Подготовка моделей к 3D-печати: самый полный гид по Magics

Materialise Magics: универсальная программа 3D-печати | Что входит в состав ПО | Возможности базового модуля Magics RP | Дополнительные модули | Преимущества Magics

Как происходит подготовка моделей к 3D-печати

Аддитивное производство начинается с моделирования объектов, которое выполняется в различных программах, таких как CATIA, SketchUp, SolidWorks, Inventor, Siemens NX и другие. Для того чтобы напечатать изделие, необходимо подготовить его цифровую модель, и на этот процесс может уходить до 32% времени всего цикла аддитивного производства, в зависимости от технологии и сложности объекта.

Для изготовления детали на 3D-принтере прежде всего требуется получить STL-файл. Для этого мы конвертируем твердое тело в полигональную модель, а затем выполняем операции исправления, улучшения, редактирования, подготовки платформы, нестинга, генерации поддерживающих структур, измерений и анализа.

Следующий этап – слайсинг (разделение на слои), заключающийся в создании управляющей программы для 3D-принтера. Модель разбивается на слои с определенным шагом, и на каждом слое мы получаем замкнутый контур, по которому будет проходить экструдер или лазерный луч принтера. Каждый слой – это обычно 2D-изображение в формате DXF.

Применение ПО Materialise Magics в цикле аддитивного производства

Далее объект печатается и проходит необходимую постобработку. Этапы работы от конвертирования в STL до слайсинга выполняются в специализированном программном обеспечении, о котором и пойдет речь в нашем обзоре.

Materialise Magics: универсальная программа 3D-печати

Наиболее гибкое и комплексное решение для этих целей предлагает компания Materialise, разработавшая для профессионалов 3D-печати программный продукт Magics. Он позволяет с высокой скоростью и точностью создавать отдельные слои компонентов на основании трехмерных данных САПР либо данных 3D-сканирования. ПО обеспечивает полный цикл аддитивного производства – от импорта данных (в STL и другие форматы) и анализа качества до подготовки платформы и постобработки.

Materialise Magics уникален тем, что оснащен максимально разнообразным набором функций, доступным на сегодняшний день. Это своеобразный конструктор, гибкий и адаптируемый практически под любые задачи аддитивного производства. ПО работает с любыми типами 3D-принтеров, и многие производители встраивают Magics в свое оборудование.

Что входит в состав ПО

Базовый модуль RP

1. Имеет широкий набор специальных функций для редактирования моделей.
2. Работает с большим количеством форматов импортируемых файлов.
3. Быстро, точно и геометрически правильно исправляет ошибки загруженных файлов.
4. Сохраняет оригинальный цвет, текстуры и фактуры объектов после «лечения» загруженных файлов в зависимости от настроек.
5. Осуществляет удобную настройку процессов на всех этапах подготовки к печати.

Дополнительные модули для выполнения специфических функций

К примеру, Import Module обеспечивает импорт множества различных форматов; Structures позволяет проектировать и печатать ячеистые структуры и слои; Slice служит для передачи объектов на уровне слоев в форматах CLI, F&S, SLC, SSL; Tree Support представляет собой наборы поддержек, и так далее.

Рассмотрим подробнее возможности этих программных продуктов.

Magics RP

Самый важный этап моделирования для 3D-принтера – исправление ошибок. RP позволяет автоматически исправлять ошибки в полигональных моделях, такие как инвертированные нормали, отверстия, открытые границы, шумы, самопересечения треугольников, нахлесты и др.

Функции ПО:

1. автоисправление наиболее распространенных проблем геометрии в один клик;
2. пошаговый мастер исправлений для выборочной корректировки определенных категорий ошибок;
3. ручные инструменты исправления для восстановления наиболее сложных участков.

1. Редактирование моделей:

• опустошение деталей (создание стенок) для экономии материала, снижения веса и скорости построения;
• перфорирование для извлечения неиспользованного материала;
• добавление толщины к тонким стенкам или изменение детали с использованием инструмента Offset & Extrude;
• преобразование тонкостенной поверхности в объемную модель с помощью Surface to Solid.

Масштабный проект по SLA-печати макета костей мамонта. Опустошение модели позволило сократить расходы материала на 80%

Поскольку некоторые 3D-принтеры имеют ограничения по объему загружаемых данных, для облегчения веса файла используется следующий функционал:

• редукция треугольников;
• сглаживание острых кромок;
• глобальное перестроение полигональной сетки.

2. Маркировка: 

• простое добавление текста и изображений (DXF) к деталям в виде маркировки.

3. Разрезание (для разделения модели и печати ее по частям, если она не помещается в камеру принтера):

• зубчатые разрезы для упрочнения сборки;
• автоматическое создание направляющих пинов для сборки.

Благодаря применению Magics компания Nissan Motor Corporation добилась сокращения времени на обработку 3D-модели и моделирование сборочных элементов на 85%

4. Булевы операции:

• так же, как и в любой САПР, ПО дает возможность производить булевы операции, причем прямо в STL-файле.

