Formaty „czy de”

Co jest potrzebne żeby wydrukować sobie rzecz w 3D? To jedno z najczęściej zadawanych pytań. Osoby bardziej świadome wiedzą już, że potrzebny jest plik z trójwymiarowym modelem. Ale w jakim formacie go zapisać? W czym go zaprojektować? W tym artykule, osobom zaczynającym przygodę z drukiem 3D, postaramy się rozjaśnić zawiłości zapisu plików.

Najbardziej popularnym formatem zapisu plików dla drukarek 3D jest STL. Został stworzony przez firmę 3D Systems właśnie na potrzeby druku 3D, znanego wówczas jeszcze pod nazwą stereolitografii. Jest platformą łączącą oprogramowanie do projektowania z maszynami do drukowania. Niemal każdy program typu CAD ma możliwość zapisania projektu w formacie STL. Jednak nie wystarczy wybrać polecenia eksportuj do formatu STL – wcześniej trzeba zwrócić uwagę na kilka istotnych rzeczy, aby wydruk spełniał nasze oczekiwania. Przede wszystkim chodzi o dokładność zapisu i jednostki, ale również o sposób projektowania.

Czym jest STL?

Zacznijmy może jednak od wyjaśnienia tego, jak wygląda model zapisany w pliku STL. Podczas zapisywania naszego projektu do tego formatu, wszystkie powierzchnie modelu są zamieniane na małe trójkąciki. I tak dla przykładu, żeby odwzorować prostokątną płaską ściankę kostki, wystarczą dwa trójkąty, ale żeby w ten sposób zapisać kulę, to trójkątów tworzących siatkę musi być znacznie więcej.

Taka siatka trójkątów może dokładnie odwzorować model, ale jest trudna do edycji. Obrazowo rzecz ujmując, można ją porównać do pliku PDF. PDF dobrze się nadaje do publikowania naszych dokumentów tekstowych, ale żeby zmienić jedno słowo w dokumencie PDF potrzebny jest specjalistyczny program, podczas gdy w naszym edytorze tekstu wystarczy zmienić słowo. Podobnie jest w przypadku plików STL. Znacznie łatwiej jest wprowadzić zmiany w programie CAD i ponownie zapisać projekt w formacie STL niż modyfikować siatkę trójkątów.

Pliki STL powstają również w efekcie skanowania trójwymiarowego. Mogą następnie posłużyć do utworzenia modelu CAD w programie do inżynierii odwrotnej lub być bazą do rzeźbienia przy pomocy urządzeń haptycznych. Wróćmy jednak do zastosowań w drukowaniu.

Dokładność siatki STL

Przed zapisaniem naszego projektu do formatu STL, warto poszukać w naszym programie opcji pozwalających na określenie dokładności odwzorowania eksportowanego modelu. W zależności od programu, może to różnie wyglądać, ale upraszczając zasada jest następująca: im gęstsza siatka trójkątów, czyli mniejsze są trójkąty, tym dokładniej będą odwzorowane powierzchnie modelu. Ma to oczywiście szczególne znaczenie w przypadku modeli zawierających krzywizny.

Ustawienia eksportu modelu do formatu CAD w programie Geomagic Design – rysunki i opisy dokładnie wyjaśniają na co ma wpływ konkretna opcja

Poniżej prosty przykład płytki z okrągłym otworem zapisanej w formacie STL przy ustawieniu siatki o różnej gęstości.

Model CAD

Model CAD zapisany w formacie STL

Ten sam model CAD zapisany do STL, ale z siatką trójkątów mającą bardzo małą gęstość

W ekstremalnym przypadku krawędź otworu robi się sześciobokiem. Osoba, której zlecimy wydruk takiego modelu, może pomyśleć, że jest to otwór pod nakrętkę i wydrukuje nam plik w ten sposób. Doświadczony „drukarz 3D” przeważnie zwróci uwagę na gęstość siatki i poprosić klienta o wygenerowanie dokładniejszego pliku stl.

