« חזור לבלוג

כיצד ליצור טקסטורה תלת מימדית בהדפסת FDM באמצעות תוכנת סולידוורקס 2019?

פורסם ב-10 לפברואר, 2019

הגרסה החדשה של תוכנת סולידוורקס לתכנון והנדסה בתלת-ממד כוללת מספר חידושים שיסייעו ליזמים להעביר מוצרים לשלב הייצור במהירות רבה יותר, ולשפר את איכות המוצרים שלהם.

במאמר שפירסם איש חברת סטרטסיס, ג'וש שובום (Shuvom) תוכלו למצוא הוראות כיצד ליצור מרקמים פיזיים חוזרים ונשנים שאפשר לחוש ולגעת בהם בהדפסת תלת מימד, באמצעות תכונה חדשה של תוכנת SOLIDWORKS 2019. (התוכנה החדשה תעבוד, כמובן, עם כל סוג של מדפסת תלת ממד, לא רק עם אלה של חברת סטרטסיס).

שלב 1: סקירה כללית

במשך שנים לקוחות של חברת סטרטסיס שאלו את ג'וש שובום: "כיצד אתה יוצר טקסטורות ומודלים חוזרים ונשנים תלת ממדיים בטכנולוגיית FDM, כך שאתה מצליח להסתיר את השכבות של החומר ולהפוך את החלקים המיוצרים למציאותיים יותר?"

כמו בדוגמא הזו:

לדברי שובום, אם בעבר עשינו שימוש בתוכנת המידול בתלת מימד Rhino ובפוטושופ, כדי להדפיס חלקים יפים וצבעוניים, כעת עם SOLIDWORKS 2019 והכלי החדש שלו המכונה "D Textures3" זה קל אף יותר.

תרשים זרימה כללי של העבודה:

הבה נתחיל!

שלב 2: החלת מרקמים דו ממדיים לחלקים ב- SOLIDWORKS

נתחיל בדוגמה שדומה לאופן שבו, קרוב לוודאי, יעשה שימוש בתכונה זו ב-75% מהמקרים בפועל: הדמיה של מרקמי עור על חלקי כלי רכב:

בעולם האמיתי, חלקי הרכב האלה מיוצרים בייצור המוני באמצעות הזרקת דפוס, ומרקם העור נוצר על ידי הכנסת חומצה לתוך תבנית ההזרקה, דבר אשר מייקר עלויות בתהליך שהוא יקר ממילא. אולם, מה אם מהנדס הרכב רוצה לראות בתצוגה מקדימה מודל ראשוני של האופן שבו החלק עשוי להראות, מבלי לשלם עבור מודל שלם שמיוצר מאלומיניום? זה המקום שבו נכנסת הדפסת תלת ממד, והדבר הראשון שנעשה הוא להגדיר את האזור שבו אנחנו רוצים להחיל את המרקם הדו ממדי.

באמצעות הפקודה "Split Line" ב- SOLIDWORKS, ניתן להחליט באילו אזורים יחולו או לא יחולו המרקמים. נניח שאנו רוצים לתכנן מעגל "בטוח" סביב החור בצד העליון של החלק בתמונה, אזור זה לא יקבל מרקם. נוכל לשרטט עיגול סביב החור ונשתמש בפקודה Split Line'' כדי להפוך אותו לשני פנים נפרדים:

זה יכול להיעשות עם כל צורה שתוכלו לשרטט, לא רק מעגל. שובום מדגים כיצד הוא עשה זאת פעמיים נוספות על החלק שלו כדי ליצור שלושה אזורים בטוחים בסה"כ:

למידע נוסף על פקודת Split Lines לחצו כאן.

כעת נחיל את המרקם הדו ממדי. ישנן כ -15 דרכים ב- SOLIDWORKS להחיל מראה על הפנים, אנו נשתמש באייקון "Edit Appearance" שנמצא ממש באמצע המסך:

בחרו את הצדדים הרצויים כיעדים משמאל, וזה יעבוד טוב יותר אם תבחרו את אחד מ"המרקמים התלת ממדיים", השחור או הלבן, כמקור שלכם בצד ימין:

(מדוע שחור ולבן? אזורים לבנים יבלטו למעלה מעל פני השטח, והאזורים השחורים יבלטו בדרך כלל למטה אל תוך פני השטח, או יישארו שטוחים. כך תתקבל ניגודיות טובה וחדה בין השחור ללבן). בספריית ה- SOLIDWORKS לא היה קיים מלכתחילה מרקם עור, לכן אפשר פשוט להשתמש במרקם 'הבועה'. (שימו לב כיצד האזורים הבטוחים שלנו לא כוסו על ידי המרקם). כעת נשתמש בתכונה חדשה ב- SOLIDWORKS 2019 כדי להעביר את המרקם הזה לתוך מידע תלת ממדי שאנו יכולים לחוש.

