3D-печать для начинающих. Часть 2: Создание и подготовка моделей для печати

14 Авг в 11:40

Добрый день, дорогие хабражители и мимокрокодилы! Продолжаем статью о 3D-печати для не специалистов, где я делюсь опытом и своими очень ценными (или нет) советами(ссылка на предыдущий гайд).

Этот пост не является рекламой принтера, производителей филаментов или сервисов (хотя хотелось бы). Все приведенное здесь — лишь инициатива и иллюстрации автора. Уж простите за качество иллюстраций. Телефон у меня не очень, да и фотограф из меня так себе.

Данная статья будет полезна не только для тех, кто планирует приобрести себе 3D-принтер, но и для:

Тех, кто хочет заказать себе модель для печати,
Тех, кто собирается делать модели под печать
И тех, кто печатает уже готовые модели, но в моделировании не особо силен.

Ну, что, поехали?

Чек-лист перед началом работы

Не буду вас обманывать. Если у вас опыт работы в 3D небольшой и есть возможность обратиться к профессионалу — обратитесь. Возможно, это будет дороже, чем вы думаете, но, поверьте, лучше вы потратите деньги на моделлера, который сделает вам оптимизированную для печати фигуру, чем впустую изведете на фарш килограмм пластика за 2-3к деревянных. Да, пластик нынче недешевый, ибо отечественных производств мало и они почти не делают полихромных пластиков. Просто цветные — уже чудо, что есть. Но раз уж взялись, то вот несколько стартовых позиций, которые следует проверить и учесть.

Основание модели (то, с чего начнется печать) в идеале должно быть ровным и не меньше чем 30-45% от площади самого широкого слоя по вертикали. Если больше не получается, приготовьтесь выставлять поддержки либо в ПО для моделирования, либо в слайсере непосредственно перед печатью. Другой выход: разрезать модель на более оптимальные части и сделать основанием место разреза.

Когда сопло принтера идет по слоям, оно немножко так увлекает за собой всю модель. Сила эта совсем крошечная, но может стать существеннее слой от слоя. И если площадь меньше необходимого, модель попросту оторвется от основания.

Масштаб модели должен не просто не превышать область печати, а в идеале быть меньше на 1 см. В противном случае придется нещадно резать модель в слайсере. Исходя из этого, разрешающей способности принтера и диаметра сопла, рассчитайте детализацию.

Масштаб влияет не только на детализацию. Уменьшение дракончика с 100% до 80% уменьшило время печати почти вдвое при заполнении 10%. При большем заполнении разница будет еще значительнее.

Не перегружайте модель. Детализация модели должна быть в меру выдающейся. Старайтесь избегать излишне мелких деталей, при этом сохраняя общий рельеф. Помните, разрешение боковых деталей зачастую выше, чем вертикальных, отчего барельефы и портреты ставят стоймя или кладут на бок в слайсере. Если от каких-то деталей можно отказаться — смело отказывайтесь. Если их можно напечатать отдельно (оружие, например, магию, подставки) — печатайте отдельно.

Этого товарища я лично считаю излишне перегруженным (для модельки меньше 5 см, пусть и из фотополимерки), но клиент захотел штучки, значит, будут штучки)

Избегайте больших нависаний.Если нависания необходимы, старайтесь сделать их угол относительно вертикали не больше 45 градусов и выставьте в слайсере «замедлять при печати нависаний» (или замедляйте вручную). Небольшие нависания неплохо печатаются без поддержек, крупные и сильно выступающие придется оснастить саппортами. Если нужен мост между двумя деталями, который не отсоединить (например, при печати сетчатых структур), позаботьтесь о том, чтобы мост был не слишком длинный либо о более плавном переходе. Все «отлетающие» и отстающие от основы детали следует либо удалить, либо соединить с основой.

Маленький крокодильчик (меньше 5 см) напечатался без дополнительных поддержек под челюстью, так как перепад достаточно плавный. Для крокодильчика побольше уже придется делать поддержку из-за длины хода.

