Скорая помощь для 3D-моделей: 10 основных функций лечения STL-файлов

1. Перевернуть инвертированные нормали | 2. Заполнить отверстия | 3. Перестроить области конфликтующих полигонов | 4. Сшить стороны обособленных полигонов | 5. Удалить пространственный шум | 6. Обрезать или объединить пересекающиеся и конфликтующие полигоны | 7. Проверить толщину стенок | 8. Оптимизировать размер файла | 9. Изменить масштаб 3D-модели | 10. Преобразовать детали в пустотелые

Если вы занимаетесь 3D-проектированием и 3D-печатью, вам известно, насколько важно исправить ошибки в файле модели после его преобразования из формата CAD в формат STL. Проект будет казаться идеальным, однако при печати все может пойти неправильно. Ошибку можно не заметить, и поэтому специализированное программное обеспечение для редактирования STL-файлов позволит избежать проблем с выводом на печать и обеспечит успешный результат. Описанные в статье инструменты исправления STL-файлов позволят создать герметичную, готовую к печати 3D-модель.

1. Перевернуть инвертированные нормали (flip inverted normals)

У каждой 3D-модели есть две стороны: внешняя, которую видно после печати, и внутренняя, которую можно наблюдать, только если проделать боковое отверстие в проектируемом объекте. У треугольников, из которых состоит модель (далее мы будем называть их полигонами), также имеются внутренняя и внешняя стороны. Внешнюю сторону называют нормалью.

При непреднамеренном повороте нормали противоположной стороной (после чего она будет направлена внутрь), 3D-принтер не сможет считать модель и определит, что внутреннюю часть модели нужно заполнить, так как при таком направлении нормали внутренняя часть модели теперь также может рассматриваться как внешняя часть.

В общем и целом принтер не сможет определить, когда необходимо прекратить печать и какие детали необходимо оставить пустотелыми.

Учебный центр iQB Technologies предлагает пройти курсы по работе с 3D-оборудованием и программными продуктами для аддитивного производства и обработки данных 3D-сканирования.

2. Заполнить отверстия (fill holes)

Иногда полигонов не хватает, и в модели остаются разрывы сетки. Как и в предыдущем случае, ввиду нехватки информации 3D-принтер не сможет напечатать модель. Машина обрабатывает эти пробелы так же, как и инвертированные нормали: она не сможет определить начальные и конечные точки проектируемого объекта и либо напечатает только контур (игнорируя внутренние стороны слоев), либо продолжит печать, когда нужно остановиться. Необходимо отметить, что в проектируемом объекте при печати можно намеренно оставить отверстия, однако для их надлежащего обозначения необходимо правильно разместить полигоны.

3. Перестроить области конфликтующих полигонов (avoid overlapping triangles)

При построении сложных моделей может потребоваться совместить две формы или извлечь часть модели (то есть выполнить булевы операции), из-за чего внутренняя геометрия модели уже не будет оптимальной, и тогда потребуется убрать конфликтующие полигоны. Такая ошибка некритична, однако печать модели потребует больше времени и материала. Конфликтующие полигоны очень сложно обнаружить, поскольку на законченной модели слои могут накладываться друг на друга.

4. Сшить стороны обособленных полигонов (stitch bad edges)

Если несколько полигонов не соединены между собой, образуются так называемые обособленные полигоны. В теории их можно рассматривать как разрывы модели, поскольку окружающие такой разрыв полигоны нельзя объединить с каким-либо ребром. При наличии обособленных полигонов у проектируемого объекта его модель не будет герметичной. Для создания топологически правильной, готовой к печати модели такие полигоны должны быть совмещены.

Еще одна разновидность этого явления называется неправильно примыкающими ребрами (near bad edges) и возникает, когда два полигона расположены рядом друг с другом, но имеют ребра, которые соприкасаются не полностью. Такие ребра не всегда удастся увидеть на экране, и для их выявления необходимо использовать специализированное ПО для редактирования STL-файлов. Множество неправильных ребер называют проблемным контуром (bad contour).

Слева – инструмент перестроения областей конфликтующих полигонов, справа – сшивка сторон обособленных полигонов

5. Удалить пространственный шум (remove noise shells)

В 3D-печати оболочка (shell) – это группа соединенных полигонов, образующая отдельный 3D-объект в файле. Оболочки могут либо накладываться друг на друга, либо быть разделены разрывом. Одна из распространенных трудностей, возникающих при работе с оболочками, связана с наличием инвертированных полигонов, либо наличием соприкасающихся полигонов, одна сторона которых направлена не в ту сторону, в пересекающихся оболочках.

Бывает так, что размер оболочки настолько мал, что она становится лишней в рамках конкретной модели. Такие оболочки называют областями артефактов или пространственным шумом (noise shells или orphaned shells), поскольку в них практически нет объема. Представьте себе складку на куске ткани, которую необходимо разгладить, чтобы получить полностью сглаженный материал.

