MODUL 3 · PROGRAMSKA PODRŠKA ZA UPRAVLJANJE 3D PRINTEROM
Nastavna jedinica 3.1
Programski alati za 3D modeliranje
Predmet koji se ispisuje mora prije toga negdje nastati. Nastaje u alatu za 3D modeliranje ili se preuzima iz mrežnog spremišta gotovih modela. Oba puta vode do iste datoteke, ali traže različito znanje: prvi traži da se predmet zna nacrtati, drugi da se tuđi model zna provjeriti.
- razvrstati alate za 3D modeliranje prema načinu rada i korisniku kojemu su namijenjeni
- opisati tijek izrade jednostavnog volumnog modela od skice do tijela
- izvesti model u STL uz ispravnu toleranciju mreže i mjernu jedinicu
- preuzeti model iz mrežnog spremišta i provjeriti ga prije pripreme za ispis
- prepoznati uvjete licencije pod kojom je preuzeti model objavljen
- procijeniti veličinu STL datoteke prema zadanoj toleranciji mreže
Vrste alata i kome su namijenjeni
Alati za 3D modeliranje razlikuju se po tome kako opisuju oblik. Volumni modelari grade predmet iz tijela nastalih izvlačenjem skice, rotacijom ili provlačenjem; svako tijelo ima volumen, a mjere se zadaju brojkama. Modelari mreže rade izravno s površinom sastavljenom od mnoštva trokuta i oblikuju je poput gline. Programski opisani modeli nastaju iz koda u kojem su mjere zapisane kao varijable, pa se cijeli predmet mijenja izmjenom jednog broja.
Za tehničke predmete gotovo se uvijek bira volumni modelar. Razlog nije navika nego mjera: provrt promjera 5,2 mm mora biti upravo toliki, jer se u njega ulaže vijak. Modelar mreže takav provrt može oblikovati, ali ga ne jamči. Modelari mreže nezamjenjivi su ondje gdje oblik nije određen mjerom nego izgledom, kao kod figura, reljefa i organskih oblika.
| Alat | Vrsta | Kome je namijenjen | Napomena |
|---|---|---|---|
| Tinkercad | volumni, u pregledniku | početnici, osnovna i srednja škola | slaganje predmeta iz gotovih tijela; besplatan |
| FreeCAD | volumni, parametarski | napredniji korisnici i škole | otvoreni kod, radne klupe za različite vrste zadataka |
| Fusion 360 | volumni, parametarski, u oblaku | strojarstvo, razvoj proizvoda | besplatna inačica za obrazovanje i osobnu uporabu |
| SolidWorks | volumni, parametarski | projektiranje i proizvodnja | sklopovi, tehnička dokumentacija, proračuni |
| Blender | modelar mreže | oblikovanje, animacija, umjetnički rad | izvrstan za oblik, slab za zadavanje mjera |
U nastavi se najčešće kreće od alata u pregledniku, jer ne traži instalaciju ni snažno računalo, a zatim se prelazi na parametarski modelar. Prijelaz nije težak: zamisao skice, izvlačenja i zaobljenja ista je u svim volumnim alatima, razlikuju se samo nazivi naredbi i raspored sučelja.
Od skice do tijela
Izrada volumnog modela počinje skicom na odabranoj ravnini. Skica je ravninski crtež sastavljen od dužina, lukova i kružnica, a njezin oblik drže dvije vrste uvjeta. Geometrijski uvjeti propisuju odnose: dvije dužine su usporedne, luk je tangentan na dužinu, dvije kružnice imaju isto središte. Mjerni uvjeti zadaju brojke: duljina, promjer, razmak, kut. Kada je skica potpuno određena, njezin se oblik više ne mijenja povlačenjem mišem.
Iz skice nastaje tijelo. Najčešće se koristi izvlačenje, kojim skica dobiva debljinu, zatim rotacija oko osi za predmete okruglog presjeka i provlačenje po zadanoj krivulji za cijevi i profile. Na gotovo tijelo dodaju se zahvati koji ne traže novu skicu: zaobljenja bridova, skošenja, ljuštenje na zadanu debljinu stijenke i nizovi ponavljanja.