Следите за толщиной деталей. Даже если у вас сопло 0,4 мм, реальная толщина немного больше. Детали тоньше 1 мм напечатаются плохо или превратятся в ломкие волосы. К тому же, будут хрупкими. Полы одежды, плащи, крылья драконов и фей придется сначала утолщить, а уже потом отправлять в слайсер. Это касается волос, завязочек-шнурочков, плавников, гривы, юбок, цепочек и т. д.

Обновленная мной версия статуи Клавикуса Вайла из игры TES V: Skyrim. Планировалась и в мод после сокращения полигонов, и в миниатюру. Волосы выполнены curve-кистями прядей, а ткани придана толщина.

Волосы.
При адаптации моделей не для печати (игровых, стоковых, сделанных в Blender или DAZ3D) особое внимание стоит уделить волосам. Так как большая часть волос генерируется либо частицами (отдельными волосками) либо плоскатиками (подразделенный кусочек меша с нарисованной прядью), они с вероятностью 99% не напечатаются вовсе или станут причиной зависания слайсера.

Вам придется идти одним из трех путей:

Если модель в формате сцены блендер-файла (.blend), и модификатор частиц волос еще не запечен, вы можете в настройках изменить плотность и толщину волос. При условии, конечно, что ваш процессор и видеокарта выдержат — мои отказываются работать с некоторыми модификаторами частиц.
Если волосы модели в виде плоскатиков (как большинство игровых волос) вы можете почти в любом 3D-редакторе задать им толщину или сделать экструзию (extrude). Да, может быть, это будет не так аккуратно выглядеть, и большое количество прядей все еще способно убить вашу машину, но тем не менее.
Если удалить родные волосы к чертям и сделать новые, либо из примитивов, либо скульптингом, либо специальными кистями (в ZBrush, например, можно найти полтора десятка кистей-curve, имитирующих пряди, прически и кудри)

Мех на накидке сделан двумя путями: на воротнике скульптом, на оторочке — кастомной curve-кистью, которая вставляет одинаковые меши на равных промежутках. На голове волосы тоже скульпт.l

Я предпочитаю последний, но иногда пользуюсь вторым.
Естественно, ресницы и брови придется также убирать и рисовать вручную либо экструдировать

Проверяйте меш на целостность. Дыры, щели, вывернутые наизнанку нормали поверхности и прочие незамкнутые поверхности чреваты ошибками в слайсере и печати. По возможности лепите скульптингом, избегайте булевых операций, а если нет возможности избежать — проверяйте дополнительно, булевые операции иногда могут оставлять незамкнутые грани и не соединенные вершины полигонов.

Во многих слайсерах незамкнутые грани подсвечиваются. Например, булевые операции в Blender читаются в них как вывернутые либо не читаются вообще. Это стоит учитывать при подготовке модели.

Организуйте стыки. Если ваша модель не помещается целиком или ради улучшения качества ее придется порезать, старайтесь делать это в вашем любимом 3D-редакторе. Слайсер сделает идеальный разрез, ровный и аккуратный в случае простой модели, но сложная модель, скорее всего, распадется на несколько неудобных кусочков. Слайсер не учтет, если на место разреза попадет, например, кусочек шипа или снаряжения. Кроме того, состыковывать некоторые из них будет сложно, поэтому позаботьтесь о фасках и пазах, в которые можно будет вставить детали.

Даже такие корявые пазы лучше, чем никаких. Особенно когда дело касается сложных моделей.

Избегайте прямых и острых углов. Большинство принтеров не очень аккуратно воспроизводят стыки в виде прямых углов, острия и прочие. Старайтесь делать закругленные углы между двумя поверхностями, лучше обойтись без них и потом поработать напильником или наждачкой, чем получить фарш на углу. Новые версии Orca slicer кое-как с этим работают, но все еще не идеально.

В идеале штырьки должны быть сглаженными и почти круглыми либо с незначительными углами для ограничения подвижности. И карман для них должен быть больше, чем сам штырь.

