3D моделиране – кратък наръчник за създаването на триизмерни обекти

3D моделирането е начин за създаване на триизмерни обекти. 3D принтирането е съвкупност от технологии за бързо прототипиране, които произвеждат детайл по изготвен 3D модел с точни параметри.

Какво представлява 3D моделирането?

3D моделирането е процес на създаване на 3D обект с помощта на програми за 3D моделиране. CAD моделиране визуално представено като двуизмерно изображение с помощта на техники за 3D изобразяване или визуализация. Има 3 основни типа методи за 3D моделиране, които изброихме по-долу.

• Полигонално моделиране: Полигоналният модел представлява точки в 3D пространство, свързани с линейни сегменти, за да образуват многоъгълна мрежа. Многоъгълните мрежови файлове са равнинни, което означава, че са представени от серия от плоскости, наречени още полигони. Следователно кривите могат да бъдат апроксимирани само чрез подразделяне на повърхността с определена разделителна способност. Многоъгълните мрежи са удобни, защото са леки и визуализациите могат да бъдат изобразени бързо.
• Моделиране на криви: Друг тип моделиране, което разчита на криви за генериране на геометрия на повърхността. Моделирането на криви може да бъде както параметрично (базирано на геометрични и функционални връзки), така и в свободна форма и да разчита на неравномерни рационални линии за описване на повърхностни форми. Кривите се управляват от математически уравнения, които са повлияни от дизайнера, използвайки претеглени контролни точки.
• Дигитално скулптуриране: Това е сравнително нов тип 3D моделиране, при който потребителят взаимодейства с дигиталния модел, както бихте моделирали глина. Потребителите могат да натискат, дърпат, прищипват или усукват виртуална глина, за да генерират своя модел.

Генеративен дизайн : За моделирането, управлявано от код, е характерно геометрията да се генерира автономно въз основа на условия, зададени от дизайнера. Този тип моделиране е отличен за 3D принтиране, тъй като може да се използва за генериране на 3D структури, които не могат да бъдат произведени по друг начин.

Кратка история

3D моделирането се използва за генериране на 3D модели за най-разнообразни сектори, вариращи от инженерство и производство до цифрова анимация за филми и видео игри. Първото използване на компютърната графика е в началото на 60-те години на миналия век за научни и инженерни цели, а CGI художественото изразяване започва в края на 1960-та. Първата налична в търговската мрежа програма за моделиране на твърди модели на име Syntha Vision е пусната през 1969 г. Едва 20 години по-късно неравномерните рационални линии и параметричното моделиране се появяват на сцената. Популярността и полезността на 3D моделирането нараства с приложенията на 3D моделирането, вариращи от филми и видео игри до всички аспекти на търговския продуктов дизайн и производството. Първата технология за 3D принтиране, Stereolithography (SLA), се появява през 1986 г. и дава името си на популярния сега STL файл. STL файлът е най-често срещаният файл, използван за 3D принтиране. STL файловете могат да бъдат експортирани от почти всеки софтуер за 3D моделиране.

3D моделиране за 3D принтиране

Независимо дали търсите прототипи или проектирате нещо креативно, 3D принтирането може лесно да ви помогне да съживите идеята си. За да се възползвате максимално от потенциала на бързото прототипиране, ще трябва да знаете как да проектирате 3D файлове.

Тези файлове могат да бъдат проектирани с помощта на софтуерно приложение за компютърно проектиране (CAD). Тези приложения вече се използват широко в продуктовия дизайн и моделиране. Въпреки че основните принципи на 3D моделирането във всички вертикали на дизайна остават едни и същи, има няколко аспекта на проектирането, които трябва да се вземат предвид при моделирането за 3D принтиране.

Моделирането за 3D принтиране е малко по-различно от 3D моделирането за рендери. Експертите по 3D принтиране са разработили ключови съвети за дизайн, които да ви помогнат да постигнете съвършенство и точност при 3D принтирането на вашите прототипи и модели.

Помислете за минималната дебелина на стената

Минималната дебелина на стената се определя като минималната необходима дебелина, която вашият модел трябва да има във всяка дадена точка. Минималната дебелина на стената за 3D печат зависи от технологията на принт и избрания материал.

Не забравяйте, че в някои случаи максималната дебелина на стената също може да причини проблеми. Трябва да разберете как да зададете дебелината на стената за всяка повърхност на вашия 3D модел. Тази стъпка може да е малко по-различна във всеки софтуер за 3D моделиране. Въпреки това, тя е от решаващо значение за подготовката на 3D принтирането.

Визуализирайте, анализирайте и помислете за вашия дизайн. Ако има по-слаби секции, помислете за добавяне на елементи, които да ги поддържат и подсилват. Освен това помислете как размерът на всеки детайл влияе на финалния обект.

