Manual:Preparing models for 3D printing/ru

Одна из основных применений FreeCAD - создание реальных объектов. Они могут быть спроектированы в нём, а затем созданы в реальности различными способами, передачей другим людям, кто изготовит их, или, всё чаще и чаще, прямой посылкой на 3D-принтер или фрезерованием на станке с ЧПУ. Эта статья покажет, как приготовить Ваши модели для отправки на подобные устройства.

Если Вы были внимательны во время моделирования, большинства сложностей, с которыми Вы могли бы встретиться при печати Ваших моделей Вы уже избежали. Они включают следующее:


 * Убедитесь, что Ваш трёхмерных объект представляет собой твёрдое тело. Трёхмерные модели должны быть телами так же как объекты реального мира. Мы видели в предыдущих главах, что FreeCAD сильно помогает в этом вопросе, и что верстак PartDesign предупредит Вас, если производимая Вами операция помешает вашей модели оставаться твердотельной. Верстак Part так же содержит инструмент [[Image:Part_CheckGeometry.png|16px]] Проверка геометрии, полезный для дальнейших проверок возможных дефектов.
 * Убедитесь насчёт размерности ваших объектов. Один миллиметр должен быть одним миллиметром в реальной жизни. Все размеры важны.
 * Управление деградацией. Никакие системы трёхмерной печати или фрезерования ЧПУ не воспринимают файлы FreeCAD напрямую. Большинство из них понимают только машинный язык, называемый G-код. У G-кода имеется несколько различных диалектов, каждая машина или поставщик обычно используют свой собственный. Преобразование Вашей модели в G-код может быть лёгким и автоматическим, но Вы можете так же делать это вручную, с полным контролем выхода. В любом случае, некоторая потеря качества Вашей модели неизбежна. При объёмной печати Вы должны всегда проверять, что потеря качества остаётся в пределах допустимого.

Ниже мы подразумеваем что первые два критерия соблюдаются, и что вы способны создать твердотельный объект с правильными размерами. Теперь мы посмотрим, как достичь третьего пункта.

Экспорт в слайсеры
Это техника, чаще всего используемая для трёхмерной печати. Объёмный объект экспортируется в другую программу (слайсер), который создаёт из объекта G-код, нарезая (to slice) его на тонкие слои (откуда и имя), которые повторяют будущие движения объёмного принтера. Поскольку многие из этих принтеров домашнего изготовления, обычно между ними есть небольшие отличия. Эти программы обычно предлагают продвинутые возможности конфигурации, позволяющие настроить выход в точности под особенности вашего принтера.

Реальная объёмная печать, однако, слишком обширная тема для этого руководства. Но мы посмотрим, как экспортировать и использовать слайсеры для проверки корректности выхода.

Преобразование объектов в сетки
Ни один из слайсеров не использует твердотельную геометрию, создаваемую FreeCAD, напрямую. Так что сначала нам нужно конвертировать объекты, которые мы хотим печатать, в сетки, которые может открыть слайсер. По счастью, в то время как конвертация сетки в твердое тело - операция сложная, обратная ей операция преобразования в сетку очень прямолинейная. Всё, о чём мы должны заботиться, это об упомянутой выше деградации. Нам следует убедиться, что деградация остаётся в приемлемых рамках.

Вся обработка сеток в FreeCAD производится специальным верстаком Mesh. Этот верстак содержит, отдельно от наиболее важных, инструмент для конвертации между объектами Part и Mesh, несколько утилит для анализа и исправления сеток. Хотя работа с сетками не главная для FreeCAD, при работе с трёхмерном моделированием часто требуется обрабатывать сетки, поскольку они очень широко распространены среди других приложений. Этот верстак обеспечивает их полную поддержку в FreeCAD.


