После того, как вы спроектируете свою модель в программе CAD, у вас есть возможность сохранить файл в формате STL. В зависимости от программы и выполняемой работы, вам может потребоваться нажать «Сохранить как», чтобы увидеть параметр файла STL. Опять же, формат файла STL – это рендеринг или создание поверхности вашего объекта в виде сетки треугольников.
Когда вы выполняете 3D-сканирование объекта с помощью лазерного сканера или какого-либо цифрового устройства обработки изображений, вы обычно получаете не сетчатую, а цельную модель, как если бы вы создали нарисованный с нуля 3D-чертеж САПР.
Программы САПР делают большую часть этого довольно простым делом, выполняя работу за вас, однако, некоторые программы трехмерного моделирования дадут вам больший контроль над количеством и размером, например, треугольников, что может дать вам более плотную или сложную поверхность сетки, и, следовательно, лучшую 3D-печать.
Не вдаваясь в специфику различных 3D-программ, вы можете изменить несколько факторов, чтобы создать лучший файл STL:
Что такое «плохой» файл STL
Хороший файл STL должен соответствовать двум правилам. Первое правило гласит, что смежные треугольники должны иметь две общие вершины. Во-вторых, ориентация треугольников (какая сторона треугольника входит, а какая сторона выходит), как указано вершинами и нормалями, должна совпадать. Если ни один из этих двух критериев не выполняется, файл STL относится к плохим.
Часто STL-файл можно назвать «плохим» из-за проблем с преобразованием. Во многих системах САПР число треугольников, представляющих модель, может быть определено пользователем. Если создано слишком много треугольников, размер STL-файла может стать неуправляемым. Если создано слишком мало треугольников, изогнутые области не определяются должным образом, и цилиндр начинает выглядеть как шестиугольник.
Файлы объемных моделей и как с ними работать
Почти все знают в какие виды файлов используются для сохранения изображений: PNG, JPG, BMP, TIFF и другие. Но что насчёт объемных моделей? Казалось бы, у нас добавляется третье измерение, но при этом размер файла зачастую меньше, чем даже изображение этой же модели. В этой статье мы расскажем вам всё, что необходимо знать о файлах для хранения моделей и даже больше: способы конвертации, особенности каждого из видов файлов, а также формат файлов для 3D-печати.
Особенности хранения 3D-моделей
Полигональная модель дельфина
Хоть данный метод сохранения в виде полигонов нельзя назвать растровым, данные методы имеют много общего: невозможность увеличить качество, прямая зависимость между качеством и весом файла, простота в редактировании. Это наиболее практичный формат для сохранения и использования моделей в 3D-печати, но не единственный. Далее мы рассмотрим наиболее популярные форматы для хранения 3D-моделей.
Универсальные форматы файлов 3D-моделей
На самом деле существует столь же много различных методов хранения 3D-моделей, сколь много их существует для хранения фото и видео. Но существуют и универсальные форматы, которые, хоть и с некоторыми ограничениями, можно открывать почти в любой программе.
Формат STL широко используется благодаря простоте своей структуры: полигоны (фасеты) и их нормали. Первые нужны для задания поверхности, а вторые для указания где находится внешняя сторона полигона. Поэтому данный формат можно считать самым универсальным.
Сравнение CAD модели и STL модели
Из-за того, что модель задается с помощью множества треугольников, то нельзя точно задать криволинейные поверхности, ведь для этого понадобится бесконечное количество треугольников, а следовательно и бесконечное хранилище данных. Но при использовании в 3D-печати данный минус не столь важен, так как точность, задаваемая с помощью треугольников, выше точности печати.
Этот формат очень похож на STL, но отличается возможностью наложения текстур, заданием материала и хранением иной информации. Поэтому OBJ можно назвать расширенной версией STL и предназначен он по большей части для программ художественного моделирования, таких как Blender, Autodesk Maya, 3Ds Max, Meshlab и другие.
Обработка модели формата OBJ в программе Blender
Создание модели в САПР SolidWorks
Собственные форматы
Инженерные программы
Художественные программы
К данной категории можно отнести программы, созданные для визуализации: мультипликация, спецэффекты, создание фигурок и моделей для видеоигр. В отличии от предыдущего случая, в программах художественного моделирования царит хаос. У каждой программы есть свой собственный формат, а общий формат STL ограничивает функционал каждой из программ до простейших инструментов. Но этого хватит для создания моделей, которые в дальнейшем будут напечатаны на 3D-принтере, так как важна лишь геометрия модели.