Обмислете указанията за материалите за 3D принтиране

Всеки материал е различен и притежава различни свойства. Материалите могат да бъдат крехки или здрави, гъвкави или твърди, гладки или грапави, тежки или леки и т.н. В идеалния случай един обект трябва да бъде проектиран за конкретен материал. Например, ако знаете, че искате да отпечатате своя 3D модел от керамика, има специфични препоръки за дизайн, свързани с материала, които трябва да вземете предвид, като поддържане на надвиснали части, укрепващи елементи, които стърчат, заобляне на ъгли и т.н.

Проектирайте така, че да избягвате или минимизирате опорите

Въпреки че алгоритмите за поддръжка се подобряват през цялото време, поддържащият материал може да остави грозни и нежелани следи по външната повърхност. Отстраняването на поддържащия материал също може да отнеме време. За да избегнете това, най-добре е да проектирате моделите си така, че да могат да се 3D принтират без поддръжка.

Запомнете правилото за 45 градуса – ако навесите са по-остри от 45 градуса, те ще се нуждаят от поддържащ материал. Можете да използвате хитри трикове за моделиране, за да накарате модела да бъде отпечатан. Създайте свои собствени опорни обекти (конуси и други опори), като ги проектирате по вашия модел. Винаги се стремете да интегрирате опорите във вашия основен дизайн.

Моделът трябва да е watertight mesh

Моделът трябва да бъде напълно затворен или водонепроницаем, както по-често се нарича. Можете да постигнете това, като добавите 3D мрежа, подходяща за 3D принтиране. Опцията за създаване на мрежа е лесно достъпна в повечето софтуерни приложения за 3D проектиране. Този процес трябва да се извърши, преди моделът да бъде експортиран като STL файл, тъй като може да е трудно да се открият и поправят проблемните области, след като моделът е преобразуван. Този проблем може да възникне и по време на превод на файлове от една система за моделиране в друга.

Помислете за разделителната способност на STL файла

За 3D принтирането най-разпространеният файлов формат е (STL). С прости думи, вашият дизайн ще бъде преобразуван в триъгълници в 3D пространството. Повечето софтуерни приложения за 3D моделиране имат опцията да експортират вашите проекти в STL файл и да зададат желаната разделителна способност. Резолюциите, които са твърде ниски или твърде високи, могат да причинят проблеми при принтирането.

STL файл с ниска разделителна способност: Важно е да знаете, че експортирането с лошо качество никога няма да може да осигури добър печат. Ниската разделителна способност означава, че триъгълниците във вашия STL файл са големи и повърхността на вашия финален 3D печат няма да е гладка. Точно като цифровите изображения, по-ниските разделителни способности водят до пикселиран печат.

STL файл с много висока разделителна способност е файл с висока разделителна способност. Използвантето на такъв тежък файл добавя допълнителни предизвикателства по време на 3D принтирането. Тъй като съдържа по-високо ниво на детайлност, подготовката на модела за печат ще трае по-дълго или ще изисква по-бърз компютър.

Проектирайте здрава основа

При всеки FDM / FFF 3D принтер, едно от ключовите условия за успешен и качествен 3D принт е първият слой. Пластмасовата нишка за 3D принтиране (обикновено PLA или ABS) се разтопява и екструдира върху повърхност, известна като легло. Изключително важно е този първи слой да прилепне към леглото по време на принтирането.

Много често принтираните детайли се провалят по време на първия слой поради липса на адхезия (добро слепване към леглото). Трябва да сте сигурни, че имате достатъчно голяма на площ основа, проектирана във вашия модел. Това ще гарантира, че вашите модели за 3D принтиране са здрави и издръжливи. Уверете се, че основата има следните характеристики:

• Достатъчно повърхност, за да създадете положителна адхезия към леглото на принтера;
• Достатъчно широка основа, за да поддържа модела. Избягвайте преобръщане по време на процеса на печат;
• Уверете се, че основата на модела е достатъчно здрава, за да устои на изкривяване, причинено от различната скорост на охлаждане.

Допълнителен трик за добро слепване към леглото на 3D принтиране е лепило-спрей, което се нанася директно върху леглото и улеснява първоначалното залепване на филамента към работната повърхност.

Подберете подходяща технология за 3D печат

Всяка технология за печат се характеризира със своите предимства и недостатъци.
FDM технологията е най-достъпна за прототипи, но не е толкова подходяща за функционални детайли, защото детайлите не са толкова здрави, колкото при SLS.
SLA от своя страна може да изработи най-ситни детайли и гладки повърхнини, ако естетическия вид на изделието е от най-голяма важност.
Ако често ви се налага да 3D принтирате по FDM/ FFF технология например, е полезно да притежавате 3D принтер за тази технология (като Raise3D, Ultimaker или BCN3D). За всички допълнителни проекти, по които ви се налага да работите по различна технология (като принтиране на смоли по SLA технология или прахово принтиране на метали и полимери по SLS технология), можете да използвате услугите на B2N за 3D моделиране и 3D принтиране