Как приготовить модель для 3D-печати

Выбираем лучшее из имеющегося опыта

Итак, собираем 3d принтер своими руками. Сделать его из отдельных комплектующих, например, датчиков и шаговых двигателей, могут себе позволить только инженеры-кулибины. Для большинства людей воплощение в жизнь такой задачи даже при наличии проекта – это не реализуемая идея. Однако, можно пойти другим путем и использовать готовые модули, из которых получается готовое устройство. Общий принцип сборки, надеемся, уже понятен.

Осталось выбрать готовые модули, которые могут быть использованы в самостоятельной сборке такого устройства (на фото):

 Конструкция представляет собой корпус, собранный из отдельных деталей, выполненных по чертежам из фанеры на лазерной резке. Пример можно посмотреть у UltiMaker Original (предлагаем пошаговую инструкцию на английском в PDF в виде слайд-презентации, всего 109 страниц). Можно начинать работы, сделав стол для 3D принтера.

Ultimaker original assembly_manual_v1.1 from Franck Lecluse

 Позиционирующая рамка (ее также называют скоростной кинематикой), самая лучшая и точная – это H BOT. Она есть в продаже и представляет собой уже готовую рельсовую рамку, обеспечивающую отличную базу позиционирования сопла на рельсовом механизме. H BOT впервые показан был в устройстве от Replicator 5, аналог есть MakerBot.

В качестве электроники в самостоятельно собранных моделях себя отлично показал RAMPS 1.4 c прошивкой MARLIN.

В качестве основы, опыт показывает, лучше всего подходят полупромышленные модели Signum Thingiverse, а также ZAV, которые можно найти на Робофоруме.

Корпусные рамки доступны уже в продаже, но их можно сделать по собственным чертежам, которые составляются по визуальному примеру. На их базе можно увидеть не один 3D принтер, собранный своими руками.

Итоговые параметры самодельного 3D принтера

1.  Размеры заготовки 20*20*20 см.
2.  Материал – любой пластик с диаметром нити 1,6-1,9 мм;
3.  Скорость печати – 200 мм/с, высокоскоростная подача материала.

Некоторые важные дополнения к пошаговой инструкции

Рекомендуем обратить внимание и доработать уже собранную конструкцию 3D принтера, выполнив следующие изменения:

•  Необходимо изолировать шаговые двигатели и установить на них охлаждение;
• Чтобы получить термокамеру, конструкцию собираем со стеклом. Особенно оно актуально при установке второго экструдера с целью повышения скорости печати и создания более сложных форм.
• Также можно заимствовать позитивный и известный многим опыт китайских разработчиков makeblock на платформе i3 – речь идет о фирменной раме, доступной в продаже. Для управления с компьютера используется arduino mega 2560+ ramps с софтом printrun, который можно свободно скачать.

Что такое Arduino MEGA 2560? Это микроконтролер на основе ATmega2560. В него входит все необходимое для управления периферическим устройством типа 3D принтера. Arduino представляет собой довольно сложное устройство для неопытных пользователей, с которым однако, можно просто разобраться при необходимости. Можно использовать рекомендованный микроконтролер RAMPS 1.4. Для сборки рекомендуем собирать по PDF файлам, показанным выше.

Как же создать модель для печати на 3D-принтере

Шаг 1. Моделирование 3D-прототипа

Напечатать можно практически любую модель, от органичных скульптур, сделанных в ZBrush, до математических абстракций или даже вашего персонажа в компьютерной игре. Но следует помнить, что 3D-модель станет реальной вещью, поэтому не нужно забывать о силе тяжести, распределении веса и прочности.

Например, если вы хотите напечатать фигурку, проверьте, сможет ли она стоять на своих двух — или больше — ногах или стоит добавить плоскую подставку.

На картинке показано моделирование чашки кофе c 8 ручками, также известной как “Octocup”. Она должна устойчиво стоять на столе и удерживать жидкость (ведь в этом и есть функция чашки), поэтому придать ей сумасшедшие асимметричные формы не получится. Иначе чашка просто завалится набок! Предпочтительнее всего сохранить ее в форматах .obj или .stl.