5. Подготовка платформы:

• визуализация платформ;
• автоматическое размещение объектов на платформе;
• сравнение положений модели по различным параметрам;
• размещение модели с учетом поверхностей без поддерживающих структур;
• большая библиотека 3D-принтеров, которую можно пополнять самостоятельно.

6. Импорт:

• программа 3D-печати позволяет импортировать полигональные модели во все самые распространенные форматы – STL, OBJ, PLY, VRML – и многие другие.

Import Module

С помощью этого модуля можно дополнительно выполнять импорт CAD-форматов, таких как CATIA, NX, SolidWorks, при этом они сразу конвертируются в STL-файл.

Slice Module

Создание управляющей программы для 3D-принтера включает такие возможности, как:

• предпросмотр каждого слоя печати;
• сохранение настроек для каждой машины;
• построение графика распределения слоев, который показывает зависимость высоты от площади данного сечения.

Structures Module

Эта программа для моделирования для 3D-принтера позволяет создавать различные структуры внутри модели для:

• снижения веса, количества использованного материала и времени построения;
• придания большей прочности по сравнению с опустошенной деталью;
• предотвращения деформации и ошибок построения в процессе печати за счет уменьшения площади/объема, которые подвергаются нагреву.

Sinter Module

Специально предназначен для SLS-печати и обеспечивает автоматическое размещение деталей в заданном объеме камеры построения:

• максимальное использование объема камеры построения 3D-принтера при размещении деталей;
• создание боксов для хрупких или групп мелких деталей.

SG Module

Выполняет функцию построения поддерживающих структур для печати сложных объектов по различным технологиям (FDM, SLA, DLP):

• при изменении ориентации можно увидеть, где будут построены поддержки в режиме реального времени;
• зубчатая форма обеспечивает генерирование прочных, но при этом легко удаляемых поддерживающих структур;
• перфорированные поддержки помогают экономить время и материал;
• можно сохранять профиль поддержек с заданными параметрами и использовать его для других изделий;
• список поверхностей позволяет проанализировать и оптимизировать поддержки, если это необходимо.

Tree Support Module

С помощью данного ПО выполняется построение древовидных поддержек, т.е. структур со «стволом» и «ветками». Tree Support обеспечивает следующие преимущества:

• возможность строить поддержки в полуавтоматическом режиме;
• улучшение качества поверхности благодаря минимизации контактных точек;
• предотвращение деформации изделия за счет отведения тепла;
• легкое удаление поддерживающих структур путем создания точек разрыва;
• отсутствие порошка внутри поддержек;
• определение оптимального диаметра сечения древовидной поддержки в зависимости от материала.

SG+ Module

Специальная программа для моделирования для 3D-принтера, печатающего металлами, позволяет:

• строить объемные поддерживающие структуры с целью избежать отрыва от платформы и деформации изделия;
• создавать конусные поддержки в критических местах для улучшения теплоотвода;
• автоматически формировать угловые и древовидные поддержки.

Simulation Module

Предназначен для симуляции процесса печати металлом и визуального отображения различных механических деформаций или проведения термической симуляции.

Симуляция рисков при 3D-печати:

• симуляция механических деформаций детали и поддержек;
• определение зон перегрева;
• составление поля внутренних напряжений металла на каждом слое и на изделии в целом;
• определение зон с высокой усадкой;
• визуализация результатов;
• получение изделия с компенсирующими размерами.

Также ПО оценивает риски при печати, например, поломки поддерживающих структур, коллизии рекоутера, усадку, перегрев и помогает предотвратить брак.

Помимо Magics компания Materialise предлагает программы 3D-печати в виде отдельных базовых модулей.

1. 3-matic предназначен для моделирования в STL-формате (стандартная триангуляция) и дает возможность выполнять топологическую оптимизацию на уровне микроструктуры, в том числе при помощи многих СAE-программ.

2. e-Stage обеспечивает полностью автоматизированное создание поддерживающих структур и сокращение затрат на постобработку. Создает точки контакта с поддержкой минимальной площади, благодаря чему удалять ее становится проще. ПО доступно в двух конфигурациях: для фотополимеров (SLA) и металлов (SLM).

Преимущества программы для 3D-печати Materialise Magics

1. Быстрота, оптимизация и высокая надежность работы всех процессов.

2. Набор практических и эффективных решений для подготовки платформ, построение поддерживающих структур при использовании любых технологий 3D-печати.

3. Широкий функционал редактирования моделей (добавление логотипов, текстур, изображений).

4. Возможность производить сложные разрезы (например, со встроенными соединительными штырями), булевы операции и пр.

5. Наличие обширной библиотеки практически на любое оборудование с прописанными и настраиваемыми параметрами.

6. Анализ и исправление (быстрое исправление, подготовка и оптимизация полигональной сетки с наилучшим сохранением текстуры, цвета и качества, анализ возможных проблем).

7. Широкий набор инструментов для проведения бизнес-процессов аддитивного производства.

8. Интуитивный, легко настраиваемый интерфейс с технической поддержкой от разработчика на русском языке.

Статья опубликована 29.10.2020 , обновлена 25.08.2022