Предпечатная подготовка 3Б-моделей с использованием специализированного программного обеспечения

УДК 004.42; 004.9

ПРЕДПЕЧАТНАЯ ПОДГОТОВКА 3Б-МОДЕЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

А.В. Зубрилин, М.В. Тагильцев

Рассматриваются основные этапы подготовки 3D-модели для печати по технологии FDM и соответствующее программное обеспечение. Среди программ-слайсеров был выбран оптимальный слайсер и на его примере проведена подготовка и нарезка модели для печати на FDM 3D принтере.

Ключевые слова: 3D-принтер, 3D-модель, FDM, слайсер, Skeinforge, KISslicer, Slic3r, предпечатная подготвка.

Предпечатная подготовка ЭБ-модели является важной процедурой для печати по технологии FDM. Создание качественного прототипа по FDM технологии из ЭБ-модели является не простой задачей, ввиду ряда ограничений данной технологии. Для преодоления этих ограничений проводится предпечатная подготовка, которая доводит модель до вида, удовлетворяющего критериям печати по технологии FDM. При подготовке приходится решать проблему точного повторения геометрической формы, собираемости, внешнего вида и поиска материалов. Проведение правильной подготовки ЭБ-модели позволяет избежать нарушения геометрии и различных дефектов при печати прототипа.

Ещё на этапе создания ЭБ-модели для печати по FDM-технологии стоит учитывать размеры её отдельных элементов и её общие габариты. FDM-принтер не сможет напечатать деталь меньшего размера, чем диаметр используемого сопла. Если габариты 3D-модели превышают максимальные размеры области печати принтера, то такую модель стоит разделить на части для последующей склейки. Для таких частей стоит предусмотреть подходящие способы соединения и воспроизвести их элементы на частях 3D-модели.

На модели необходимо выделить плоское основание, которое будет приклеиваться в столу для фиксации и с которого начнётся печать прототипа. Это необходимо для сохранения геометрии модели и во избежание смещений модели по осям координат. Если на модели сложно выделить такое основание или его площадь мала, то для такой модели необходимо подготовить подложку (рафт), напечатанную из отличного материала от материала будущего прототипа, для последующего растворения в воде или спирте.

3D-модель, состоящую из нескольких пересекающихся объектов, следует сводить к единому объекту, иначе пересекающие рёбра и грани могут привести к порче модели при резке программой слайсером (программа для перевода 3D-модели в управляющий код для 3D-принтера.).

При FDM-печати следует стараться избегать нависающих элементов в SD-модели, так как печать таких элементов требует печати поддержек, которые впоследствии придётся удалять. Иногда лучше разбить 3D-модель на несколько элементов и напечатать их отдельно с последующей склейкой.

Сохранять модель для последующей обработки в программе слай-сере требуется в формате, поддерживающемся в этой программе, чаще всего это формат STL.

После экспорта 3D-модели в слайсер необходимо подходящим образом расположить модель на виртуальном столе, повернуть по мере необходимости для размещения других моделей и отмасштабировать.

Далее следует перейти к настройкам печати, сначала указать характеристики принтера и материала, из которого будет выполняться печать, задать соответствующие параметры, затем перейти к настройкам самой 3D-модели: выбрать толщину стенок и основания, высоту слоя, уровень и метод заполнения и другие настройки. От этих настроек будут зависеть характеристики прототипа, скорость печати, расход материала.

Для полых 3D-моделей или 3D-моделей с нависающими элементами необходимо сгенерировать поддерживающие конструкции (поддержки) и настроить их соответствующим образом для экономии материала и простоты последующего удаления с прототипа.

После выполнения всех настроек модель разрезают. По завершении процесса можно визуально оценить полученные слои и траекторию экс-трудера. При возникновении ошибок или "хрупких" мест следует устранить их более точными настройками. На выходе программа сохраняет G-code для 3D-принтера.

Существует множество программных продуктов для предпечатной подготовки 3D-моделей, некоторые из них идут в комплекте с FDM-принтером, некоторые выполняют только более узкие задачи, например Autodesk Meshmixer для создания поддержек.

Skeinforge — мощная программа слайсер для детальной настройки принтера и его калибровки (рис. 1). В настройке "Тип профиля" выбирается профиль для 3D-принтера, затем материал для данного профиля.

Skeinforge viewer (рис. 2) позволяет просматривать полученные слои после нарезки, чтобы впоследствии производить правки.

KISslicer — одна из самых новых программ слайсеров для FDM 3D-принтеров с расширением функциональности относительно других программных продуктов (рис. 3).

Программа KISslicer имеет наглядную визуализацию, возможность быстро и просто размещать несколько моделей на столе, умеет производить расчёты стоимости и затраченного материала на будущий прототип, создавать поддержки для 3D-модели и гибко настраивать их.