Шаг 2. Формируем пустоты в 3D-модели

Мы уже упоминали, что для экономии материалов желательно сделать 3D-модель полой. Опять же, в зависимости от материала и способа 3D-печати, толщина стенки может варьироваться. В данном случае стоит остановиться на 3 мм.
Использовать будем программу MeshLab, которая лучше всего подходит для такого рода задач.

Все, что нужно — создать смещенную копию модели с желаемой толщиной внутри основной.
Используйте следующие пункты в верхнем меню: Filters > Remeshing > Uniform Mesh Resampling (если у вас другая программа, названия могут отличаться). Настройте параметры: Precision 1.0, Offset value -3 (это задает толщину стенки) и проставьте галочки в Clean vertices и Multisample. Таким образом, получится отличная внутренняя поверхность.
Теперь надо развернуть нормали в другую сторону, чтоб модель определялась как полая — для этого через меню View > Show layer dialog выделяем нужный слой, а затем используем Filters > Normals > Invert Faces Orientation для инвертирования нормалей.

Для сохранения файла выбираем следующее: Layer > Flatten Visible Layers File > Export Mesh as.

Затем необходимо сделать небольшое отверстие для того, чтоб внутри изделия не осталось избыточного материала. Для этого сгодится любой 3D-редактор. Необходимый диаметр отверстия — как правило, двойная толщина стенки, то есть 6 мм в нашем случае.

Шаг 3. “Подчищаем” 3D-прототип

3D-принтеры довольно придирчивы к качеству моделей, поэтому данному этапу нужно уделить особое внимание. Убираем соприкасающиеся грани, синхронизируем направления нормалей

Для дальнейшей подготовки мы будем использовать netfabb Studio Basic, бесплатную программу, предназначенную специально для этого.

Открываем файл и запускаем автоматическую обработку, которая закроет дырки в модели. Для этого используем Extras > Repair, а затем — Automatic Repair > Apply Repair. Чтобы сохранить, жмем Part > Export part > As STL (binary) и вводим имя файла.

Затем вам останется только принести диск или флэшку с файлом в центр 3D-печати, где его транслируют в специальный G-код, то есть инструкции для машины по печати объекта. И вскоре вы получите готовый и еще теплый макет, который совсем недавно существовал только на экране компьютера!

Сведения о 3D-моделях

Понятие 3D, так прочно обосновавшееся в нашей жизни, является сокращением от английского 3-dimensional (в трех измерениях). Как известно еще со школьных уроков геометрии, чтобы квадрат стал кубом, к обычной длине и ширине необходимо добавить высоту, которая и выступает в качестве третьего измерения.

За 3D-модель можно смело принимать любую скульптуру, а этот жанр искусства появился несколько тысячелетий назад. Архитекторы очень часто прибегают к построению макетов, чтобы более точно представлять конструкцию здания.

В современном мире, где технологии с каждым днем упрощают человеческую жизнь, 3D-моделированием занимаются компьютеры. Строить объемные изображения можно буквально на «пустом месте», руководствуясь приблизительными данными о визуализации объекта (к примеру, спроектировать персонажа видеоигры, у которого нет прототипа в реальном мире). Данный прием называется компьютерным моделированием.

Существует еще такой вариант, как создать 3D-модель, основываясь на многочисленных фотографиях объекта с различных ракурсов.

3D-моделирование применяется во многих областях человеческой жизни. Перечислим некоторые из них:

• Архитектура. Никто не отрицает преимуществ макетов, однако, если заказчик вдруг пожелает увеличить размер комнаты или добавить пару-тройку этажей, архитектору придется заново конструировать картонную модель. А используя компьютерные программы, можно управиться за несколько кликов;
• Игры и кино. Анимация в наше время по своему качеству начинает превосходить реальный мир (смотрите на фильм «Аватар»). Любого человека можно сделать персонажем компьютерной игры, перенеся все особенности реальной внешности в виртуальный мир;
• Военная тактика. 3Д-моделирование местности помогает стратегам лучше спланировать маневры, соотнести риски и принять наиболее правильное решение;
• Дизайн. Здесь можно представлять все, что угодно: от модных платьев и украшений до интерьеров помещений. Так как творец по своей природе – очень беспокойная и переменчивая натура, то перед непосредственным созданием дизайнер должен быть на 100% уверен, что точно представляет готовое изделие. А 3D-моделирование выступает лучшим помощником в этом деле.

