У вас есть новый 3D принтер и блестящая идея для оригинального дизайна?
Для создания уникальных 3D моделей требуется 3 вида программного обеспечения. Во-первых, это программы для создания формы. Традиционно, для моделирования физических объектов используется системы автоматизированного проектирования (САПР). Во-вторых, это программы автоматизированного производства (CAM), которые преобразуют вашу модель в дискретные задачи для принтера. В-третьих, это клиентское программное обеспечения для управления, которое посылает инструкции принтеру в режиме реального времени.
3D Моделирование/САПР
Наиболее важное решение необходимо сделать на этапе выбора САПР. Вариантов много, но в основном САПР делятся на твердые, скульптурные, параметрические и полигональные.
Программы твердого моделирования используют метод, называемый «конструктивная блочная геометрия(CSG)" или аналогичные технологии, позволяя создавать сложные 3D-формы. Популярные бесплатные программы этого вида: SketchUp, Autodesk 123D и tinkercad (которая не требует установки и может работать прямо в окне Вашего браузера). В твердотельном моделировании простые формы, такие как коробки, цилиндры и пирамиды, используются для создания более сложных форм, зачастую с применением логических операций. Например, пустую коробку может быть смоделирована при помощи двух кубов разных размеров и «вычитанием» из большего меньшего.
У программ твердотельного моделирования есть три основных преимущества. Во-первых, сам процесс моделирования, как правило, более интуитивен, и чаще всего становится самым простым для новичков. Во-вторых, интерфейс позволяет легко установить точные измерения между объектами, что удобно для создания механических частей. В-третьих, программное обеспечение обрабатывает большинство вопросов, связанных с обеспечением целостности(«герметичности»), несмотря на множество операций, которые осуществляются для создания сложных форм.
Скульптурные программы моделирования, такие как ZBrush, Sculptris и Mudbox, позволяют использовать более свободный интерфейс, резать, тянуть, скручивать и нажимать на поверхность «пузыря», приводя ее в нужную форму. Это отлично подходит для формирования органических поверхностей, таких как лица и фигуры, но менее пригодны для точных деталей и плоских поверхностей. Отличный инструмент для начинающих — Sculptris, а также его младший, но дорогой брат — ZBrush. (Многие полигональные модельеры, такие как Blender Blender, Modo и Maya могут предложить встроенные инструменты для скульптурного моделирования)
Параметрические программы моделирования, такие как OpenSCAD, довольно уникальны, так как вместо рисования фигур мышью, используются простые программы, описывающие фигуры и их различные комбинации. Такой способ идеально подходит для создания технических моделей, таких как корпуса, механизмы, так как позволяет точно задавать их габариты. С другой стороны, параметрические модельеры также будут интересны для Процедурального творчества. Такие инструменты как Marius Watz’s ModelBuilder и Grasshopper ориентированы на абстрактные формы, путем создания из данных и математических формул. Например, модели вроде нервной системы и других комплексных органов невозможно создать вручную.
Полигональные программы моделирования представляют собой объекты, созданные при помощи тысячи мелких треугольников, объединенных вместе по всей модели поверхности. Наиболее известные примеры таких программ: Blender, 3ds Max, Maya и Modo. Они отлично подходят для создания 3D графики и анимации, но требуют особого подхода при 3D печати. Необходимо быть уверенным в полноте модели, иначе от печати вообще придется отказаться.
Полигональные программы моделирования зачастую предлагают огромные возможности для создания моделей, но в тоже время требуют изучения. Чтобы моделирование было эффективным, необходимо освоить множество порой нелогичных принципов, вроде работы с «каре» (вместо треугольников и n-угольников), разработка «край-потолок» для быстрого манипулирования моделями, и использования подраздела «инструменты автоматического сглаживания неровностей и поверхностей органических форм». В Интернете есть множество исчерпывающих туториалов по крупным программам. Просмотр этих видео на ранних стадиях может вам сэкономить много нервов в будущем.
Ваша САПР-программа создает 3D-модели в определенном формате, обычно это STL. Однако, файл может содержать и ошибки, такие как отверстия или обращенные нормали, и в таком случае печать будет невозможна. Некоторые CAM, такие как Slic3r, включают в себя возможность корректировки файла. Это позволит исправить простые ошибки, но расчитывать на такие средства не стоит. Модели также можно откорректировать вручную с помощью полигонального модельера. Другим вариантов является MeshLab. Это мощное решение с открытым исходным кодом, но может оказаться сложным для новичков.
Когда вы наберетесь опыта в 3D печати, вы можете рассмотреть вопрос инвестиции в коммерческие продукты для анализа и восстановления STL файлов, например Netfabb Studio. Их базовый набор успешно решает различные проблемы в STL, а профессиональная версия позволяет сфокусироваться на конкретные элементы модели, обрабатывая их комплексно, а также предлагает логические операции, вроде разделения модели на несколько частей. Профессиональный пакет также включает в себя пакет драйверов для работы на нескольких принтерах одновременно, а в некоторых случаях способен и вовсе заменить CAM.