שלב 3: החלת המרקם התלת ממדי לחלקים ב-SOLIDWORKS (זכרו כי צעד זה קיים רק בגרסאות SOLIDWORKS 2019 ומעלה).

הפקודה שאנו מחפשים נקראת "3D Textures", ונמצאת תחת "Insert ... Features ...":

בחרו את הגוף שאתם רוצים לשנות (הגוף היחיד שיש לנו, במקרה שלנו), וכעת יש לכם הגדרות רבות לגבי עד כמה המרקם יתפוס מקום מפני השטח, כמה לחדד את הרשת הבסיסית, וכו':

עליכם ללחוץ על תיבת הסימון ליד כל אחד מהפנים כדי להחיל עליהם את המרקם, ואת רמת ה"ליטוש" שתשפיע על האופן שבו הרשת תחול על כל צורה מן המרקם המקורי:

שימו לב כי הפנים הבטוחים שלנו לא נפגעו, וכי אפילו כאשר רמת הליטוש של הפנים היא 0% יש קצת "גלים".

לאחר סימון של וי ירוק לאישור, המרקמים מוצגים ויזואלית על החלק שלכם ב- SOLIDWORKS ובעץ הפעולות ((feature tree, אך עליכם לעשות צעד אחד נוסף לפני שהם יהיו אמיתיים מספיק עבור הדפסת תלת מימד:

לקבלת מידע נוסף אודות הפקודה החדשה "3D Texture" של SolidWORKS, לחצו כאן.

לבסוף, כדי להפוך את המרקמים החזותיים למשהו שמדפסות תלת ממד יכולות לקרוא, אנו צריכים להמיר אותם ל- "Mesh Body". לחצו לחיצה ימנית על "solid body" בעץ הפעולות כדי לראות את הפקודה:

נראה שיש אפשרויות לרמות שונות באיכות ההמרה. בדיוק כמו בכל ייצוא של STL, ככל שתגדירו טוב יותר את המחוונים, כך הקובץ גדול יותר.

סמנו וי ירוק לאישור, ואם תשמרו את הגוף המתקבל כקובץ STL (להדפסה), תבחינו שהקובץ עשוי להיות גדול למדי:

זאת משום מאות ואלפי משולשים קטנים שנדרשו כדי לתאר את כל הבליטות והגלים שאנו שמנו כחלק מהנתונים ל-STL, מה שהופך אותו לקובץ ענק. שובום מציין כי בדרך כלל הוא היה חוזר ומשנה חלק מהמחוונים האלה כיוון שחלק קטן כמו זה בדוגמא שלנו, לא צריך קובץ גדול כל כך, אבל הוא רצה לראות מה קורה. ולכן הדפיס אותו.

שלב 4: ההדפסה הראשונה שלנו

שובום העלה את החלק, שגודלו MB24, לתכנת GrabCAD בשלושה כיוונים שונים, כי זה בהחלט משנה כאשר עושים "displacement mapping" ב- FDM. והתוצאה הסופית נראתה די קרובה למה שהוא ראה בתוכנה:

כיצד יצאו הבליטות? ובכן, היה בזה משהו טוב ומשהו רע.

הטוב:

לדברי שובום, האצבעות בהחלט יכלו לחוש שהבליטות יצאו בגובה הרצוי, וזה היה כיף לשנות מהטיפול הרגיל בחלקים ב- FDM:

כמו כן, ההבדל בין ליטוש של 50% ו- 88.9% היה ברור בהחלט, הן בעין והן במגע:

בליטוש של 50%, התחושה של המעגלים הייתה של דבר בוצי ולא ממוקד לעומת אלה שעברו ליטוש של 88.9%.

הרע:

הכיוון שבו מדפיסים את הבליטות בהחלט משנה, ונראה שהפנים האנכיים יצאו מוצלחים הרבה יותר מאשר הפנים האופקיים:

במילים אחרות, בשל האופן שבו טכנולוגית FDM הנוכחית מניחה את השכבות (אחד בכל פעם, אנכית ב- Z), כיוון אחד יעבוד הרבה יותר טוב מאשר אחרים עבור המרקמים התלת ממדיים שלכם.

שובום עשה חלק נוסף בגודל של MB24, עם מרקם של "עניבות פרפר" כדי להמחיש את הרעיון:

תיאורטית, הדפסת עניבות הפרפר הייתה אמורה להיות מוצלחת על פנים אנכיים, אך בפועל התוצאה שנתקבלה לא הייתה מוצלחת. בכל מקרה, שובום הדפיס גם אותן.