 * Давайте конвертируем один из объектов, которые мы смоделировали в предыдущей главе, вроде кирпичика Lego (который может быть загружен в конце предыдущей главы).
 * Откроем файл FreeCAD с кирпичиком Lego.
 * Переключимся на верстак Mesh
 * Выделим кирпичик Lego
 * Выберем в меню Сетки -> Создайте сетку из фигуры
 * Откроется панель задач с несколькими опциями. Некоторые дополнительные механизмы создания сеток (Mefisto или Netgen) могут быть недоступны, в зависимости от того, как скомпилирована Ваша версия FreeCAD. Алгоритм создания сеток "По умолчанию" доступен всегда. Он предлагает меньше возможностей, чем два других, но полностью отвечает потребностям для малых объектов, которые могут быть напечатаны объёмными принтерами.




 * Выберите преобразователь в сетки По умолчанию, и оставьте отклонение поверхности в значении по умолчанию, равном 0.10. Нажмите Ok.
 * Будет создана сеточный объект, прямо на поверхности твердотельного. Скройте тело, или уберите один из объектов в сторону, чтобы сравнить оба.
 * Измените параметр Вид -> Display Mode сеточного объекта на Flat Lines, чтобы увидеть составные треугольники.
 * Если Вы не довольны, и считаете, что результат слишком груб, можете повторить операцию, уменьшив значение отклонения. В примере ниже левая сетка использует значение по умолчанию в 0.10, а правая - 0.01:



В большинстве случаев, тем не менее, значения по умолчанию дают удовлетворительный результат.

Теперь мы можем экспортировать нашу сетку в сеточный файловый формат, например, STL, который сейчас наиболее широко используется для трёхмерной печати, через меню Файл -> Экспортировать, и выбрав формат файлов STL.

Если у Вас нет объёмного принтера, можно найти коммерческий сервис, который напечатает и пришлёт по почте ваш объект. Кроме наиболее известных американской Shapeways (в Россию не присылает) и французской Sculpteo, Вы можете найти и другие в Вашем городе. В крупных городах, в частности, в Москве, Вы найдёте Fab lab, мастерские, оборудованные множеством станков, среди которых обязательно найдётся хотя бы один принтер трёхмерной печати. Обычно Fab labы представляют собой сообщества, позволяющие использовать их машины, платно или бесплатно в зависимости от мастерской, но как минимум научат Вас использовать их, и популяризуют другие виды деятельности в области трёхмерного изготовления.

Использование Slic3r
Slic3r это приложение, которое конвертирует объекты STL в G-код, который может быть отправлен прямо в объемный принтер. Подобно FreeCAD, это свободное программное обеспечение с открытыми кодами, и работает под Windows, Mac OS и Linux. Корректная настройка трёхмерной печати это сложный процесс, где Вы должны иметь немало познаний о Вашем принтере, так что это не слишком правильно создавать G-код, если Вы не готовы к печати (Ваш файл G-кода может неправильно работать на другом принтере), но это полезно для нас в любом случае, чтобы убедиться в беспроблемной пригодности нашего файла STL для печати.

Это наш экспортированный файл STL, открытый в Slic3r. Используя вкладку preview, и передвигая правую полосу прокрутки, мы можем визуализировать путь, который пройдёт головка принтера для создания нашего объекта.



Использование плагина Cura
Cura это другое приложение нарезки для Windows, Mac и Linux, поддерживаемое производителем принтеров Ultimaker. Некоторые пользователи FreeCAD создали верстак Cura, который использует использует его внутри. Верстак Cura доступен из репозитория расширений FreeCAD. Для использования верстака Cura, у Вас так же должна быть установлена Cura, не включённая в верстак.

Когда Вы установили и Cura, и верстак, Вы сможете использовать его для получения G-кода прямо из объектов Part, без необходимости конвертировать его в сетку, и без необходимости открывать внешнее приложение. Создание ещё одного файла G-кода из нашего кирпичика Lego, на сей раз с использованием верстака Cura, делается так:


 * Load the file containing our Lego brick (it can be downloaded at the end of the previous chapter)
 * Switch to the Cura Workbench
 * Setup the printer space by choosing menu 3D printing -> Create a 3D printer definition. Since we aren't going to print for real, we can leave the settings as they are. The geometry of the printing bed and available space will be shown in the 3D view.
 * Move the Lego brick to a suitable location, such as the center of the printing bed. Remember that PartDesign objects cannot be moved directly, so you need either to move its very first sketch (the first rectangle), or to move (and print) a copy, which can be made with the Part -> Create Simple Copy tool. The copy can be moved, for example with [[Image:Draft_Move.png|16px]] Draft -> Move.
 * Select the object to be printed, and select menu 3D printing -> Slice with Cura Engine.
 * In the task panel that will open, make sure the path to the Cura executable is correctly set. Since we are not going to really print, we can leave all other options as they are. Press Ok. Two files will be generated in the same directory as your FreeCAD file, an STL file and a G-code file.