Не делайте стык в стык. Оставляйте как минимум 0.2 мм отступа между пазами и подвижными частями. Лучше делать еще больший отступ между штырями и штыреприемниками и в суставах подвижных частей, так как склеивающий/сплавляющий материал тоже имеет толщину. Кроме того, пластики разных видов могут иметь разную усадку. Зазор нужно делать тем больше, чем меньше точность принтера и чем больше диаметр сопла. Для принтера, на котором работаю я, этот зазор лучше делать не меньше 0.5мм, для суставов — около 1 мм.

Моделируем декор

Самое простое, что можно сделать на 3D-принтере, это всевозможные элементы декора. Креативный крючок для полотенца? Декоративная пластинка на кухню? Красивый уголочек на мебель? Подставка под кружку? Не вопрос.

Главное, что нужно знать для этого, — размеры того, к чему прикладывается декор, и размеры области печати. Если у вас простой орнамент, то можно извлечь рисунок с однотонным фоном с картинки из интернета и отпечатать его. Можно для уголков взять кубик из любого софта. Крючок смоделировать вообще не проблема, главное, сделать одну из сторон плоской для позиционирования на столике печати.

Еще момент — декор для мебели лучше печатать с заполнением 100%, настенные панно можно и с меньшим.

Как это сделать?

Выдавить альфа-текстуру. Это можно сделать, например, в ZBrush: загрузив рисунок как альфа-кисть и выдавив его на поверхности.
Преобразовать векторный файл в 3D (в специальных программах)
«Нарисовать» полигонами по контуру (на глазок или загрузив рисунок как текстуру на плоскость).

От эскиза через рисование полигонов до 3D-орнамента.

Моделируем фигурку/миниатюру

Для начала определитесь — миниатюра у вас будет или более-менее крупная статуэтка. Общепринятых стандартов миниатюр нет, но обычно так называют фигурки для настолок и статуэтки до 10 см в высоту, хотя мнения разнятся от мастера к мастеру.

Если вы делаете миниатюру, то для сохранения образа и деталей вам придется сдвинуть выбранный образ в сторону гротеска и стилизации: большая голова, укрупненные черты лица (особенно глаза, нос и брови), расширенные конечности, крупные ладони и ступни и т. д.

Снаряжение тоже придется упростить и укрупнить: так, от кольчуги либо придется отказаться вовсе, либо сделать крупные кольца, погруженные в подстежку. Доспехи больше будут похожи на консервные банки Warcraft и силовую броню Warhammer 40k, с минимумом деталей и огромными вмятинами и трещинами. Складки одежды идут мимо кроме пары крупных волн на плаще. Какие-то мелкие детали вроде поясных аксессуаров придется убрать, оставив увеличенную версию сумки и пару характерных черт: большую. книжку, большой свиток или большую склянку зелья. Про переделку волос я уже говорила, но повторюсь: для минек (миниатюр) волосы лучше вылеплять в формате прядей.

Миниатюра короля Артака до фикса. Орнамент на молоте и набедренной повязке при размере 5 см будет виден очень плохо при печати абсолютным большинством принтеров. Только высокоточные фотополимерные, возможно, осилят такую детализацию.

То же касается животных и монстров: клыки вместо отдельных зубов превратятся в частокол, крылья, хвосты и плавники утолщатся, перья также должны стать толстым забором, а от мелкой чешуи придется отказаться. Перьевой покров тела и мех должны быть реализованы крупными деталями в духе прядей и пучков. Поза тоже должна быть утрированной для большей выразительности. Широко расставленные ноги, руки в слегка неестественном замахе, изгиб тела. Но, конечно, без фанатизма.

Детализация для более крупных моделей более подробная. Но волосы и мех все равно должны быть значительно стилизованы.

Если это более крупная модель (скажем, 20 см в высоту), то тут уже мы можем разгуляться. Основные пропорции нормального человека можно сохранить, хотя некоторое утрирование для выразительности все еще приветствуется. Здесь мы можем позволить себе добавить основные складки одежды, трещины и небольшие дефекты на доспехах и оружии. Однако без фанатизма.