שלב 5: הדפסה שנייה שלנו

גם כאן, התצוגה המקדימה בתוך GrabCAD Print נראתה די קרובה למה שהתקבל מהמכונה:

ההדפסים נראו יפה עם מרקם פשוט עליהם.

אפילו מרקם פשוט יכול לתת להדפסה בטכנולוגיית FDM הרבה יותר עומק, יותר מורכבות ופסאודו ריאליזם מבעבר.

אז איך זווית ההדפסה השפיעה על עניבות הפרפר שלנו? בואו נראה אם תוכלו לדעת איזו תמונה שייכת לאיזו הדפסה:

ברור שמשהו קורה עם הדפסה ג', ובמידה פחותה יותר, עם הדפסה ב'. אבל כדי להבין מדוע, אנו צריכים לדבר על איך שכבות ה- FDM מונחות:

זו היא פשטנות יתר, שכן תהליך ה- Rastering הוא הרבה יותר מורכב מאשר רק החלפת כיוונים בכל שכבה, אבל זה מספיק טוב עבור הדוגמה שלנו.

הנקודה העיקרית היא שגובה השכבה קבוע (בדוגמא כאן, סובום השתמש ב- "0.010, או 0.254 מ"מ). אך ראש הדפסה יכול לבצע שינויים קטנים בהרבה ב- X או Y:

שנית, כאשר החלק מודפס שטוח על המגש, המרקמים של עניבות הפרפר היו ברוחב של "0.200, אך בגובה של "0.020:

כך, על גובה שכבה של "0.010, למדפסת היתה רק "0.020 /"0.010 = 2 נקודות נתונים (שכבות) כדי להדפיס את המרקם המורכב של עניבות הפרפר. זה נראה בערך כך:

וכך זה נראה בהדפסה הסופית:

אך אם אנו מדפיסים את אותם מרקמים על פנים אנכיים, זה אומר שיש לנו "0.200/"0.010 = 10 שכבות כדי לתפוס את הצורה במקום שתי שכבות, וכל שכבה אנכית יכולה לעשות שינויים עדינים בלבד כדי לעצב את המרקם:

ואם תסתכלו על ההדפסים זה לצד זה, זה בדיוק מה שקורה:

אפשר לראות זאת גם בתצוגה המקדימה ב- GrabCAD:

המסקנה: לתוצאות הטובות ביותר - הדפיסו את המרקמים האלה אנכית! וכך נעשה בהדפסה האחרונה.

שלב 6: ההדפסה האחרונה

כפי שלמדנו, בבואנו להדפיס את החלק עבור הרכב שלנו, מומלץ שהמרקם יהיה אנכי. אך פן כלשהו יצטרך להיות אופקי:

אפשרות טובה יותר תהיה לפצל את הפריט בעל שלוש הפינות לכמה הדפסות, כך שניתן להדפיס כל מרקם אנכית. כך שבהדפסה האחרונה, שובום מתכוון לשנות את המודל כך:

כפי שתוכלו לראות, הפריט הודפס בהצלחה.

העבודה יצאה אסתטית לחלוטין והאזורים הבטוחים סביב החור והקצה נשמרו.

לסיכום, תוכנת סולידוורקס 2019:

  • סופר קלה לשימוש. השתמשו בפקודות "3D Textures" ו- "Convert to Mesh Body" ותהיו מסודרים.
  • סופר ניתנת לשליטה. באמצעות פקודת "Split Line" אפשר לשים את המרקמים בדיוק באזורים שאתה רוצים אותם, ולהגן על האזורים שאתם לא. עם מיומנות הולכת וגוברת של מיפוי מרקם ב- SOLIDWORKS, תוכלו אפילו להתחיל לעבוד על הפינות, כמו בדוגמא שלנו.
  • ההדפסה יוצאת מעולה אם עושים שימוש בהגדרות הנכונות. כל עוד לא מנסים להדפיס מרקם על משטח אופקי שטוח, אנו אמורים לקבל רזולוציה טובה מספיק כדי לקבל את מה שאנחנו רוצים.
  • והטוב ביותר – כיוון שאנו מייצאים קבצי STL מ סולידוורקס, זה יעבוד בכל סוג של מדפסת תלת ממד. שובום השתמש במדפסת Stratasys F370 להדגמה שלו, אך אפשר היה להשתמש גם בדגם uPrint הישן, בדגם Dimensions ואף במדפסת J750 בצבע מלא.

תוכנת סולידוורקס 2019 היא אמצעי מצוין להוסיף ריאליזם להדפסות ה-FDM.