"Реальное" применение навыков 3D моделирования.

Всем привет! На портале Render.ru представлено множество выдающихся художников и студий, занимающихся 3D графикой. Однако, сталкиваясь с таким большим количеством удивительных и качественных рендеров и анимаций, лично я задаюсь вопросом, почему так редко кто-то печатает что-то настолько же сногсшибательное и художественно ценное.Ответов несколько:

3D печать становится все доступнее день от дня, но большинство людей так и не знает, что это такое и насколько эта технология рядом.
По-настоящему серьезные 3D работы делают в основном художники. Печатью же занимаются те, кому нужны, как правило, технические детали. Более того, многие из печатающих не обладают навыками 3D моделирования.
Самый важный пункт: нельзя просто взять и напечатать любую модель, даже если она выглядит прекрасно. Зачастую внутри нее могут оказаться ошибки, критичные для печати. Нужно учитывать ряд особенностей в процессе моделирования, а также правильно готовить модель к печати, чтобы получить хороший результат.

Хочу поделиться с вами своим опытом по работе с этой технологией на примере создания пистолета для съемок Московского короткометражного фильма “Альма”.

Задачей было разработать дизайн пистолета для постапокалиптического сеттинга, напечатать его, обработать и покрасить. При этом сроки были довольно сжатые.Диапазон возможного дизайна простирался от пистолетов вселенной Fallout до ретрофутуристических бластеров.

После небольшого мозгового штурма родился предварительный набросок будущей модели на бумаге. На его основе был отрисован скетч в Adobe Illustrator.

После утверждения основной идеи – двухствольного барабанного пистолета – начался этап моделирования.МоделированиеЯ работал в Blender. (Это не рекомендация, просто пару лет назад мой выбор пал именно на эту программу после множества попыток поладить с другими 3D редакторами)Первым делом скетч был отправлен в фоновые изображения. Далее с помощью реальной линейки и измерений человеческой ладони был создан параллелепипед, который ограничивал общие размеры пистолета. По нему был подогнан скетч. Это полезные мелочи, помогающие не переживать из-за размеров и спокойно работать.Теперь самое главное – требования к модели под 3D печать:1) Модель должна состоять из цельного Mesh или не пересекающихся отдельных объектов.2) Объект должен быть solid.3) В нем не должно быть дыр (представьте себе, что модель цельно-литая), иначе программы-слайсеры увидят только оболочку модели и не смогут сделать задание корректно4) Должны быть правильные нормали. 5) После создания модели ее необходимо экспортировать в формат *stl.

Для удобства пистолет был разделен на несколько деталей:

- барабан,

- ресивер,

- скоба,- рукоятка из 2х частей, - накладка на ресивер,- курок,- спусковой крючок.К сожалению, по ТЗ узлы модели не должны были иметь механики - т.е. и курок и барабан со спуском неподвижны. Жаль, но, учитывая сжатые сроки, это ускоряет задачу.Последующая схема работы проста: создается примитив, из него формируются очертания детали и общая форма. Необходимо создать все детали из вышеописанного списка.

Начинаем с ресивера – создаем куб, отрезаем от него половину, включаем модификатор mirror и создаем общую форму. Добавляем дополнительные элементы с помощью примитивов и модификатора Boolean. Проверяем получившийся объект на наличие ошибок и двойных вершин. В Blender ошибки позволит увидеть комбинация клавиш Ctrl+Alt+Shift+M. Единственное, чего не покажет этот хоткей – пересеченную геометрию несвязанного меша, так что надо быть внимательным.Для работы с топологией на этих деталях я использовал функцию ограниченного растворения с максимальным углом в 1 градус.

3D принтеру не очень важно разрешение модели, куда важнее сама геометрия объекта. Поэтому не стоит создавать высокополигональные модели, если этого не требует их детальность.

