Создание детализированной 3D-модели автомобиля и разработка метода ее прототипирования с использованием средств пространственной печати
|
Даты проведения с 2017-02-13 по 2017-06-05 |
| Цырульников Евгений Сергеевич | Летняя школа Регионального школьного технопарка АГАСУ "Инженеры XXI века" |
Практически каждый 3D-художник, создающий детализированные модели, сталкивается с проблемой их печати на 3D принтере. Статистика показывает, что более половины моделей невозможно распечатать без ошибок и необходимости модификации с потерей детализации. Проект направлен на решение данной проблемы, а представленный метод позволяет снизить затраты времени на прототипирование и повысить его качество.
Ход работы:
| Достижение цели проекта состояло из трех этапов: создание 3D-модели сложного объекта, выявление методики ее подготовки к 3D-печати, печать модели на 3D-принтере. Реализация первого этапа потребовала выбора объекта для моделирования и программы для создания его детализированной 3D-модели. В качестве объекта для моделирования был выбран автомобиль DeLorean DMC-12 ввиду сложности его конструкции. Для автомобиля были подобраны эскизы. Программа для моделирования подбиралась так, чтобы с ее помощью можно было произвести анимацию и визуализацию модели. На данном этапе было важно точно повторить внешний вид автомобиля. Это потребовало использования техники полигонального моделирования и применения инструментов-модификаторов. Следующий этап потребовал произвести анализ возможностей и характеристик используемого в проекте 3D-принтера. Были выявлены: максимальный размер фрагмента для печати, оптимальное заполнение фрагментов модели, температурные режимы стола и экструдера и т.д. Были определены инструменты разделения большой модели на части, задания толщины стенкам модели, повышения и понижения уровня детализации частей модели, средства экспорта фрагментов модели в *.STL формат. Было установлено: как разделить модель на фрагменты, в какой проекции начинать печать фрагмента, как рассчитывать коэффициент масштабирования фрагментов. Заключительный этап состоял в подборе пластика для печати, калибровке и подготовке 3D-принтера к печати. Для печати модели применялся PLA-пластик. Для работы с *.STL файлами и печати использовалась программа Repetier-Host.    |
| На данный момент в свободном доступе представлены небольшие статьи, содержащие рекомендации по 3D-печати. В них обзорно рассматриваются требования к 3D-моделям, которые в большинстве своем ограничивают сложность моделей и как результат творческие возможности автора. Кроме того, статьи не рассматривают оптимизацию для 3D-печати уже созданных моделей. Предлагаемый в рамках проекта метод учитывает эти недостатки и содержит рекомендации для 3D-художника каким образом и с помощью каких инструментов и манипуляций можно подготовить сложную детализированную 3D-модель к 3D-печати. Метод практико-ориентированный и проходит апробацию для подтверждения универсальности. |
Разработать метод и рекомендации по изменению детализированных трехмерных моделей сложных объектов, на примере модели автомобиля DeLorean DMC-12, таким образом, чтобы при минимальных потерях в уровне детализации и времени получить возможность их безошибочной печати с помощью 3D-принтера. Протестировать метод на универсальность и применимость к произвольным 3D-моделям.
"Для достижения поставленной цели необходимо было выполнить следующие задачи:
• произвести выбор технически сложного объекта для дальнейшего создания его 3D-модели с использованием специализированного программного обеспечения;
• произвести поиск эскизов (изображений, чертежей и т.п.) для использования в процессе 3D-моделирования;
• подобрать программное обеспечение для 3D-моделирования с учетом требования, что на созданную 3D-модель должны быть наложены текстуры и должна быть произведена ее анимация и визуализация;
• изучить возможности выбранного программного обеспечения, подобрать необходимые инструменты для создания детализированной модели выбранного объекта;
• создать 3D-модели корпуса, салона и остальных частей модели с помощью техники полигонального моделирования и инструментов-модификаторов;
• произвести подготовку и наложение текстур на созданные модели;
• осуществить сборку отдельных частей автомобиля в итоговую 3D-модель;
• установить и настроить источники виртуального освещения, произвести анимацию итоговой модели по ключевым кадрам и выполнить визуализацию;
• изучить представленные в свободном доступе материалы по подготовке 3D-моделей для последующей печати на 3D-принтере;
• разработать перечень рекомендаций по изменению созданной модели для ее печати на 3D-принтере, разработать инструкции по эффективной и безошибочной 3D-печати;
• объединить рекомендации и инструкции в метод и применить его к созданной модели автомобиля, произвести подготовку и экспорт в формат *.STL фрагментов 3D-модели для печати их на 3D-принтере;
• подготовить и настроить 3D-принтер, произвести печать фрагментов, выполнить их обработку и склейку;
• оценить результат применения разработанного метода, оценить его универсальность."
"В настоящее время 3D-принтеры стали революционным изобретением, которое предоставило возможность быстрого прототипирования в различных отраслях: промышленность, медицина, образование, архитектура и т.п. 3D-принтер способен воссоздавать в объеме разнообразные объекты от элементов дизайна до сложных инженерных моделей и даже человеческих органов.
Проведенный в рамках проекта анализ показал, что наиболее распространенная технология 3D-печати – FDM (fuseD-deposition modeling) имеет ряд ограничений по прототипированию сложных моделей. На данный момент отсутствуют методики, которые позволили бы модифицировать созданные сложные 3D-модели и оптимизировать их для последующей 3D-печати с учетом этих ограничений. Поэтому, выработка соответствующих рекомендаций и их объединение в метод является актуальной задачи."
"В ходе работы над проектом были получены следующие результаты:
• была разработана методика по изменению сложных детализированных 3D-моделей для безошибочной и быстрой их печати на 3D-принтере. Методика включает инструкции по правильной 3D-печати;
• получена детализированная 3D-модель автомобиля DeLorean DMC-12, включая все элементы кузова и салон, модели колес и вспомогательных объектов. На модель наложены текстуры высокого разрешения с применением эффектов: хром, отражение, прозрачность, свечение и т.п.;
• осуществлена анимация и фотореалистичная визуализация модели;
• произведена печать всех частей автомобиля на 3D-принтере, выполнена их обработка и склеивание между собой для получения прототипа автомобиля."
Результаты проекта имеют высокую практическую значимость, т.к. позволяют сделать процесс подготовки 3D-модели к печати на 3D-принтере проще, свести к минимуму вероятность ошибок в ходе 3D-печати, повысить скорость прототипирования, сохранить высокий уровень детализации 3D-моделей сложных объектов при подготовке их к 3D-печати. В качестве перспективы развития проекта рассматривается тестирование и совершенствование представленного в проекте метода для обеспечения его универсальности и применимости к любым 3D-моделям сложных объектов. Тестирование модели планируется производить в рамках проведения занятий по 3D-моделированию и прототипированию в Региональном школьном технопарке г. Астрахань.
"Для выполнения проекта использовались следующее аппаратное обеспечение и программные средства:
• для создания 3D-моделей, их анимации и визуализации Autodesk 3ds Max 2014;
• для подготовки и редактирования текстур Paint.NET;
• операционная система Windows 8.1;
• ноутбук Asus n76v (i7, 8Gb RAM, 1Tb HDD);
• школьный 3D-принтер-конструктор, разработанный в Региональном школьном технопарке;
• PLA пластик (матовый)."
О проекте
Проект опубликовал
