To było 7 lipca 2013 roku, podczas pierwszej edycji Dnia Druku 3D w Kielcach gdy to zobaczyłem – głowę Pawła Twardo z Monkeyfab, wydrukowaną w skali 1:1 z czerwonego PLA. Wydruk od samego początku robił olbrzymią furorę stając się jednym z najczęściej fotografowanych modeli z drukarki 3D w Polsce. Zawsze gdy gdzieś w Polsce jest jakiś event i jest tam Monkeyfab, w relacjach z tego wydarzenia można spodziewać się zdjęć czerwonej głowy Pawła. Wydruk jest bardzo dobry i w gruncie rzeczy genialny w swojej prostocie. Koniec końców – to tylko głowa… Jakiś czas temu zacząłem zastanawiać się, czy można zrobić coś jeszcze lepszego, iść krok dalej…? Odpowiedź nasunęła się dość szybko – a może zrobić dokładnie to samo, tylko w kolorze…?
Zanim przejdziemy dalej, chciałbym wyjaśnić, iż nasz projekt nie miał absolutnie na celu rywalizować z projektem Monkeyfab, z którym łączą nas doskonałe relacje. Po prostu chcieliśmy mieć również jakąś głowę do pokazywania na eventach i szkoleniach, a liczyliśmy się z tym, że Paweł mógłby mieć w pełni uzasadnione obiekcje w udostępnianiu nam swojej głowy do celów marketingowo-edukacyjno-rozrywkowych 🙂
Do współpracy przy tym projekcie zaprosiliśmy Mariusza Szymbora z firmy DIM-CAD, Arka Śpiewaka z firmy 3D Printers i Piotrka Danielewicza z Galaxy Kits. Swojej głowy pozwoliła nam użyczyć nasza serdeczna koleżanka Ewa Leszczyńska, z którą miałem zaszczyt współpracować w jednej z firm z branży IT, dla której wspólnie realizowaliśmy szereg projektów internetowych. DIM-CAD odpowiadał za skan 3D głowy, 3D Printers za jej wydruk w technologii FDM, a Galaxy Kits za jej malowanie. Oto jak projekt był realizowany…
Skan 3D
Skanowanie 3D głowy człowieka składa się niejako z dwóch etapów: skanowania twarzy i skanowania włosów. Pierwszy etap jest łatwy, prosty i przyjemny, i zajmuje stosunkowo niewiele czasu. Całkiem przyzwoite efekty można uzyskać używając do skanowania nawet prostych i tanich urządzeń pokroju Sense lub Kinecta. Etap drugi, czyli skanowanie 3D włosów to jedna z najgorszych rzeczy jakie można zlecić firmie zajmującej się profesjonalnymi usługami tego typu… Zwykle skanuje się włosy, które są dokładnie spięte z tyłu głowy i ściśle do niej przylegają. Wskazanym jest również, aby były w jak najjaśniejszym odcieniu, gdyż w przypadku ciemnych barw jest problem z ich poprawnym odwzorowywaniem przez skaner 3D (mowa oczywiście o włosach). My postanowiliśmy sobie to maksymalnie utrudnić, dlatego nasza modelka miała rozpuszczone, czarno-krucze włosy…
Skan 3D trwał długo, bo blisko dwie godziny. O ile skan 3D twarzy zakończył się stosunkowo szybko, próby odtworzenia i poskładania w czasie rzeczywistym włosów Ewy było żmudne i pracochłonne. Do skanowania 3D wykorzystywaliśmy wysokiej klasy sprzęt w postaci HDI Advance R3X – optycznego skanera 3D na światło białe, z rozdzielczością 2,8 megapixela. O ile w przypadku twarzy udało nam się uzyskać niewiarygodną dokładność i stopień odwzorowania (żartowaliśmy, że na podstawie skanu 3D jesteśmy w stanie rozpoznać markę producenta tuszu do rzęs), o tyle w przypadku rozpuszczonych, czarnych włosów były problemy z ich właściwym odwzorowaniem. Mimo to udało się osiągnąć w miarę satysfakcjonującą jakość.
Niestety w trakcie analizowania otrzymanych plików STL pod kątem druku 3D głowy w technologii FDM, po długich dyskusjach uznaliśmy, iż… wydruk w tej postaci nie wyjdzie dobrze. Obawialiśmy się, że ilość supportów jaka zostanie wygenerowana w celu wydrukowania włosów – a w szczególności fragmentów gdzie włosy łączą się z dolną częścią twarzy w okolicach szyi, zostanie wydrukowana w taki sposób, iż późniejsza obróbka będzie bardzo kłopotliwa co odbije się negatywnie na jakości. Dlatego mimo, że skan 3D wyszedł dobrze, podjęliśmy trudną decyzję o powtórzeniu całego procesu.