Ресивер почти готов.Следующим пунктом создаем ствол, который будет частью ресивера. Его можно сделать из цилиндра, форма должна быть округлая. Чем более гладкой она будет, тем лучше для печати. Создаем общую форму, отверстиям ствола добавляем острые грани с помощью команды Shift+E и добавляем модификатор сглаживания Subdivision surface.

В конечном итоге у нас получается пистолет, состоящей из двух больших деталей – ресивера и скобы, а также деталей поменьше.

Не забываем делать на каждой детали пазы для крепления их друг к другу, это необходимо для более удобной склейки распечатанного объекта.

Экспортируем каждый объект отдельно в *stl файл.Проверка и нарезка модели.Проверяем каждую модель в бесплатной программе Netfabb на наличие ошибок.В случае, если ошибки найдутся, лечим. Для этого необходимо нажать на крестик в правом верхнем углу. Если Netfabb не способен вылечить модель или показывает ‘Invalid orientation’, необходимо снова открыть Blender и исправлять модель там. Также Netfabb не в состоянии вылечить вывернутые наизнанку нормали, как на примере ниже.

Netfabb примечателен еще и тем, что в нем есть инструмент для резки моделией по осям. В этой программе также отображаются все точные размеры детали.Ресивер получился такого размера, что его придется разрезать, иначе он не поместится в рабочую область принтера. В 3D печати есть такой нюанс, что лучше печатать модель не одним большим куском, а маленькими деталями, которые вставляются друг в друга. Так процесс создания объекта получается более контролируемым. Если устройство сбоит или не откалибровано, лучше это выяснить на детали, которая печатается всего 40 минут, чем заметить проблему спустя 12 часов.Барабан имеет детальность с двух сторон, а для 3D принтера предпочтительно, чтобы модель имела плоское основание, иначе поддерживающие структуры могут испортить качество печатаемого объекта и повысить сложность последующей обработки. Именно поэтому барабан тоже стоит разрезать на две части.

Чем меньше нависающих деталей у вас в модели, тем меньше потребуется поддерживающих структур, которые могут понизить качество печати в местах касания, а также увеличивают время печати и расход материала.3D принтер печатает объекты снизу вверх, поэтому для максимального качество печати следует расположить модель вертикального. По этому принципу режем накладку на ресивер и курок у пистолета пополам.Подготовка задания для печати

Наконец у нас есть все необходимые детали, готовые к печати. Теперь их нужно загрузить в программу-слайсер и подготовить задание для 3D принтера.В качестве небольшого отступления, пара слов о материалах. Под данную конкретную задачу лучшим выбором был ABS пластик из-за его растворимости в ацетоне (почему это важно – чуть позже). Кроме того, ABS лучше всего подходит для создания художественных изделий под последующую обработку, а также изделий, несущих на себе механическую нагрузку. У нас в офисе много моделей 3D принтеров, они отличаются разным набором характеристик. Не все из них хорошо печатают ABS пластиком, еще меньшее количество способно печатать гибкими материалами Rubber и Flex. Большинство заточены под печать PLA – твердым и крепким биоразлагаемым материалом, который проще всего обрабатывать химическими реактивами.Под нашу задачу отлично подойдут 2 модели 3D принтеров - Picaso 3D Designer и MZ3D-256. На Picaso отправляем самые большие и долгие по времени печати детали – ресивер и скобу. Остальное проще распечатать на MZ3D 256 в несколько заходов.Для подготовки задания на Picaso используется его родной слайсер Polygon. Понадобится совершить несколько действий:

Открыть программу и закинуть модель в формате *stl.
Расположить детали в рабочей области наиболее удобным для 3D печати образом.

Нажать кнопку подготовки задания.
Выбрать настройки (самые важные из них – выбор пластика, толщина слоя, скорость печати, поддержка, заполнение).
Нажать на кнопку “Запустить подготовку”.
Сохранить задачу на мини-SD карту.