Самый простой способ удаления таких оболочек – повернуть инвертированные полигоны противоположной стороной, а на завершающем этапе выполнить требование о том, что оставшиеся правильные оболочки в проектируемом вами объекте должны быть объединены в единую структуру сплошного объема. Наличие нескольких оболочек в модели – не всегда плохо, однако это значительно увеличит время печати.

Поясним эту ситуацию визуально наглядно: представьте себе рисунок контура фигуры на листе бумаги. Если обвести контур еще раз, он станет толще. Аналогичным образом большее количество оболочек означает большую толщину печатаемого объекта. При печати пустотелого объекта проектирования (наиболее распространенный подход, поскольку модель будет легче, а ее печать выгоднее) оптимальным способом станет печать внешней оболочки (контура) и внутренней оболочки (вставки). Внутренний слой состоит из инвертированных нормалей: по ним компьютер определяет, что необходимо печатать пустотелую модель. Кроме того, модель с одной оболочкой будет недостаточно прочна, а при печати возникнут трудности. При этом слишком большое количество оболочек также ухудшит модель. Рекомендуемое количество оболочек – не больше пяти.

Инструмент ShrinkWrap

При работе с файлами низкого качества может быть недостаточно автоматического исправления перевернутых полигонов, проблемных контуров, отверстий и шероховатых поверхностей. На помощь придет эффективный инструмент исправления от Materialise – ShrinkWrap. Этот сложный алгоритм покроет модель тонким слоем, затем стянет этот слой и исправит серьезные ошибки, не затрагивая самой детали.

6. Обрезать или объединить пересекающиеся и конфликтующие полигоны (trim or unify intersecting and overlapping triangles)

Еще одна проблема, с которой часто сталкиваются начинающие специалисты по 3D-печати, – пересечение полигонов. В этом случае потребуется обрезать острое ребро и сами полигоны, чтобы получить унифицированную модель. В противном случае 3D-принтер перепутает внутреннюю и внешнюю стороны модели и не сможет определить, какую часть ограничивающего параллелепипеда необходимо заполнить.

Также полигоны могут конфликтовать, то есть накладываться друг на друга. В таком случае ребро полигона является общим для двух или более граней, в результате чего 3D-принтер не сможет рассчитать траекторию печати. Так, принтер разделит модель на слои таким образом, что лазер или экструдер продолжат печатать модель с одинаковыми ребрами поверх друг друга. ПО Materialise Magics удаляет повторяющиеся элементы на конфликтующих полигонах, что упрощает процесс вычисления и создает единую твердотельную модель.

7. Проверить толщину стенок (check wall thickness)

Забавно, но факт: каждый пятый заказ на 3D-печать, получаемый провайдерами услуг, приходится отменять из-за неправильной толщины стенок. Такая ошибка очень распространена, а значит, очень важно определить нужную толщину стенок.

При работе с ПО для 3D-моделирования можно спроектировать поверхность, не указывая толщину стенок. Однако 3D-принтеру потребуется информация о требуемой толщине стенок вашего объекта. И здесь необходимо найти компромисс: с одной стороны, этот параметр должен быть достаточно большим для успешной печати прочной детали, но при этом достаточно маленьким, чтобы максимально сэкономить материал. ПО Materialise Magics дает возможность проанализировать толщину стенок и увеличить ее только в тех местах, где это необходимо.

Слева – функция обрезки/объединения пересекающихся и конфликтующих полигонов, справа – проверка толщины стенок

8. Оптимизировать размер файла (minimize file size)

Каждый треугольник в модели расходует память компьютера. Соответственно, обработка STL-файлов с большим количеством треугольников требует большей вычислительной мощности. Более того, зачастую 3D-принтер не может напечатать файл, в котором слишком много полигонов, а значит, уменьшение числа треугольников – операция, также называемая количественной оптимизацией полигонов, или децимацией полигональной сетки, – становится важнейшей составляющей всего процесса.

Сверху – оригинальный размер файла, снизу – оптимизированный размер

9. Изменить масштаб 3D-модели (rescale your 3D model)

Чем полезно изменение масштаба 3D-модели? Во-первых, ввиду отсутствия в STL-файлах сведений о единице измерения расстояния инструмент изменения масштаба подойдет для изменения размера модели. Во-вторых, изменение масштаба модели поможет решить задачи, связанные с толщиной стенок. В-третьих, размер напрямую влияет на стоимость печати. Наконец, изменение масштаба помогает компенсировать сжатие модели при ее печати.

10. Преобразовать детали в пустотелые (hollow parts)

3D-печать требует немалых затрат, и для экономии материала модель можно сделать пустотелой. ПО Materialise Magics дает возможность сделать объект пустотелым и определить оптимальную толщину ее стенок, что гарантирует как экологичность и экономичность модели, так и ее прочность. Получается, что все перечисленные действия можно выполнить, используя один лишь программный продукт Materialise Magics.

Статья опубликована 24.06.2021 , обновлена 25.08.2022