89

в О О - Skeinforge bettings

Profile Type: Extrusion t Profile Selection: ABS

Analyze  Craft Help Meta > Profile

Alteration Bottom Carve Chamber Clip 1 Comb Cool Q Fillet  Home Hop Q Inset Jitter O Lash '._) Limit O Raft O Scale O Skin O Skirt Q Smooth Q Speed Q Spiodge Unpause Widen Wipe Dimension Export @ Multiply Oozebane 1 Stretch Temperature О Fill О Preface Tower

Multiply ?!

0 Activate Multiply

- Center - Center X (mm): j 0.0 Center Y (mm): ¡0.0 C.I

- Number of Cells - Number of Columns (integer): 2 C Number of Rows (integer): Ml*]

Reverse Sequence every Odd Layer Separation over Perimeter Width (ratio): ! 15.0

Skeinforge | ? Cancel Save Alf

Рис. 1. Интерфейс Skeinforge

Таблица 1

Основные настройки Skeinforge

Bookend/Вкладки Файлы, содержание которых добавляется в сгенерированный G-код

Bottom/Дно Управление высотой нижнего слоя

Crave/Нарезка Настройки нарезки по слоям

Chamber/Камера Управление температурами сопла, стола

Clip/Отсечка Настройки петелек заполнения

Cool/Охлаждение Настройки вентиляторов и замедления работы принтера для охлаждения

Export/Экспорт Настройка формата вывода кода

Fill/Заполнение Настройки заполнения

Fillet/Округление Выбор способа округления

Hop/Прыжок Подъём экструдера в момент простоя

Lash/Рывок Настройки для компенсации люфтов

Preface/Предисловие Настройка нулевой точки, позиционирования, выбор единиц измерения

Scale/Масштаб Настройки масштабирования

Speed/Скорость Настройки скорости

Tower/Башня Настройки разделения периметров

Skin/Кожа Плагин для гладкой поверхности прототипа

Skirt/Юбка Настройка перегородки вокруг модели, что печатается в самом начале

Wipe/Протирка Путь вытирания сопла о стол

Рис. 2. Skeinforge viewer

Рис. 3. Программа KISslicer

KISslicer является многопоточным приложением, поэтому производит нарезку модели значительно быстрее.

Основные настройки печати и калибровки производятся во вкладках:

- Style — указываются ширина экструдера, толщина дна и крышки модели (параметр "Толщина стенок", мм, он должен быть кратным параметру "Высота слоя", и не меньше четырёх слоёв), толщина стенок модели в витках (количество витков которое сделает экструдер по периметру слоя), плотность заполнения, ширина и высота слоя, выбор направления печати периметра, угол для разброса старта пути (для скрытия шва).

- Support — отвечает за генерацию поддерживающих конструкций, в ней настраивается качество этих конструкций (параметр используется для экономии материала и увеличения скорости печати модели), настраивается минимальный угол нависающей части модели, имеются параметры для более тонкой настройки поддерживающий конструкций, чтобы в дальнейшем они не сказались на качестве печатаемой модели.

- Material — выбирается материал для печати и делаются соответствующие для него настройки: диаметр нити, температуры разных частей принтера, стола, печатающей головки и т.д. Сюда входят настройки по управлению охлаждением и вентиляторами (Fan/Cool), параметры, обозначенные в Destring отвечают за отсутствие образования нитей при перемещении экструдера с одного периметра на другой. Flow Adjust отвечает за калибровку подачи пластика в принтере.

- Printer — выполняются настройки непосредственно под конкретный SD-принтер (число и материалы экструдеров, прошивка, скорости).

Slic3r — программа для создания G-code по SD-модели (рис. 4). Имеет множество уже готовых настроек для различных FDM-принтеров. Умеет исправлять ошибки в неподготовленных SD-моделях и экспортирует в формат AMF.

Настройки программы состоят из трёх основных окон:

- Print Setting — настройки печати.

- Filament Setting — настройка пластика.

- Printer Setting — настройка принтера.

В окнах Filament Setting и Printer Setting вводятся и настраиваются параметры используемого принтера и материала.

В окне Print Setting производятся настройки толщины и количества слоёв, случайная точка начала печати, количество сплошных слоёв в основании, направления и приоритеты печати, тут же присутствуют настройки внутреннего заполнения, шаблона заполнения, плотность заполнения, в процентах, в отдельных вкладках настраиваются скорости и температуры для печати.

Рис. 4. Программа Slic3r

92

При выборе программы слайсера в первую очередь надо ориентироваться на его работу в используемой операционной системе. Все приведённые слайсеры умеют работать в ОС Windows, но Slic3r не поддерживает латиницу, поэтому существуют проблемы его запуска на русскоязычных учётных записях. Skeinforge не обладает рядом функций, поэтому его использование может стать затруднительным. Все остальные характеристики приведены в табл. 2.

