Abyste mohli něco vyrobit na 3D tiskárně, potřebujete mít počítačový 3D model, tedy počítačový soubor, který definuje tvar objektu. Existuje velké množství 3D datových formátů. V tomto článku se primárně zaměříme na ty typy, které jsou vhodné pro 3D tisk. Také se podíváme na to, jaké parametry musí 3D model splňovat, aby ho bylo možné vytisknout. Ne každý 3D model je možno vyrobit. Stejně tak jako ne každý náčrtek na papíře je možné zhmotnit do něčeho reálného.

TYPY 3D MODELŮ

Modely můžeme rozdělit podle toho, jestli jsou určené pro tisk plnobarevných modelů nebo v sobě nenesou informaci o barvě/textuře.

 

Modely pro 3D tisk bez barevné textury

Nejčasteji používaným formátem pro 3D tisk jsou STL soubory, tedy soubory s označením .stl. Jde o takzvaný polygonový formát, kdy je tvar objektu tvořený z malých trojúhelníků. Těmto objektům se pak říká polygonová síť. Nemusí se vždy jednat jen o trojúhelníky, často jsou také používány čtverce, kterým se říká quad.

Jak se dají STL soubory získat? Pokud již máte váš 3D model vytvořený například v konstrukčním softwaru jako je Solidworks, Inventor, Rhino, nebo Fusion 360, bude vám většinou stačit jen tento objekt uložit jako .stl. 

Můžete také najít mnoho již vymodelovaných STL modelů například v online databázi thingiverse.com. Nebo si můžete stáhnout CADová 3D data z databáze grabcad.com a převést tyto soubory do STL (pro konverzi můžete použít například Workbench). 

Poslední možností je použít 3D skener a 3D skenováním zdigitalizovat nějaký fyzický objekt. 

CO KONTROLUJEME U .STL SOUBORŮ PŘED 3D TISKEM

Pro kontrolu STL souborů můžete použít software Autodesk Netfabb nebo Materialise Magics 3D Print Suite. Pro základní kontrolu stačí free verze. Po stáhnutí softwaru se vám na 30 dní aktivuje plná verze, která se po vypršení trial licence automaticky přepne do free verze.

 

1) MĚŘÍTKO

Bohužel STL soubory neobsahují žádné údaje o jednotkách, v kterých byl model vytvořen. Ze souboru lze vyčíst, že díl má například rozměry 200 x 150 x 8, ale nejsou zde uvedeny žádné další údaje. Takže nelze poznat, jestli byl model vytvořen v milimetrech nebo palcích. Pokud využíváte 3D tisk jako službu u nějaké firmy, je dobré pro jistotu vyspecifikovat jaké rozměry má díl mít. Může se například stát, že máte model vymodelovaný v palcích a 3D tiskové studio využívá software, který pracuje v milimetrech. Což znamená, že váš díl by se stal 25,4x menším. To už je velký rozdíl, představte si, že byste si chtěli nechat vytisknout prototyp svého návrhu šroubováku, ale ve výsledku dostali tak malý díl, že by ho měla problém držet i Lego figurka.

 

Naštěstí, většina firem vám pošle napřed cenovou nabídku s náhledem na 3D model a uvedenými rozměry, takže si špatného měřítka můžete všimnout.

 

2) ROZLIŠENÍ POLYGONOVÉ SÍTĚ

Po exportu STL souboru byste vždy měli zkontrolovat, že má dostatečné rozlišení polygonové sítě (to platí i pro .3mf soubory). Příliš nízké rozlišení sítě degraduje samotný výtisk. Nicméně příliš velké rozlišení sítě zase může znamenat enormně velký soubor, se kterým se bude špatně pracovat. Při exportu STL budete mít většinou možnost výběru mezi Binárním nebo ASCII formátem. Binární formát se využívá nejčastěji, protože tento typ zabírá nejméně místa na disku.

 

3) SPRÁVNÁ ORIENTACE NORMÁL

Co přesně je normála? Normála je vektor kolmý na plochu. Ve světe 3D grafiky se většinou používá jen jedna normála pro plochu (polygon). Orientace této normály určuje, která strana plochy bude rub anebo líc. Tato orientace také určuje, která strana plochy bude viditelná při renderingu (vykreslení) modelu. Můžeme také říci, že orientace normály určuje, která strana plochy je vnitřní a která vnější.

Víme tedy, že STL modely jsou tvořeny polygony (tedy ploškami, typicky trojúhelníkovými). Tyto plochy dohromady reprezentují povrch modelu. Každá ploška má vnitřní a vnější stranu. Pro lepší názornost si představte, že každá vnější strana plochy má šedou barvu a vnitřní strana má červenou barvu. Pokud se tedy podíváte na správně vymodelovaný 3D objekt, budete ho vidět jako celý šedý. Pokud byste byli “uvnitř” objektu a koukali se kolem sebe, viděli byste stěny objektu červené. Pomocí normál tak může slicer (software pro přípravu tiskových úloh) poznat co je “hmota” a co “vzduch” v daném 3D prostoru. Jinými slovy může takto poznat, kam během 3D tisku nanést materiál. 