Model N-14, nosač senzora s kojim se radi kroz cijelo ovo područje, tipičan je predstavnik takva postupka. Njegove su mjere 62 × 40 × 18 mm, a volumen pune stijenke 14,8 cm³. Nastao je iz jedne pravokutne skice s dva provrta, izvučene na visinu, kojoj su zatim dodani zaobljeni rubovi i utor za kabel. Svaki od tih koraka ostaje zapisan u stablu značajki, pa se kasnija izmjena promjera provrta svodi na izmjenu jednoga broja.
Zapamtite
Parametarski model pamti kako je nastao. Zato se izmjena radi na izvornom modelu, a ne na izvezenoj STL datoteci. STL je krajnji zapis: iz njega se mjera može očitati, ali se ne može uredno promijeniti.
Izvoz u STL
Nijedan slicer ne čita izvorni zapis modelara. Model se zato izvozi u posrednički oblik, a najrašireniji je STL. U toj je datoteci površina predmeta zamijenjena mrežom trokuta: za svaki se trokut pamte tri vrha i normala koja pokazuje prema van. Ravne plohe mreža opisuje točno, jer se ravnina i sastoji od trokuta. Zakrivljene plohe opisuje približno, pa se valjak pretvara u mnogokutnu prizmu s velikim brojem stranica.
Koliko će ta prizma imati stranica, određuje tolerancija mreže. To je najveće dopušteno odstupanje tetive od prave plohe, zadano u milimetrima. Manja tolerancija znači više trokuta, veću datoteku i glađi obris; veća tolerancija znači manju datoteku i vidljive bridove na zaobljenjima. Postoji granica ispod koje se trud gubi: kada je odstupanje mreže manje od polovice visine sloja, printer tu razliku ionako ne može ispisati.
Pažnja
STL ne nosi podatak o mjernoj jedinici. Ako je model nacrtan u milimetrima, a slicer ga očekuje u palcima ili obrnuto, predmet će se pojaviti dvadeset i pet puta manji ili veći. Nakon svakog izvoza provjerite dimenzije u sliceru i usporedite ih s crtežom.
STL se zapisuje na dva načina. Binarni zapis troši oko 50 bajtova po trokutu i standardni je izbor. Tekstni zapis isti trokut opisuje s oko 250 bajtova, čitljiv je u uređivaču teksta, ali datoteku čini pet puta većom bez ikakve dobiti u točnosti.
Promijenite toleranciju mreže i pogledajte kako se mijenjaju broj trokuta i veličina izvezene STL datoteke. Procjena vrijedi za predmet veličine modela N-14 i pokazuje red veličine, a ne točan broj koji će dati pojedini modelar.
Gotovi modeli iz mrežnih spremišta
Za velik dio zadataka model nije potrebno crtati. Mrežna spremišta nude stotine tisuća gotovih modela, od kućišta i držača do zupčanika i naprava. Printables i Thingiverse okupljaju uglavnom korisničke modele za stolne printere, s fotografijama ispisanih primjeraka i preporučenim postavkama. GrabCAD je bliži inženjerskoj praksi: ondje se nalaze modeli normiranih dijelova, ležajeva, motora i profila, često u izvornom volumnom zapisu.
Razlika između tih dviju vrsta spremišta nije samo u sadržaju. Model preuzet kao STL može se ispisati, ali se teško mijenja. Model preuzet u volumnom zapisu, primjerice u obliku STEP, može se otvoriti u modelaru, prilagoditi i tek onda izvesti. Kada se traži dio koji će se ugrađivati u vlastiti sklop, isplati se tražiti volumni zapis.
Pretraživanje se isplati suziti. Uz naziv predmeta korisno je zadati mjeru ili namjenu, jer ista riječ opisuje desetke različitih predmeta. Pri odabiru više govore fotografije stvarnih ispisa i komentari korisnika nego sam prikaz modela: ondje se vidi je li predmet uopće ispisiv bez opsežnih potpora.
Provjera preuzetog modela
Preuzeta datoteka nije provjerena datoteka. Prije pripreme za ispis vrijedi proći nekoliko koraka. Prvo se provjeravaju mjere: model se otvori u sliceru i usporedi s onim što je u opisu navedeno. Drugo se provjerava zatvorenost mreže, jer model s rupama u površini slicer ne može pouzdano razrezati; većina alata takve pogreške prijavi i ponudi automatski popravak.