 * Созданный G-код так же может быть импортирован обратно в FreeCAD (с использованием препроцессора slic3r) для проверки.

Генерация G-кода
FreeCAD also offers more advanced ways to generate G-code directly. This is often much more complicated than using automatic tools as we saw above, but has the advantage to let you fully control the output. This is usually not needed when using 3D printers, but becomes very important when dealing with CNC milling, as the machines are much more complex.

G-code path generation in FreeCAD is done with the Path Workbench. It features tools that generate full machine paths and others that generate only parts of a G-code project, that can be assembled to form a whole milling operation.

Generating CNC milling paths is another subject that is much too vast to fit in this manual, so we are going to show how to build a simple Path project, without caring much about most of the details of real CNC machining.


 * Load the file containing our lego piece, and switch to the Path Workbench.
 * Since the final piece doesn't contain anymore a rectangular top face, hide the final lego piece, and show the first cubic pad that we did, which has a rectangular top face.
 * Select the top face and press the [[Image:Path_FaceProfile.png|16px]] Face Profile button.
 * Set its Offset property to 1mm.




 * Then, let's duplicate this first loop a couple of times, so the tool will carve out the whole block. Select the FaceProfile path, and press the [[Image:Path_Array.png|16px]] Array button.
 * Set the Copies property of the array to 8, and its Offset to -2mm in the Z direction, and move the placement of the array by 2mm in the Z direction, so the cutting will start a bit above the pad, and include the height of the dots too.




 * Now we have defined a path that, when followed by the milling machine, will carve a rectangular volume out of a block of material. We now need to carve out the space between the dots, in order to reveal them. Hide the Pad, and show the final piece again, so we can select the face that lies between the dots.
 * Select the top face, and press the [[Image:Path_FacePocket.png|16px]] Face Pocket button. Set the Offset property to 1mm, and the retraction height to 20mm. That is the height to where the cutter will travel when switching from one loop to another. Otherwise, the cutter might cut right through one of our dots:




 * Once again, make an array. Select the FacePocket object, and press the [[Image:Path_Array.png|16px]] Array button. Set the Copies number to 1 and the offset to -2mm in the Z direction. Move the placement of the array by 2mm in the Z direction. Our two operations are now done:




 * Now all that is left to do is to join these two operations into one. This can be done with a Path Compound or a Path Project. Since we will need nothing more and will be ready to export already, we will use the project. Press the [[Image:Path_Project.png|16px]] Project button.
 * Set the Use Placements property of the project is to True, because we changed the placement of the arrays, and we want that to be taken into account in the project.
 * In the tree view, drag and drop the two arrays into the project. You can reorder the arrays inside the project if needed, by double-clicking it.
 * The project can now be exported to G-code, by selecting it, choosing menu File -> Export, selecting the G-code format, and in the pop-up dialog that will open, selecting a post-procesing script according to your machine.

Доступно много приложений для симуляции реальной резки, одно из них Camotics, так же мультиплаформенное и разрабатываемое на принципах открытых исходных кодов, как и FreeCAD.

Загрузки


 * Созданный в этом упражнении файл STL: https://github.com/yorikvanhavre/FreeCAD-manual/blob/master/files/lego.stl
 * Файл, созданный в этом упражнении: https://github.com/yorikvanhavre/FreeCAD-manual/blob/master/files/path.FCStd
 * Файл G-кода, созданный в этом упражнении: https://github.com/yorikvanhavre/FreeCAD-manual/blob/master/files/lego.gcode

Читать далее


 * Верстак Mesh
 * Формат файлов STL
 * Slic3r
 * Cura
 * Верстак Cura
 * Верстак Path
 * Camotics