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:

железудля бесплатного редактора

3ds Max. Данный редактор имеет обширный функционал, ориентированный, прежде всего, на проектирование архитектурных сооружений и интерьеров помещений:

в том числе и для визуализации природных катаклизмов

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.):

3D-моделирование из фотографий

Если вам требуется создать объемную копию объекта из реального мира, не следует конструировать всё с нуля, ведь можно воспользоваться фотографиями, на которых четко запечатлены основные детали. В серьезных проектах профессионалы для такой работы используют множество фотографий с различных ракурсов, а затем с помощью сложных программ комбинируют полученные данные в одно изображение.

Но как быть, если вы не обладаете необходимым опытом и знаниями, но хотите получить, например, трехмерную модель головы человека?

Создание 3D-моделей из фотографий возможно и без специальных знаний с помощью простых в освоении программ. Ниже приведены некоторые подходящие редакторы:

FaceGen Modeller. Данная программа активно применяется при разработке лиц персонажей для малобюджетных компьютерных игр. После того, как пользователь выберет подходящие параметры головы и лица, можно «наложить» фотографию человека:

3D

Strata Foto 3D. Программа автоматически создает трехмерные объекты на основе нескольких фотографий:

3D

Project Photofly. Данное решение отличается тем, что перевод фотографий в трехмерные изображения производится не на компьютере пользователя, а на удаленном сервере, что позволяет решать проблему низких возможностей аппаратного обеспечения клиентов:

Существуют 3D-редакторы различной сложности и с отличающимся набором возможностей, поэтому как новички, так и профессионалы смогут подобрать для себя подходящую программу.

Создание моделей для 3d-принтера

Печатью на 3d-принтере уже никого не удивишь, этот процесс уже довольно популярный и нашел самые различные, мыслимые и немыслимые применения. С помощью 3d-принтера печатают детали космических кораблей, автомобилей и других сложных объектов, как маленьких размеров, так и размером с дом, а можно напечатать и целый дом.3d-принтеру без разницы, что печатать, он может напечатать 3d-модель совершенно любой конструкции и дизайна. С данной технологией самым важным становится создание качественных 3d-моделей, так как их печать становится уже делом техники.

Качественная модель предусматривает:

— Надежность конструкции. Деталь должна выдерживать расчетные нагрузки, выполнять свое функциональное назначение. Не должны присутствовать хлипкие, не надежные конструктивные элементы.

— Долговечность. Деталь, если она не является выплавляемой моделью для производства литейных форм, должна быть, как минимум не одноразовой. Долговечность должна быть заложена в самой конструкции.

— Удобство применения. Деталь должна быть не только надежной, но и удобной в использовании для конечного пользователя.

— Красивый дизайн. Сегодня это самый важный критерий, так как надежность и удобство это само собой разумеющаяся вещь, но и на их уровне можно конкурировать, хотя основная конкуренция сегодня уже перешла на уровень дизайна.

Все эти принципы мы учитываем в обязательном порядке при создании 3d-моделей новых изделий. Большой опыт моделирования твердотельных, поверхностных, а также полигональных моделей позволяет реализовывать любые дизайнерские задумки, учитывая принципы надежности, долговечности и удобства. Мы разрабатываем совершенно различные 3d-модели для станков с ЧПУ, лазерных станков и конечно же для 3d-принтеров.

Модели для 3d-принтера

В чем особенность моделей для 3d-принтера? Программы для печати 3d-принтера используют модели в формате .stl. Поверхности таких моделей состоят из треугольников, или координат XYZ трех точек каждого треугольника, поэтому модель может быть представлена в виде текста – текстовый формат. В бинарном формате такие треугольники являются полигонами.