Przy drugim podejściu, Ewa miała już dokładnie spięte włosy a my przestaliśmy się skupiać tak bardzo na tym elemencie. Uznaliśmy, iż koniec końców technologia FDM nie pozwoli nam na odtworzenie włosów w takim stopniu jak będzie pozwalał na to skan 3D w wersji HD, więc zrobiliśmy to szybko – acz wciąż dokładnie. Dzięki temu cały proces skanowania 3D zajął nam tym razem tylko kilkadziesiąt minut zamiast dwóch godzin. Twarz Ewy po raz kolejny została odtworzona w formie cyfrowej z hiperdokładnością – na podstawie skanu 3D jesteśmy w stanie policzyć nawet rzęsy 🙂
Druk 3D
Jako że głowa miała zostać odtworzona w skali 1:1 potrzebowaliśmy drukarki 3D będącej w stanie wydrukować obiekty o wymiarze blisko 30 cm w osi Z. Jedynym urządzeniem o tego typu możliwościach jakie było dostępne na rynku był HBot 3D autorstwa Arka Śpiewaka z 3D Printers, posiadająca obszar roboczy 30 x 30 x 30 cm.
Aby móc wydrukować tak duży i tak specyficzny obiekt, plik STL musiał zostać odpowiednio zmodyfikowany. Przede wszystkim usunięto fragment tułowia pozostawiając samą głowę i szyję. Następnie zaprojektowano specjalne podpory, które z jednej strony gwarantowały jakość wydruku a z drugiej umożliwiały łatwe i bezproblemowe ich usunięcie. To co jest najtrudniejsze w druku 3D głowy to podbródek. Niestety specyfika druku 3D w technologii FDM sprawia, iż ten element jest zawsze mało estetyczny z uwagi na nadlewy i widoczne pojedyncze nitki plastiku. Większość programów (zarówno otwartych jak i dedykowanych) wstawia domyślne supporty w taki sposób, że efekt końcowy jest nieciekawy. Arek wraz ze swoim zespołem zaprojektował podpory w taki sposób, aby maksymalnie zniwelować ten problem.
Druk 3D zajął 30 godzin. Najdłużej trwało drukowanie supportów – sam wydruk był pusty w środku, aby maksymalnie przyspieszyć pracę. Wysokość warstwy również była relatywnie wysoka i wynosiła 0,2 mm – zejście do poziomu 0,1 mm znacząco wydłużyłoby czas pracy. Wydruk został wykonany z szarego PLA, dedykowanego do drukarek HBot 3D.
Postprodukcja i malowanie
Wydrukowany model przekazaliśmy naszemu koledze – Piotrkowi Danielewiczowi, osobie bardzo dobrze znanej w branży modelarskiej z prowadzenia serwisu Galaxy Kits, z którym współpracowaliśmy już przy kilku projektach prezentowanych na łamach CD3D. Model przeszedł standardową obróbkę modelarską – wybrane fragmenty zostały oszlifowane, następnie położono na nie warstwę szpachli modelarskiej, co zostało oszlifowane po raz kolejny. Następnie nałożono kilka warstw podkładów i przystąpiono do finalnego malowania.
Ostatnim etapem było nałożenie… tradycyjnego makijażu w wybranych miejscach modelu i dodanie kilku dodatków 🙂
Podsumowanie
Skanowanie i drukowanie 3D głów i ludzi w ogóle, jej tematem widowiskowym i ekscytującym zarazem. Jest również bardzo problematyczny i wymaga określonej wiedzy i doświadczenia u osób go realizujących. Dziś z perspektywy czasu wiemy już, że wykorzystanie do tego projektu tak zaawansowanego narzędzia jakim był skaner 3D HDI nie było konieczne, ponieważ dokładność z jaką odtworzył model cyfrowy Ewy była zbyt wysoka jak na możliwości technologii FDM. Aby być w stanie odtworzyć go ze wszystkimi detalami należałoby wykorzystać do tego np. technologię SLS, co wiązałoby się z kolei z olbrzymimi kosztami. Z drugiej jednak strony, mając porównanie ze skanerem 3D Sense, różnica w jakości modeli pomiędzy obydwoma metodami jest powalająca.