Программное обеспечение для нарезки/CAM
Если у вас уже есть безошибочная 3D модель, то она должна быть преобразована в понятные для принтера инструкции ToolPath, которые контролируют перемещения печатающей головки, а также выдавливание горячего пластика по заданному пути. Этот процесс и называется нарезкой. Стандартный формат таких инструкций — простая программа, называемая G-Код.
Исторически сложилось, что большинство принтеров используют ПО с открытым исходным кодом на движке Skeinforge для подготовки G-кода из файлов модели. Однако в последнее время появились альтернативы, в частности Slic3r, которая медленно, но обгоняет Skeinforge.
Относительно свежая утилита с закрытым исходным кодом KiSSlicer доступна в бесплатной и профессиональной версии и использует некоторые уникальные особенности, такие как адаптированное заполнение(используя больше материалов вблизи края отпечатка и меньше — в центре) и поддержку нескольких прутков (для использования различных материалов, структур поддержки и заполнения).
И наконец новый движок с открытым исходным кодом от MakerBot — Miracle-Grue. На момент написания статьи разработка все еще продолжается и он еще не так развит, в отличии от Slic3r. Его сложно настроить с помощью приложения, но программистам с ним интересно играть.
Хотя большинство «резаков» могут работать как отдельные программы, зачастую они встроены в клиентские пакеты, вроде ReplicatorG и Pronterface и все взаимодействие будет происходить в одной программе.
Помните, что 3D печать происходит слоями, и G-код для каждой копии модели отличается от G-кода для печати, например, четырех копий на одном уровне. Если вы хотите напечатать несколько частей за один заход — просто выложите их плиткой непосредственно в программе моделирования. Другой способ, который многие считают более удобным, выложить их на уровне CAM. Многие движки, а также интегрированные средства вроде ReplicatorG обеспечивают инструменты для легкого масштабирования, репозиционирования и тиражирования CAD моделей до нарезки. Обычно это настраивается в виртуальной среде самой CAM.
Программа CAM обеспечивает возможность настройки параметров, связанных с скоростью, качеством и, например, высоты слоя, скорости печатающей головки, плотность заполнителя, количество «оболочек», окружающих заполнение в каждом слое. Многие движки «резаков» включают в себя встроенные профили, чтобы вы могли начать работать незамедлительно. В конце-концов, вы, вероятно, захотите поэсперементировать с этими настройками, чтобы удовлетворить конкретные свойства геометрии и особенности дизайна.
На практике с настройками «резака» сталкиваются при использовании визуализатора G-кода при предпросмотре печати. Визуализатор отображает команды G-кода в виде серии линий движения печатающей головки. Прокрутка слоев поможет вам узнать, как ПО для нарезки обрабатывает геометрию исходного объекта и позволит выявить ошибки, не используя пластика. Сохранение серии G-кода фигуры перед печатью — отличный способ чтобы оценить эффект от различных настроек среза. Если вы используете ReplicatorG - воспользуйтесь Pleasant 3D (Mac) или Gcode просмотра для Blender (кроссплатформенное приложение). Обе программы обладают встроенными утилитами для просмотра G-кода.
Управление принтером / Клиентское программное обеспечение
Наконец, существует клиент, который в реальном времени управляет печатью. Он обеспечивает программный интерфейс, где вы можете начать, остановить или приостановить процесс печати по желанию, а также установить температуру сопла и нагревателя каретки, если он присутствует в вашей модели. Клиент, как правило, представляет собой набор кнопок набор кнопок со стрелками, которые позволяют свободно перемещать печатающую головку в любом направлении, что может быть полезно для калибровки и ручного обнуления.
Исторически сложилось так, что большинство машин полагались на ReplicatorG для аппаратного управления. Однако в последнее время начали появляться и альтернативы. The Printrun suite (с участием Pronterface) и Repetier-Host наиболее активно развиваются и используются. Некоторые принтеры с закрытым исходным кодом, такие как PP3DP, поставляются с особым клиентским ПО, однако включают в себя аналогичный набор функций.
Связь клиента с принтером происходит через Wi-Fi или USB. Многие принтеры предназначены для эксплуатации отдельно от компьютера, в отвязанном режиме. В этом режиме программы не требуются, принтер автоматически считывает инструкции с SD карты или флешки, подключенные к нему напрямую. Отвязать принтер будет полезно, если вы хотите использовать долгоиспользующиеся отпечатки, или будет необходимо увезти компьютер в другое место. Данные CAM обычно хранятся на съемных носителях, как и инструкции G-кода.
Что дальше?
Ваши напечатанные модели будут вдохновлять вас на создание более совершенных и новых моделей. Теперь, когда у вы знаете основы, вы можете сделать что угодно! Помните, что 3D дизайн и печать являются повторяющимся процессом, и редко вещи оказываются совершенно новыми. Если вас не устраивает ни один из инструментов — посмотрите вокруг. Нет никаких причин, чтобы ограничивать себя. Экспериментируйте, улучшайте, наблюдайте и повторяйте! Пробуйте узнать что-то новое и наслаждайтесь!