Моделируем маску

Причина двух недель бессонной ночи — создание маски дракона. Не просто так, а приурочив это к Эпиккону — фестивалю игр, кино и косплея в Санкт-Петербурге.

Главные источники вдохновения: драконид Dark Souls 3 (цвета неоригинальные) и драконид Baldur’s Gate 3

Первоначально я планировала сделать маску драконида из Dark Souls 1 или 3. Оба мне нравятся, с обоими связаны воспоминания по добыче и ношению такого облика в этих играх. Но при адаптации под свою голову, я столкнулась с некоторыми трудностями, одна из которых — слишком длинная узкая морда и слишком большие рога (даже у версии драконида-самки). Чтобы основание головы сидело на моей черепушке, морду пропорционально пришлось бы делать намного длиннее, что мешало бы повороту головы в толпе. Рога тоже мешали бы. Впрочем, забегая наперед, даже после модификаций рога немного мешали, так как толпа оказалась еще плотнее. Но к делу. Что за адаптация?

Чтобы сделать маску, вам нужна голова. Не только та, что у вас на плечах, но и примерная модель в редакторе, где вы будете работать. Не обязательно делать ее подробно, главное — болванка с размерами.

Сделайте или найдите подходящую по пропорциям заготовку, но учтите несколько пунктов:

Форма крыши черепа (от лба до затылка). Вы не представляете, как сильно могут различаться своды котелка!
Объем и ширина лба (вместе с крышей черепа это основа опоры больших масок);
Высота и ширина глаз (для вырезов в маске). Если маска негуманоидная (например, драконья), то, возможно, отверстия для обзора придется делать не там же, где глаза у образа маски, а ниже, выше или в пасти;
Высота спинки носа и длина носа (думаю, вам не понравится, если маска будет опираться на кончик носа);
Выступ скул и ширина щек.

Померяйте свою голову с помощью портняжной линейки и обычной, чтобы не ошибиться с масштабом. Запишите эти значения, они нам пригодятся не раз.

Вид болванки головы через прототип маски

После примерного подгона размеров болванки, можно приступать к созданию маски. Как именно ее делать — на ваше усмотрение. Хотите — собирайте из примитивов, хотите — рисуйте полигонами, хотите — лепите скульптом. Главное, делайте ее с учетом будущей толщины: не стоит располагать маску вплотную к лицу, оставляйте зазор минимум в 2 сантиметра. Тем более, что пластик имеет неприятное свойство уседать и деформироваться. А уж если маска будет артикулируемая, то учтите и величину креплений.

Разработка креплений для челюсти. Учитывайте, что крепления должны быть функциональны —задние края челюсти не должны мешать, а также не должны мешать вам носить эту маску.

Кстати о креплениях: не забудьте петли для резинок и шнурков.
Когда закончите с детализацией маски, озаботьтесь толщиной. Моя маска в самом толстом месте немного превышает 0,5 см (не считая рогов). Расcчитывайте примерную необходимую прочность (подвижные части не должны быть слишком тонкими) и будущий вес изделия — вам все же его носить (или заказчику).

Перед отпечаткой большой маски неплохо отпечатать ее тестовую мини-версию, заодно подобрать температуру, скорость печати и проверить усадку

В большинстве слайсеров, поддерживающих вашу модель принтера, поле build plate будет размечено сеткой с масштабом столика вашего принтера. По умолчанию каждая клетка приблизительно равна 1 см. Но не стоит делать края модели вплотную к краю области печати, это чревато ошибками и отлипанием.

Подвижные части, естественно, лучше печатать отдельно.
Как показала практика, всякие рога, зубы, крупные шипы и прочее лучше делать тоже отдельно с защелками или хотя бы под клей. Транспортировать на фестиваль маску дракона на другой конец оживленного города оказалось нетривиальной задачей. Зубы в этот раз я отпечатывать не стала, вместо этого вырезала их из мягкой упаковки.