Jednostki

Często zdarza się, że osoba projektująca detal nie zawraca uwagi w jakich jednostkach pracuje jej program. I tak na przykład wprowadza wartości w milimetrach, a tak naprawdę model jest projektowany w calach. Czyli przedmiot, który miał mieć 10 milimetrów wysokości nagle ma 254 milimetry wysokości. Dlatego, żeby uniknąć nieporozumień, wysyłając plik do wydruku, warto załączyć prosty rysunek z wymiarami gabarytowymi lub chociaż napisać w jakich gabarytach powinien mieścić się masz model. W innym przypadku dostaniemy wycenę z astronomiczną kwotą lub przesłany model będzie za duży lub za mały.

W czym projektować?

To jaki program do projektowania trójwymiarowego zostanie użyty, teoretycznie nie ma większego znaczenia. Ważne jest tylko aby udało się wyeksportować nasz projekt do jednego z tzw. formatów wymiany plików. Najlepiej jeśli będzie to STL, jeśli nie ma takiej możliwości, może być też format SAT lub STP. Są to tzw. formaty neutralne, w których geometria jest zapisana sposób zrozumiały dla innych programów. Dzięki temu osoby pracujące w programach pochodzących od różnych producentów, mogą wymieniać się plikami. Trudno oczekiwać od firmy usługowo drukującej, żeby posiadała licencje wszystkich możliwych programów, dlatego należy używać neutralnych formatów wymiany plików.

Podczas projektowania należy przestrzegać jednak pewnych zasad aby nasz model został prawidłowo wydrukowany. Najczęstszymi problemami są: niepołączone bryły lub otwarte powierzchnie.

Bryły

Projektując część trzeba pamiętać aby bryły, z których budujemy model, były ze sobą połączone. Jeśli są pomiędzy nimi, chociażby mikroskopijne szczeliny to model po wydrukowaniu może się rozpaść. Firma usługowa o dużym doświadczeniu zapewne zwrócił uwagę klientowi na ten problem. Niedoświadczony lub pazerny „drukarz 3D” może wydrukować taki model, a w przypadku reklamacji powie – „przecież model był w ten sposób zaprojektowany?”. No i trudno będzie się z tym nie zgodzić.

Model składający się z kilku brył

Na powiększeniu widać szczelinę, po wydruku taki model się rozpadnie lub pojawią się problemy na etapie drukowania

Najlepiej jeśli model jest jedną bryłą

Powierzchnie

„Panie, ratuj Pan, w dwóch firmach drukowałem i za każdym razem źle wyszło” – taki odebrałem niedawno telefon… Po otwarciu modelu widać było, że wydruk nie ma prawa się udać, ze względu na otwarte powierzchnie. W przypadku projektowania modelu przy użyciu powierzchni należy zwrócić uwagę aby wszystkie powierzchnie były zamknięte. W innym przypadku oprogramowanie drukarek może źle zinterpretować geometrię modelu i wydruk będzie źle wykonany.

Na przekroju wyraźnie widać, że włosy, głowa i tułów mężczyzny są otwartymi powierzchniami, co sprawia problemy przy wydruku

STP i SAT

Te dwa formaty są formatami wymiany plików pomiędzy programami. W odróżnieniu od STL, geometria jest w nich dokładnie zapisana, a nie przybliżona siatką trójkątów. Różnica pomiędzy SAT, a STP polega na tym że ten drugi format pozwala zapamiętać poszczególne bryły złożenia (projektu składającego się z kilku części), jako osobne części. Czyli na przykład projekt silnika spalinowego wyeksportowane do formatu STP, pozwoli osobie, która go zaimportuje, wyjąć z niego na przykład tylko tłok. Wysyłając do wydruku projekt zapisany w formacie STP, warto określić czy chcemy aby był drukowany jako jeden cały detal, czy jako poszczególne elementy. W przeciwnym razie możemy się zdziwić i coś co miało być jednym detalem będziemy sobie musieli poskładać jak klocki lub na odwrót.

Mam nadzieję, że tym artykułem pomożemy rozwiać kilka wątpliwości osobom, które chcą pierwszy raz coś wydrukować oraz ułatwimy współpracę pomiędzy klientami zlecającymi wydruk i osobami świadczącymi takie usługi.