Kompanija Markforged, proizvođač vodećih 3D štampača armiranih kompozita, predstavila je opširnije uputstvo za pripremu 3D modela u 3D CAD softverima i podešavanja za njihov eksport u STL fajlove koji će dati odličan kvalitet prilikom proizvodnje tehnologijom 3D štampe.
3D CAD > STL
Eksport CAD geometrije u STL u odgovarajućoj rezoluciji ima dve prednosti:
postizanje dimenzione preciznosti i dobrog kvaliteta površina
i to bez drastičnog usporavanja procesa obrade STL-a u "slicer" softveru 3D štampača.
Markforged preporuke
Osnovne Markforged preporuke za parametre eksporta CAD fajlova u STL svode se na sledeće:
binarni STL format (manji fajlovi od ASCII - tekstualno definisanog STL-a)
"chordal" tolerancije/devijacije od 0.1mm (reč je o tangentnom odstupanju kod pretvaranja CAD kružnice u izlomljenu liniju STL fajla)
tolerancije/devijacije za uglove od 1 stepen
minimalna dimenzija stranice "trouglova" u poligonskoj površinskoj mreži STL fajla do 0.1mm
MB fajla vs finoća površine
Ukoliko sa ovakvim parametrima dobijete fajl koji je veći od 20MB toplo se preporučuje smanjivanje fajla promenom parametara, i to:
povećanje tolerancija za "chordal" i uglove sve dok veličina fajla ne spusti ispod 20MB jer veći fajlovi mogu značajno da uspore proces "slajsovanja"
naravno, ukoliko je se na fajlu pojave previše uočljivi poligoni smanjite pomenute parametre ali i dalje pokušajte da zadržite veličinu fajla ispod 20MB.
Osnovno o STL fajlu
Samo ime "STL" potiče od termina "stereolitografija", to je štampa rezina još iz 1980ih godina. Uz tu prvu tehnologiju štampe, STL format zadržao se kao standardni format i za sve druge tehnologije štampe koje su došle kasnije.
Iako podesan za 3D štampu, STL je problematičan fajl, naročito iz ugla mašinskih inženjera i drugih korisnika neuporedivo preciznijih, matematički strogo definisanih, 3D CAD fajlova.
U praksi to znači da ono što je projektovano u 3D CAD, sa predviđenim očekivanim karakteristikama delova, dimenzija, površina, nije moguće apsolutno preneti u STL, a samim tim ni dalje u tehnologiju štampe.
STL = "trougao do trougla"..
STL fajl definisan je isključivo nizom trouglova gde informacija sadrži položaj tačaka trouglova u koordinatnom sistemu i vektor koji je upravan na taj trougao. Milioni takvih trouglova zapravo će činiti površinu STL 3D modela a kasnije i sam odštampani deo (to je osnovni razlog zašto u 3D štampi zapravo "nema" lopte, kružne površine, itd).
Ovako otprilike taj trougao izgleda u ASCII tekstualnom STL fajlu, gde je upravni vektor "n" a tačke su v1, v2 i v3:
facet normal ni nj nk
outer loop
vertex v1x v1y v1z
vertex v2x v2y v2z
vertex v3x v3y v3z
endloop
endfacet
Naravno, od suštinske važno za uspešan STL 3D model jeste da površina bude u potpunosti zatvorena. Ovaj problem praktično ne postoji kada eksportujemo geometriju iz 3D CAD fajlova jer je tamo već kompletna geometrija (i njena površina), u potpunosti definisana. Problem može da se pojavi kada eksportujemo skenirane fajlove, ili 3D modele koji su nastali u 3D softverima koji nisu CAD već pre služe za vizuelno oblikovanje modela bez naročite preciznosti u geometriji (ispod 1cm ili 1mm).
Uticaj STL formata na različite geometrije
Ukratko, STL može sasvim lepo da reprodukuje 3D modele koji su ravni - kocke, kubusi, poligoni i sl. Međutim, kada se dođe do zakrivljenih površina lopte, valjka, kupe, one ne mogu biti apsolutno prenete na STL i štampani deo već postoji određeni kompromis - koliko trouglića će definisati tu površinu i tu vagamo između dve krajnosti:
premalo trouglića - lakši model ali previše gruba površina
previše trouglića - težak model ali lepša površina.
3D CAD korisnici, to jest oni koji pripremaju 3D štampu iz profesionalnih softvera kao što su SolidWorks ili CATIA, biraju gde će da smeste svoj model između pomenute dve krajnosti.