Treće se gleda položaj u prostoru. Modeli su često izvezeni u orijentaciji u kojoj su crtani, a ne u onoj u kojoj se ispisuju, pa ih treba zakrenuti i spustiti na podlogu. Četvrto se procjenjuje koliko će potpora predmet tražiti; ako ih treba više nego što ih se može ukloniti, bolje je tražiti drugi model.
| Provjera | Što se gleda | Postupak ako nešto nije u redu |
|---|---|---|
| Mjerna jedinica | je li predmet očekivane veličine | skaliranje faktorom 25,4 ili ponovni izvoz iz modelara |
| Zatvorenost mreže | poruka slicera o rupama i preklopima | automatski popravak ili alat za popravak mreže |
| Orijentacija | leži li predmet stabilno na podlozi | zakretanje i spuštanje na podlogu |
| Previsi | koliki je udio ploha nagnutih više od 45° | promjena orijentacije ili uključivanje potpora |
| Debljina stijenke | je li stijenka tanja od promjera mlaznice | skaliranje predmeta ili odabir tanje mlaznice |
Licencije i pošteno korištenje
Model objavljen na mreži nije bez vlasnika. Uz svaku datoteku stoji oznaka licencije koja govori što se s modelom smije. Najčešće se pojavljuju licencije obitelji Creative Commons. CC BY traži navođenje autora. CC BY-SA uz to traži da se izvedeni model objavi pod istim uvjetima. CC BY-NC zabranjuje komercijalnu uporabu, što znači da se ispisani predmet ne smije prodavati. CC BY-ND dopušta uporabu, ali ne i objavu izmijenjenog modela.
U nastavi je uporaba gotovo uvijek dopuštena, jer nije komercijalna, ali navođenje autora ostaje obveza. Kod izrade predmeta koji se prodaje ili koji ulazi u proizvod uvjeti se moraju pročitati prije preuzimanja, a ne nakon ispisa. Uz to treba imati na umu da oblik nekih predmeta može biti zaštićen i neovisno o licenciji modela.
Primjer
Model nosača objavljen je pod CC BY-NC. Škola ga smije ispisati za nastavu i izložiti, uz navođenje autora. Ako bi isti nosač ugradila u uređaj koji prodaje, uvjeti licencije bili bi prekršeni, pa bi trebalo zatražiti dopuštenje autora ili izraditi vlastiti model.
Ključni pojmovi
| Pojam | Značenje |
|---|---|
| Volumni modelar | Alat u kojem predmet nastaje iz tijela s volumenom, uz mjere zadane brojkama. |
| Parametarski model | Model koji pamti redoslijed zahvata i mjere kao varijable, pa se mijenja izmjenom broja. |
| Skica | Ravninski crtež s geometrijskim i mjernim uvjetima iz kojeg nastaje tijelo. |
| Mreža trokuta | Prikaz površine predmeta skupom trokuta; osnova STL zapisa. |
| Tolerancija mreže | Najveće dopušteno odstupanje mreže od prave zakrivljene plohe. |
| STEP | Neutralni volumni zapis pogodan za razmjenu modela koji se još namjeravaju mijenjati. |
| Creative Commons | Skup licencija kojima autor određuje uvjete uporabe i objave svoga modela. |
Provjeri se
Kratka provjera prije prelaska na sljedeću jedinicu. Odgovor se potvrđuje klikom, a obrazloženje se prikazuje odmah.
Pitanje 1 od 3
Zašto se za tehničke predmete bira volumni modelar, a ne modelar mreže?
Volumni modelar drži mjere kao zadane vrijednosti, pa provrt ostaje točno onolik kolik je zadan.
Pitanje 2 od 3
Što određuje tolerancija mreže pri izvozu u STL?
Tolerancija je najveće dopušteno odstupanje tetive od zakrivljene plohe; manja vrijednost daje više trokuta.
Pitanje 3 od 3
Model je objavljen pod licencijom CC BY-NC. To znači da se:
Oznaka NC zabranjuje komercijalnu uporabu, a oznaka BY traži navođenje autora.
Odgovoreno 0 od 3.