Готовая маска дракона. Она должна была быть окрашена, но продавец отправил не тот цвет, поэтому в последние пару дней пришлось менять весь сет на светлый.

После печати маленькой версии я чуть-чуть модифицировала сочленение, сделав кольца потолще, а штырьки подлиннее, иначе они ломались и выскакивали из пазов.
Чтобы маска хорошо сидела, можно сделать небольшие подкладки из поролона или мини-подушечки.

Моделируем с артикуляцией

Все подвижные модельки можно условно разделить на три категории: функциональные бытовые, фиджеты и игрушки.

Орехокол для арахиса, скомбинированный мной из двух моделей: фрактального пасхального яйца и вентиля от другого орехокола.

Функциональные бытовые модели— это, например, орехокол, застежка на пакет, врЕменная петля (не временнАя!), крючок для белья, подставка для телефона, кейс под наушники и т. д. Что-то, что помогает в быту и при этом прикольно выглядит и шевелится.

Вот эти штучки очень помогают на кухне, защелкивая пакетики специй, фруктов и кондитерских присыпок. Главное, не закреплять слишком толстые пакеты — деформируются (ссылка на модель ).

Как охарактеризовать эту подставку? Фиджет? Бытовая модель? Она поднимает крылья, когда на крючки ставишь телефон и при этом выглядит круто, несмотря на очень хрупкие перья.

Фиджеты (fidgets)— по факту, те же игрушки, чаще всего с развивающим эффектом или тайм-киллеры. У них есть подвижные части и сами в себе они функциональны, но никакого практического смысла эти функции не несут — исключительно занять руки и время. Популярные не так давно поп-иты или канувшие в лету спиннеры и есть фиджеты. Впрочем, для детей некоторые из них могут быть полезны именно как развивающие моторику игрушки и головоломки. А некоторые просто прикольно смотрятся на полке или рабочем столе.

И не спиннер, и не игрушка. Просто мимик-подарок, который печатается целиком. Кстати, в открытого хорошо встают флешки и ластики.

Есть фиджеты, которые печатаются целиком за один присест, есть те, которые еще нужно будет правильно собрать, есть мозаичные, есть коробки с секретами и шкатулки с выскакивающими пауками, котиками и мартышками.

Игрушки с артикуляцией (обычно помечены на сайтах как articulated / jointed / flexible)— это уже настоящие игрушки, хотя иногда их продают как игрушки-антистресс (и не зря). Чаще всего они повторяют каких-нибудь животных (змей, ящериц, кошек), персонажей мультфильмов (стальной гигант, дракон Хаку) или фантастических монстров (драконы, ксеноморфы из к/ф «Чужой»).

Можно их разделить на две больших категории: цельные и сборные.
Цельные печатаются единой моделью за один присест и не требуют сборки. Как правило, это артикулируемые скелетики, змейки, дракончики.

Брелок-версия дракона Хаку (если верить автору) неплохо смотрится и в многоцветном варианте.

Большинство из них сделаны в виде длинных цепочек, так как это подчеркивает их главную особенность — подвижность. Например, самыми популярными игрушками являются всевозможные вариации китайских драконов и их производные.

Артикулированный морской дракон и артикулированный листик-дракон. Их очень приятно просто перебирать в руках. (модели отсюда и отсюда )

Сборные печатаются отдельными кусочками с последующим соединением через защелки, штырьки или продергивание нити как у BJD, но в последнем случае вам придется озаботиться сквозными отверстиями и туннелями. Но об этом позже.

Если все же решитесь делать подобные вещи самостоятельно, хорошенько подумайте о сочленениях. Благо, специально для тестирования своих и ваших возможностей я загрузила примитивные сочленения на Сингиверс. Если хотите, можете взять и переделать их или сделать на их основе что-то свое (благо, это не финальная версия).
Ссылка на сочленения.

Малополигональные, специально, чтобы загрузились на любой картошке. «Заземленные» версии (grounded) позволяют присоединить их к уже отпечатанным моделям.