U praksi se najčešće ide sa prvom varijantom eksporta koju napravimo po prethodnom iskustvu na sličnim delovima, ali time samo propuštamo da dobijemo kvalitetnije, preciznije i lepše delove. Naravno da često za to nekada nema vremena, ali valjalo bi iskoristiti retke trenutke kada možemo da se poigramo različitim parametrima, da odštampamo "isti" model, tj. isti 3D CAD fajl ali eksportovan u različite STL fajlove.
Tako možemo da uporedimo:
vreme "slajsovanja"
vreme promene parametara u samom slajseru (debljine zidova, ispuna, dodavanje armature u delove na Markforged štampačima)
vreme štampe pojedinačnog dela*
vizuelni izgled štampanih delova (nekad nepravilnosti mogu biti manje u realnosti nego što se to činilo na modelu)
kvalitet štampanih delova - naročito kada su dimenzije minimalne pa kvalitet površine istovremeno utiče na dimenzionu preciznost i mogućnost materijala/štampača da u zadatim dimenzijama generiše najbolji mogući kvalitet završenog dela.
*Vreme štampe nije naročito bitan faktor za pojedinačne delove i manje serije. Ali varijacije od 10-15% mogu imati ogroman uticaj kada štampamo veće serije ili veće delove u određenom vremenskom roku. Ta razlika u vremenu koja se pojavi može značiti da li štampu možemo da završimo u jednoj smeni i pustimo sledeću tokom noći, ili će nova serija čekati tek sutradan.
Markforged Eiger softver može vam pomoći da brzo prekontrolište pojedinačne površine koje je definisao eksport u STL - prosto prevucite mišem preko 3D modela i pojedinačne površine biće jasno istaknute drugom bojom.
Međutim, iako profesionalni "slicer" namenjen isključivo za štampu na vrhunskim Markforged mašinama, Markforged Eiger softver takođe može imati problema da obradi STL geometriju koja uopšte nije optimizovana. Sa druge strane, Markforged materijali i hardver su takvog kvaliteta da čak i na zakrivljenim površinama često nije ni potrebno koristiti ekstreman broj poligona da biste dobili veoma lepu površinu na funkcionalnom delu, odnosno sklopu (loptasti zglob, koncentrično montirane cilindre i sl).
"Chrordal" tolerancije i devijacije
Ovaj parametar definiše opštu dimenzionu preciznost STL fajla u odnosu na izvorni 3D CAD model.
On se obično opisuje kao maksimalno dozvoljeno upravno odstupanje STL poligonskih površina od perimetarskih tačaka površine 3D CAD modela
Uticaj ovog parametra na STL model je jednostavan:
što ste veće tolerancije definisali STL će biti lakši, ali i grublji i manje precizan
što su dozvođena odstupanja manja STL će biti teži, ali površine finije i preciznije.
"Angular" tolerancije i devijacije
Ovaj parametar definiše maksimalni dozvoljeni ugao između upravnih vektora pojedinačnih poligona.
Dva najčešća slučaja kada vidimo uticaj ovog parametra jesu "fillet" i "chamfer" na 3D modelu, i tu opet postoje dva ekstrema:
ili će zakrivljene površine biti potpuno poravnate u jednu ravan (tj. nećemo ih ekportovati kao zakrivljene već kao kose površine)
ili ćemo se uplesti u previše pedantno praćenje 3D CAD okvira i dobićemo teži model, najčešće bez ikakvog realnog uticaja na kvalitet dela, pa čak i na vizuelni utisak dela.
Iako ovaj parametar definiše ugao, on automatski stvara nove trouglove kada tražimo manji ugao između vektora:
manji uglovi = više trouglova
više trouglova = teži model
teži model = svaki dalji korak od "slice"-ovanja do štampe traje duže.
Markforged preporuke za eksport u STL
Pomenuli smo već na početku ali ponovićemo i ovde kada imate jasniju sliku o uzrocima i posledicama različitih podešavanja eksporta 3D CAD u STL:
koristite binarni STL format umesto ASCII tekstualnog
"chordal" tolerancije/devijacije spustite najviše do 0.1mm
tolerancije/devijacije za uglove najviše do 1 stepen
minimalna dimenzija stranice "trouglova" do 0.1mm
Kad sve to podesite kao maksimalne zahteve a dobijete fajl preko 20MB onda smanjite zahteve da biste smanjili fajl.
Markforged preporuke za SolidWorks korisnike
STL format: Binary
Rezolucija: prema nahođenju
Odstupanja: 0.1mm
Uglovi: 1 stepen
NE ČEKIRAJTE POLJE "DEFINE MAXIMUM FACET SIZE"!
Detaljnije o pripremi STL modela iz SolidWorks softvera na Solfins blogu
Već smo se bavili ovom temom na našem blogu pa preporučujemo i niz drugih tekstova sa dodatnim detaljima i primerima iz naše prakse SolidWorks i CATIA korisnika.