 

Problém nastane, pokud designér nerespektuje správné orientace normál a v modelu jsou různě proházené. Slicer poté nepozná, co je uzavřený objem a takovýto 3D model nepůjde vytisknout. 

Toto se hlavně týká plošných modelářů, jako například Rhino. Doporučujeme změnit si nastavení tak, aby se lícové plochy zobrazovaly například červenou barvou. 

 

Pokud musíte pracovat s STL modelem u kterého zjistíte, že model obsahuje zpřeházené normály, můžete použít automatickou opravu například v Netfabbu. Nicméně pro komplexní tvary budete nejspíše muset normály opravit (otočit) ručně. 

 

 

4) UZAVŘENÉ OBJEMOVÉ TĚLESO

Ne každý 3D model může být i vyroben. Jeden z požadavků pro úspěšný 3D tisk je to, že model musí být takzvané uzavřené objemové těleso. Pokud je model tvořen z ploch, musí na sebe plochy navazovat, pokud si představíte, že by byl 3D model plný vody, neměla by nikudy vytékat.

 

Pokud by měl 3D model díry, slicer by pak nebyl schopný z modelu vyextrahovat uzavřené kontury pro 3D tisk. Tiskárna by tedy nevěděla, kam nanést materiál a kam už ne.

Existují automatické opravy, které umí tyto chyby odstranit, ale doporučujeme vždy pečlivě zkontrolovat výsledek. Pro automatické opravy můžete použít například Netfabb. Případně některé slicery umí samy opravit kontury před tiskem. Automatické opravy fungují poměrně dobře na drobné díry v modelech. Ale u komplexních chyb nemusí vždy najít nejlepší řešení, protože bude existovat několik způsobů, jak díru zacelit.

 

5) MANIFOLD

Další požadavek na vyrobitelnost 3D tiskem je, že model musí být takzvaně manifold. V kostce to znamená, že objekt musí být schopný existovat i v reálném světě. Je důležité si uvědomit, že například samostatná plocha v 3D prostoru nemá žádnou reálnou tloušťku. Plocha sama o sobě tedy nepůjde vytisknout.

 

Příklad správného manifold objektu 

Jako příklad si vezmeme 3D model tlačítka (kvádr, který má nahoře nízký válec). Níže je vidět, jak vypadá správně vymodelovaný 3D model. 

Když se na model podíváme v řezu, tak je vidět, že se jedná o jeden objekt, tedy jedno uzavřené těleso. S takto vymodelovaným 3D modelem nebudou žádné problémy. 

 

Manifold s výstrahou 

Většinou není problém vytisknout modely, které jsou složené z více elementů, které se překrývají. Ale tento styl 3D modelování bude způsobovat problémy, například při vyducení modelu anebo při generování vnitřních voštin. Doporučujeme se tomuto stylu modelování vyhnout. 

 

Špatně připravené modely

	Válec se skládá z horní a boční plochy, která jde skrz kvádr
	Válec se skládá z horní a boční plochy, která končí na horní stěně kvádru.
	Válec se skládá z horní a boční plochy, která jde skrz kvádr. V horní ploše kvádru je kruhová díra.
	Válec se skládá z horní, spodní a boční stěny. Válec leží přesně na horní stěně kvádru a můžete si všimnout, že v místě dotyku se zobrazují červeno-šedé čáry. Je to proto, že přesně v tomto místě leží dvě plochy, které mají opačnou orientaci normál. 3D render se tedy snaží zobrazit obě barvy ploch naráz.

 

 

Plnobarevné modely

Pro 3D tisk plnobarevných modelů budete potřebovat typicky některý z formátů uvedených níže:

• VRML (.wrl) + soubor s texturou ve formátu .jpg nebo .png

• OBJ (.obj) + soubor s texturou ve formátu .jpg nebo .png. + material library file (.mtl)

• 3MF (.3mf) – textury jsou již součástí souboru. Tento datový formát si klade za cíl stát se novým datovým standardem pro 3D tisk. Hlavní rozdíl oproti STL je v tom, že 3MF zahrnuje údaje o měřítku a podporuje více instancí stejných objektů. Navíc také umí nést informace o barevných texturách anebo požadovaném výrobním materiálu. Tento datový soubor je něco jako .zip. Je dokonce možné přepsat koncovku souboru z .3mf na .zip a podívat se co soubor obsahuje.

Všechny tyto datové formáty využívají polygony. Navíc také obsahují informace o UV mapách, které jsou použity pro “nabalení” textury na 3D objekt. Textura je v podstatě 2D obrázek. Pokud byste vytiskli objekt znázorněný nahoře, tak by jeho povrch vyšel hladký. Je několik možností, jak dosáhnout haptického vyvýšení modelu, tak aby po tisku vypadal jako strukturovaný plech. Jednou z možností je použít displacement mapy.

 

Zdroj informací

Informace obsažené v článku jsou převzaty z knihy ADDITIVE KNOWLEDGE, jejímž autorem je MgA. Adam Řehák, Application Engineer ve společnosti 3Dees Industries s.r.o.