На самом деле Gcode является больше, чем просто форматом файла. Это отдельный язык программирования. Но вместо исполнения команд компьютером, команды на данном языке исполняет 3D-принтер. Изначально данный язык разрабатывался для сложных ЧПУ станков, а 3D-принтер и является одним из простейших представителей данного вида устройств. В отличии от предыдущих форматов, gcode можно легко редактировать вручную, тем самым отдавая команды принтеру напрямую, в обход компьютера. С помощью этого можно создавать макросы, позволяющие облегчить работу с 3D-принтером. Подробнее о работе с языком gcode и о создании макросов можете прочитать в статье на нашем сайте.
Конвертация форматов файлов 3D-моделей
Если у вас появилась необходимость в перемещении модели между программами для 3D-моделирования, то стоит определить, в какой группе находится программа откуда и куда вы хотите переместить модель. Если вы переносите её из одной САПР программы в другую, то лучше всего использовать формат STEP, чтобы не ограничивать количество инструментов для дальнейшего моделирования. Во всех остальных случаях единственным вариантом будет формат STL, который могут распознать некоторые САПР и в который художественные программы могут сохранять модель. Стоит учитывать, что при переносе модели из художественной программы в САПР каждый полигон переносится как отдельная поверхность, поэтому работа с файлами формата STL в инженерных программах может вызвать трудности как в обработке, так и в простом просмотре модели. Связано это с принципами работы САПР: он выполняет обработку каждой поверхности в отдельности, а чем больше поверхностей, тем больше необходимо выполнить расчетов для одной операции.
Совет: если при переносе модели из программы художественного моделирования в САПР качество модели не столь важно, то лучше как можно больше уменьшить количество полигонов. Таким образом уменьшается нагрузка на компьютер и увеличивается быстродействие при обработке модели в САПР.
10 правил подготовки модели к 3D печати
Скачал модель, распечатал, пользуйся — что может быть проще!? Но, если говорить про FDM 3D-принтеры, то не каждую модель можно распечатать, и практически каждую модель(не подготовленную для 3D-печати) приходится подготавливать, а для этого необходимо представлять как проходит эта 3D-печать.
Для начала пара определений:
Слайсер – программа для перевода 3D модели в управляющий код для 3D принтера.(есть из чего выбрать: Kisslacer, Slic3r, Skineforge и др.). Она необходима, т.к. принтер не сможет скушать сразу 3D модель (по крайней мере не тот принтер о котором идёт речь).
Слайсинг (слайсить) – процесс перевода 3D модели в управляющий код.
Модель режется (слайстися) по слоям. Каждый слой состоит из периметра и/или заливки. Модель может иметь разный процент заполнения заливкой, также заливки может и не быть (пустотелая модель).
На каждом слое происходят перемещения по осям XY с нанесением расплава пластика. После печати одного слоя происходит перемещение по оси Z на слой выше, печатается следующий слой и так далее.
1.Сетка
Пересекающиеся грани и ребра могут привести к забавным артефактам слайсинга. Поэтому если модель состоит из нескольких объектов, то их необходимо свести в один.
Но нужно сказать, что не все слайсеры чувствительны к сетке (например, Slic3er).
И даже если сетка кривая, а исправлять её руками лень, то есть прекрасный бесплатный облачный сервис сloud.nettfab.com, который поможет в большинстве случаев.
2. Плоское основание
Желательное, но не обязательное правило. Плоское основание поможет модели лучше держаться на столе принтера. Если модель отклеится (этот процесс называют деламинацией), то нарушится геометрия основания модели, а это может привести к смещению координат XY, что ещё хуже.
Если модель не имеет плоское основание или площадь основания мала, то её печатают на рафте — напечатанной подложке. Рафт портит поверхность модели, с которой соприкасается. Поэтому при возможности лучше обойтись без него.
3. Толщина стенок
Стенки должны быть равными или толще, чем диаметр сопла. Иначе принтер просто не сможет их напечатать. Толщина стенки зависит от того, сколько периметров будет печататься. Так при 3 периметрах и сопле 0,5mm толщина стенок должна быть от 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3mm, а свыше может быть любой. Т.е.толщина стенки должна быть кратна диаметру сопла если она меньше N*d, где N — количество периметров, d — диаметр сопла.
4. Минимум нависающих элементов
Для каждого нависающего элемента необходима поддерживающая конструкция – поддержка. Чем меньше нависающих элементов, тем меньше поддержек нужно, тем меньше нужно тратить материала и времени печати на них и тем дешевле будет печать.
Кроме того поддержка портит поверхность, соприкасающуюся с ней.
Допускается печать без поддержек стенок, которые имеют угол наклона не более 70 градусов.
5. Точность
Точность по осям XY зависит от люфтов, жёсткости конструкции, ремней, в общем, от механики принтера. И составляет примерно 0.3 мм для хоббийных принтеров.
