Построение 3D-модели и печать ее на 3D-принтере являются одними из первых этапов изготовления ювелирного изделия. От того, насколько качественно будет выполнена 3D-модель, будет зависеть отсутствие брака на последующих этапах производства украшения.
В статье рассмотрим, в каком виде необходимо подготавливать 3D-модели, чтобы они были пригодны для печати на 3D-принтерах.
Рассмотрим на примере двух моделей:
неподготовленной к печати или, как часто ее называют, «непролеченной» (рис. 1);
подготовленной или «пролеченной» (рис. 2).
1. Основные ошибки при 3D-моделировании
1.1. Сфера является отдельным контуром, углубленным в другой контур. Как показано на примере пролеченной 3D-модели, вся модель должна являться единым контуром. Это достигается операциями «объединения/boolean»;
1.2. Контуры не состыкованы, и после печати левый элемент отвалится;
1.3. Двойная стенка. Она настолько тонкая, что элемент растворится во время постобработки в изопропиловом спирте;
1.4. Не закрыт контур элемента. В таких случаях необходимо закрыть контур вручную, а после - объединить с другими контурами (см. 1.1);
1.5. Соприкосновение плоскостей. Проблемы возникают если проводить объединение контуров уже после экспорта модели в формат STL. Лучше все операции объединения проводить перед экспортом;
1.6. Мелкий текст или подобные ему элементы. Минимальное значение для гравировки вглубь, наружу и для расстояний между элементами не менее 0,25мм, при глубине 0,35мм. Точность печати еще не достигла таких значений, чтобы качественно печатать элементы с меньшим значением.
В подготовленном состоянии модель показана на рисунке 2.
Одной из самых распространенных программ для подготовки моделей является Materialise Magics. Используя функцию «мастер исправлений» необходимо добиться результата как на рисунке 3.
2. Большой «вес» файла
Оптимальный «вес» файла 3D-модели также является немаловажным фактором. Для ювелирных изделий размер в редких случаях может превышать 20 Мб, оптимально 2-3 Мб, а для изделий декоративно-прикладного искусства не более 50-100 Мб. Это достигается за счет уменьшения полигональной сетки.
Количество полигонов левой модели (рис. 4) было излишним настолько, что уменьшение сетки в 10 раз даже не сказалось на качестве поверхности.
В Rhinoceros - одной из самых популярных программ используемых для моделирования ювелирных изделий - функция уменьшения полигональной сети выглядит в следующем виде (рис. 5)
3. Сгруппированные модели
Так как каждая модель обрабатывается индивидуально, их необходимо присылать в несгруппированном виде. Одна модель должна являться одним STL файлом.
4. Несоответствие требованиям постобработки
Чтобы понять нижеизложенный материал, необходимо разобраться в физико-химических процессах, происходящих во время обработки моделей.
Печать происходит двумя материалами (рис. 6) – основным (фиолетовым, но может быть и других цветов) и поддерживающим (белым).
Поддержка предназначена для того, чтобы не было обвала нависающих элементов. После печати она растворяется в изопропиловом спирте.
Один из факторов от которого зависит скорость растворения – это скорость обновления раствора в области растворяемого материала. Если обновление затруднено, то и растворение будет медленнее. Очень долгое пребывание восковых моделей в изопропиловом спирте сказывается на качестве поверхности и на прочности основного материала.
Поэтому, при разработке дизайна следует избегать образования труднодоступных для попадания раствора мест, таких как:
4.1. Длинные отверстия малого диаметра (рис. 7). В данном случае ситуацию усугубляет поверхностное натяжение изопропилового спирта, что еще больше замедляет процесс растворения. Ошибка распространена, например, для креплений элементов браслета.
Не всегда возможно расположить модели таким образом, чтобы в отверстиях не было материала поддержки (а если и можно, то неоптимальное расположение модели при печати может повлиять на ее качество), поэтому необходимо избегать таких длинных отверстий корректировкой
4.1. Недостаточное количество отверстий для отмывки (рис 8). Ошибка распространена для пустотелых колец, браслетов или пластики.
В отличии от первого случая, раствор с легкостью попадает во внутреннюю полость восковой модели, но из-за того, что размер отверстий мал или их количество недостаточно (на примере только в области стопы раствор попадает внутрь), то растворение материала происходит очень медленно.
Если подкорректировать дизайн не представляется возможным, тогда необходимы технологические отверстия, которые потом запаиваются в воске/металле или разделение модели на составные элементы.
5. Рекомендации
5.1. Еще один важный фактор при подготовке файлов - литниковая система. Отсутствие литников усложняет работу и может привести к царапинам, сбитым углам на готовой восковой модели при подготовке к литью и дополнительной обработке напаянного вручную литника у отливки.
5.2. Большие тонкие поверхности (без ребер жесткости), которые погнутся или потрескаются от остаточных напряжений; модели без перемычек, где они требуются, чтобы их не изогнуло под собственным весом; модели с острыми краями, которые обязательно обломятся; выпирающие элементы, которые легко зацепить и прочее «основы» про которые не стоит забывать при разработке будущего ювелирного изделия.
5.3. Мини-елки с мелкими моделями. Особенно актуально для большого числа одинаковых моделей.
Согласитесь, что, например, напаять на ювелирную «елку» пять маленьких елочек из 20 моделей намного быстрее, чем 100 штук этих же моделей. Это сильно упростит работу на многих технологических этапах изготовления изделий и соответственно ускорит процесс.