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.




 * Select the Standard mesher, and leave the deviation value to the default value of 0.10. Press Ok.
 * A mesh object will be created, exactly on top of our solid object. Either hide the solid, or move one of the objects apart, so you can compare both.
 * Change the View -> Display Mode property of the new mesh object to Flat Lines, in order to see how the triangulation occurred.
 * If you are not happy, and think that the result is too coarse, you can repeat the operation, lowering the deviation value. In the example below, the left mesh used the default value of 0.10, while the right one uses 0.01:



In most cases, though, the default values will give a satisfying result.


 * We can now export our mesh to a mesh format, such as STL, which is currently the most widely used format in 3D printing, by using menu File -> Export and choosing the STL file format.

If you don't own a 3D printer, it is usually very easy to find commercial services that will print and send you the printed objects by mail. Among the famous ones are Shapeways and Sculpteo, but you will also usually find many others in your own city. In all major cities, you will also nowadays find Fab labs, which are workshops equipped with a range of 3D manufacturing machines, almost always including at least one 3D printer. Fab labs are usually community spaces, that will let you use their machines, for a fee or for free depending on the Fab lab, but also teach you how to use them, and promote other activities around 3D manufacturing.

Использование Slic3r
Slic3r is an application that converts STL objects into G-code that can be sent directly to 3D printers. Like FreeCAD, it is free, open-source and runs on Windows, Mac OS and Linux. Correctly configurating things for 3D printing is a complicated process, where you must have a good knowledge of your 3D printer, so it is not very useful to generate G-code before actually going to print (your G-code file might not work well on another printer), but it is useful for us anyway, to check that our STL file will be printable without problems.

This is our exported STL file opened in Slic3r. By using the preview tab, and moving the right slider, we can visualize the path that the 3D printer head will follow to construct our object.



Использование плагина Cura
Cura is another free and open-source slicer application for Windows, Mac and Linux, maintained by the 3D printer maker Ultimaker. Some FreeCAD users have created a Cura Workbench that uses cura internally. The Cura Workbench is available from the FreeCAD addons repository. To use the Cura Workbench, you also need to install Cura itself, which is not included in the workbench.

Once you have installed both Cura and the Cura Workbench, you will be able to use it to produce the G-code file directly from Part objects, without the need to convert them to meshes, and without the need to open an external application. Producing another G-code file from our Lego brick, using the Cura Workbench this time, is done as follows:


 * 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.




 * The generated G-code can also be reimported into FreeCAD (using the slic3r preprocessor) for checking.

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