Точность по оси Z определяется высотой слоя ( 0.1-0.4 мм). Отсюда и высота модели будет кратна высоте слоя.
Также необходимо учитывать, что после остывания материал усаживается, а вместе с этим изменяется геометрия объекта.
Существует ещё программная сторона проблемы — не каждый слайсер корректно обрабатывает внутренние размеры, поэтому диаметр отверстий лучше увеличить на 0.1-0.2 мм.
6. Мелкие детали
Мелкие детали достаточно сложно воспроизводятся на FDM принтере. Их вообще невозможно воспроизвести, если они меньше, чем диаметр сопла. Кроме того при обработке поверхности мелкие детали станут менее заметны или исчезнут вовсе.
7. Узкие места
Узкие места очень сложно обрабатывать. По возможности необходимо избегать таких мест, требующих обработки, к которым невозможно подобраться со шкуркой или микродрелью. Конечно, можно обрабатывать поверхность в ванне с растворителем, но тогда оплавятся мелкие элементы.
8. Большие модели
При моделировании необходимо учитывать максимально возможные габариты печати. В случае если модель больше этих габаритов, то её необходимо разрезать, чтобы напечатать по частям. А так как эти части будут склеиваться, то неплохо бы сразу предусмотреть соединения, например, «ласточкин хвост».
9. Расположение на рабочем столе
От того, как расположить модель на рабочем столе зависит её прочность.
Нагрузка должна распределяться поперек слоев печати, а не вдоль. Иначе слои могут разойтись, т.к. сцепление между слоями не 100%.
Чтобы было понятно, взглянем на две Г-образные модели. Линиями показаны слои печати.
От того как приложена сила относительно слоёв зависит прочность напечатанной детали. В данном случае для правой «Г» достаточно будет небольшой силы, чтобы сломать её.
10. Формат файла
Слайсеры работают с форматом файла STL. Поэтому сохранять модель для печати нужно именно в этом формате. Практически любой 3D редактор умеет экспортировать в этот формат самостоятельно или с использованием плагинов.
PS:
Теперь вы знаете тонкости моделирования для FDM 3D печати и, надеюсь, они вам пригодятся. Удачного 3D-моделирования!
8 самых распространенных форматов 3D файлов
Существуют разные форматы для хранения информации о 3D моделях. Наверняка вы слышали про самые популярные из них вроде: STL, OBJ, FBX, COLLADA и т.п. Они широко используются в 3D печати, видеоиграх, кино, архитектуре, медицине, конструировании и в процессе обучения. При этом в каждой из перечисленный сфер есть свои наиболее популярные форматы, которые сформировались в силу исторических или практических причин. В статье ниже мы рассмотрим различные форматы файлов 3D моделей и более детально остановимся на 8 самых популярных на сегодняшний день.
Что такое формат 3D файла?
Геометрия модели описывает ее форму. Внешний вид включает в себя цвета, текстуры, материал и т.п. Под сценой подразумевается расположение источников освещения, камер и периферийных объектов. Ну и анимация характеризует перемещения 3D модели.
Однако не все форматы 3D файлов хранят всю эту информацию. Например, STL формат хранит только информацию о геометрии и игнорирует остальные дынные. С другой стороны, COLLADA сохраняет все эти данные.
Сколько существует форматов 3D файлов?
И вот тут окажется, что все не так просто как хотелось бы. Ваш AutoCad дает на выходе файл формата DWG, так как это его «родной» формат. А Blender (софт вашего друга), работает только с BLEND файлами. То есть вы не сможете вдвоем работать над одной и той же 3D моделью.
Универсальные форматы 3D файлов решают проблему
Для решения проблемы совместимости используются универсальные или open source форматы. Ну и естественно, эти форматы стали очень популярными.
В таблице ниже сведены 8 самых популярных форматов 3D файлов и их тип.
Перед тем как перейти к детальному анализу каждого из форматов, давайте сначала рассмотрим их общие особенности и разберемся с важными пунктами, которые помогут вам выбрать подходящий формат для вашего проекта.
Общие характеристики разных форматов 3D файлов
Большинство характеристик мы уже упоминали выше.
Кодирование геометрии 3D модели
Каждая 3D модель имеет уникальную геометрию и кодировка этой геометрии является основой любого формата файла 3D модели.
Аппроксимирующая сетка
Во процессе этого метода кодирования, поверхность 3D модели покрывается сеткой небольших вообржаемых полигонов. Чаще всего используются треугольники. В файле сохраняются вершины и векторы-нормали к сторонам треугольников. Блягодаря этому можно достаточно точно отобразить геометрию поверхности 3D модели.