Stl модели можно разрабатывать прямо в программах и редакторах для 3d-печати. А возможно экспортировать модели CAD-формата, созданных в различных CAD-системах, в stl формат. Все наиболее известные CAD-системы обладают такой возможностью и делают это хорошо.
 
Что если наоборот, stl модель, например, сканированную с помощью 3d-сканера, перевести в CAD-формат, т.е. векторный формат. Модель, которая состояла из множества треугольников будет состоять из математических фигур – цилиндров, плоскостей, радиусных скруглений и т.д. При этом могут потеряться какие-то мелкие элементы детали.

Stl модель не подходит для станков с ЧПУ, там используется в большинстве случаев твердотельные модели, но для 3d-печати она подходит, как нельзя лучше.

Особенности моделей для 3d-печати

Как и любая другая деятельность, 3d-печать имеет ряд нюансов, которые необходимо учитывать для достижения успеха.

1. Необходимо учитывать толщину стенок модели, так как печать ограничена размером сопла, т.е. при сопле 0,5 мм стенка меньше 0,5 не может быть напечатана.

2. Нависающий элемент требует его поддержки, необходимо предусматривать это уже на этапе создания модели, а желательно и вовсе отказываться от таких элементов в конструкции.

3. Большие модели печатаются по частям, поэтому на этапе создания моделей необходимо предусматривать более эффективное их разделение на части, и предусмотрение замков для придания жесткости сборному соединению.

Эти и многие другие факторы необходимо учитывать при разработке stl модели для 3d-печати.

Мы разрабатываем stl модели любой сложности, учитывая, как особенности 3d-печати, так и качественные характеристики будущего изделия, а именно надежность, долговечность, удобство и красота.
 
Кроме того, разрабатываем модели по чертежам, эскизам, фотографиям и другим исходным данным. Модели будут выполнены качественно и в срок. Стоимость разработки модели для 3d-печати зависит от сложности задания и рассчитываются индивидуально.
 

Для расчета стоимости создания моделей для 3d-печати высылайте задание по адресу:

Подготовка к сборке

Начнем с того, что соберем 3D принтер H BOT своими руками – речь идет о доступной методологи сборки, включающей схемы и даже видео. В результате устройство поможет вам делать небольшие объемные фигурки.

Детали 3D-принтера

Это устройство может существенно помочь в моделировании, дизайне или мебельном производств, а также если сделано просто для интереса и домашних дел. В конце концов такую штуку можно просто продать и на этом заработать.

В промышленной сборке используются технологии:

•  лазерного попиксельного нанесения пластичного вещества;
•  лазерного спекания пластика;
•  струйную, выдавливающую на форму разогретый пластик.

Самодельный 3D-принтер

С первого взгляда третий метод является самым доступным, но опять же остается вопрос реализации такого оборудования, которое на практике состоит из целого ряда металлических направляющих, позиционирующих печатную головку. Фактически вы можете сделать девайс, печатающий цветы на пирожных или тортах, учитывая специфику создания подобных кондитерских изделий. При этом с девайсом, печатающим из пластика, его будут роднить общие элементы и конструкция.

Что потребуется:

•  датчики, которые будут считывать характеристики наносимого вещества, в случае пластика речь идет о замерах температуры в сопле экструдера и стола, где происходит формовка;
•  шаговые двигатели с функцией микрошага, которые будут заниматься позиционированием печатной головки (есть готовый комплект H bot);
•  концевые датчики, отслеживающие точность движения и соответствие системе координат;
•  термисторы;
•  нагревательные элементы для печатного вещества.

Модули 3D-принтера

Если вы будете печатать кондитерские изделия из теста или крема, в зависимости от его состава и консистенции может потребоваться нагревание или охлаждение материала, а также перемешивание, чтобы сохранить наносимую массу пластичной. Вариаций на тему может быть множество, но мы рассматриваем общий случай создания 3D-печатного устройства. Для тренировки можно использовать комплекты «сделай сам», H bot и пошаговые инструкции – так называемые Rewrap 3D, предназначенные именно для самостоятельной сборки. Они работают в основном на базе акрила, с помощью которого получают различные фигурки или детали из пластика.