Осталось подготовить задачу для MZ3D-256. Для этого существует программа-слайсер Cura. В ней сразу вшито множество 3D принтеров, однако MZ3D-256, (как и Picaso) – отечественный 3D принтер, а их в изначальном списке нет.

Параметры своего 3D принтера легко установить самому, но об этом лучше написать отдельную статью.

Готовим задание:

Открываем Cura, выбираем из списка модель принтера.
Размещаем объекты в рабочей области.
Выставляем скорость печати в мм\с, температуру экструзии, температуру стола, отключаем обдув, выбираем заполнение модели и толщину слоя.
Есть важный момент: всегда стоит просматривать, как программа «нарезает» модель на слои. На данном этапе можно заметить все пропущенные ошибки 3D моделирования.

3D печатьПеред запуском задания необходимо смазать стол раствором ABS пластика в ацетоне (ABS juice) или использовать специальный адгезивный лак, чтобы модель не отклеилась во время печати.

Наконец, сама печать! Это очень интересный процесс послойного наплавления пластика (FDM печать), за которым можно наблюдать бесконечно. Ну или не обращать на него внимание и делать свои дела, что просто прекрасно.

На Picaso 3D мы поставили самые долгие и большие детали, в то время как на MZ3D-256 детали маленькие, которые печатаются не более 8 часов. За пару подходов мы получили все дополнительные детали.Полностью без поддерживающих структур напечатать не удалось, отделяем их с помощью кусачек и модельного ножа. Если видите дефекты - лучше сразу удалить их с помощью того же самого модельного ножа и шкурки по металлу.

Постобработка и покраска. На очереди склейка детали с помощью ацетона. Его удобно наносить кистью, а чтобы было проще клеить, лучше использовать раствор ABS в ацетоне (можно растворить ненужные куски поддержки).

И вот модель пистолета склеена. Что бы избавиться от слоистой структуры (пусть и едва различимой), мы будем использовать холодную ацетоновую баню, технология которой хорошо описана в нашей статье в специальном блоге. Продержав пистолет а бане около 20 минут, мы его извлекаем и ставим сушиться. Необходимо, чтобы ацетон испарился из самой структуры модели. Ацетоновая баня – очень удобный инструмент в обработке ABS пластика, но она не дает стопроцентный результат и как метод не имеет хорошей контролируемости. Поэтому приходится доводить поверхность в некоторых местах вручную с помощью ацетона и кисти.После такой обработки покрываем изделие аэрозольным грунтом, чтобы обнаружить последние неровности, обработать их шкуркой и снова покрыть грунтом.Модель готова к покраске.По задумке, наш пистолет состоит из двух материалов - металл и дерево.Сначала красим рукоятку:

Смело покрываем ее аэрозольной черной краской.
Наносим коричневую краску издалека и со всех сторон, так, чтобы остались небольшие черные поднутрения.
Берем самый светлый коричневый цвет, брызгаем аэрозоль на не впитывающую поверхность и макаем в свежую краску кисть, после чего проводим этой кистью по рукоятке – таким образом самым светлым цветом выделяются наиболее выступающие части.

Теперь металлические детали:

Повторяем первый шаг – черная краска.
Наносим глубокий синий цвет, очень издалека – создаем синий стальной отлив.
Брызгаем краску хром на поверхность, макаем в краску кисть, проводим ей по бумажной салфетке (или еще лучше по ткани) и аккуратно проводим по выступающим частям. Когда краска на кисти подсыхает, можно мягко водить ей по плоскостям, после этого они приобретают металлический блеск. Такая техника называется «сухая кисть» (dry brush).

Скрепляем детали между собой и наносим прозрачный матовый лак.

Работа завершена. Осталось дождаться завершения работы над короткометражным фильмом. Пишите комментарии, кому понравилось, ставьте оценки, от этого зависит будем ли выкладывать еще подобные материалы и расширять тематику сайта 3D печатью.