Таблица 2

Сравнение программ слайсеров

Операция Skeinforge KISslicer Slic3r

Визуализация 2Б Есть Есть Есть

Визуализация 3Б Нет Есть Есть

Поддержка нескольких моделей Нет Есть Есть

Создание поддержек Нет Есть Есть

Python

Необходимое дополнительное ПО 2.7.X Java 5.0 и выше — —

Русификация Нет Есть Нет

Функциональность Высокая Высокая Высокая

Расчёт израсходованного материала Нет Есть Нет

Поддержка другого оборудования с ЧПУ Есть Нет Нет

Многопоточность приложения Нет Есть Есть

Скорость нарезки модели Низкая Высокая Высокая

Исправление сетки 3Б-модели Нет Нет Есть

Спец. вставки G-code Есть Есть Есть

Windows Windows Linux Windows

Поддерживаемые ОС Linux Mac OS X Linux Mac OS X

Из приведённых данных самым оптимальным является KISslicer, который отвечает всем требованиям.

Выбирая или создавая нужную модель, необходимо сохранять её в формате, поддерживаемом программой слайсером. Для KISslicer это STL, если нужная модель уже имеется, но сохранена в другой формат, её нужно конвертировать в формат STL c помощью CAD-приложений (рис. 5).

После размещения модели на столе и её маштабирования по мере необходимости, нужно произвести настройки используемого материала и принтера на вкладках Material и Printer (рис. 6).

93

Рис. 5. Загруженная модель в KISslicer

Рис. 6. Вкладки Material и Printer

Далее следует произвести настройки толщины стенок, высоты слоя, толщины основания, плотности заполнения, направления и приоритета печати, угла разброса старта пути; всё выполняется на вкладке Style (рис.7).

Style Support Material Matl G-code Printer PtrG-code

Стиль | sample style

Толщина стеноп [мм] |0 S

Ширина экструзии [мм] |0.5

Число витков. [з~

Ширина сплошного гтрт-заполнения [мм] ' G

Stacked Sparse Infill and г— Stacked Support Layers'

Сжатие поверхности [мм] [o~ Infill: 20.0%

Высота слоя [мм] 0.25

Г Укладка контура изнутри к периметру Seam Hiding

Стиль заполнения ^ ^¡ре [ 1-0 I^^^D]

амег* 0 I

| | Octagonal W Откат/под

Рис. 7. Параметры во вкладке Style

94

Затем проводят настройки во вкладке Support (рис. 8), в которой находятся настройки генерации поддержек.

Style Support Material Matl G-code Printer Ptr G-code

Support | sample support

Расширить

i Off [Support: Medium] Or  поддержку

I [p- 1 П

Support 45 [deg]

it

Зазор

RTH

Support Z-Roof [mm]

pi I  Ленточная поддержка

-3

Расширить

Raft

ioff 3

СтолВ очистки | None

Рис. 8. Вкладка генерации поддерживающих конструкций

Выполнив все настройки, осуществляем нарезку, после чего можно провести анализ получившихся слоёв, поддержек, пути экструдера и провести более детальную настройку (рис. 9).

тера.

Рис. 9. Выполнение операции нарезки

После подготовки модели к печати сохраняем О-еоёе для 3Б прин-

Список литературы

1. Canessa E., Fonda C., Zennaro M. Доступная 3Д-печать для науки, образования и устойчивого развития. ICTP, 2013. 123 с.

2. Афанасьев К. 3Б-принтеры. Статья. 3DNews, 2004. [Электронный ресурс] URL: http://www.3dnews.ru/peripheral/3d-print/ (дата обращения: 20.09.2017).

3. KISslicer. Спецификация, 2013. 11 с.

4. Slic3r. Спецификация, 2012. 18 с.

5. Skineforge. Спецификация, 2011. 13 с.

Зубрилин Алексей Васильевич, асп., draconis-crimson@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Тагильцев Михаил Владиславович, асп., medved57@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

3D PRINTING MODELS PREPRESS WITH THE USE OF SPECIALIZED SOFTWARE

A. V. Zubrilin, M. V. Tagil'tsev

The main stages of prepress a 3D model for printing using FDM technology and corresponding software are considered. Among the slicer programs, the optimal slicer was selected and, on its example, the preparation and cutting of the model for printing on a FDM 3D printer was carried out.

Key words: 3D-printer, 3D-model, FDM, slicer, Skeinforge, KISslicer, Slic3r, prepress.

Zubrilin Aleksey Vasilyevich, postgraduate, draconis-crimson@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Tagil'tsev Michael Vladislavovich, postgraduate, medved5 7@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University