isicad: Роль геометрического ядра в 3D печати

Трехмерная печать или, вернее, технологии аддитивного производства в последние годы переживают период бурного развития. Цены на сами устройства падают, расширяется ассортимент используемых материалов, растет точность изготовления деталей. И, если еще менее десяти лет назад вполне успешно обходились описанием геометрии в виде простейшего формата STL, то сегодня его возможности становятся явно недостаточными. В первую очередь не устраивает низкая точность описания геометрии в виде триангулированной сетки. Поэтому многие пакеты MCAD уже содержат встроенные функции подготовки данных для 3D печати, в которых задействованы функции их геометрических ядер. Давайте рассмотрим подробнее значение некоторых из этих функции для аддитивного производства.

Нахождение пересечения кривых и поверхностей

Эта функциональность является просто обязательной для подготовки данных для 3D печати, т.к. она является послойным процессом, следовательно, необходимо построить сотни, а то и тысячи сечений будущей детали горизонтальными плоскостями. От надежности и точности этих алгоритмов зависит качество изготавливаемого изделия.

Импорт и экспорт данных из форматов других ядер и нейтральных форматов

Зачастую заранее неизвестно, в какой именно системе будут спроектированы детали будущего изделия. Нередко различные компоненты создаются в разных системах, стандартные детали могут быть получены из открытых каталогов. Как правило, для такого обмена данными используются нейтральные форматы, такие как IGES и STEP. Качественный импорт и экспорт геометрии в эти форматы является залогом успеха при подготовке данных для изготовления деталей на 3D принтерах.

Нахождение и исправление ошибок в импортированной геометрии

Несмотря на все ухищрения разработчиков САПР, случается, что при процедуре трансляции данных они искажаются, либо вообще частично теряются – пропадают отдельные вершины, ребра и грани, в геометрии появляются недопустимые лакуны. Для их устранения геометрическое ядро должно включать в себя функции диагностики и «лечения» дефектов.

Диагностика дефектов геометрии в пакете 3D TransVidia.

Исправление дефектной грани в пакет 3D TransVidia.

Восстановление геометрии по данным 3D сканирования

В ряде отраслей применения 3D печати исходные геометрические данные получаются не методом их проектного моделирования, а путем 3D сканирования исходных объектов. Такая практика характерна, например, для ортопедии и стоматологии. В такой ситуации геометрическое ядро должно обладать возможностью воссоздания геометрии из облака точек.

Восстановление геометрии нижней челюсти из облака точек

Аналогичную технологию используют и автомобильные дизайнеры для оцифровки геометрии пластилиновых масштабных моделей.

Исходная пластилиновая модель автомобиля

Восстановление геометрии автомобиля из облака точек

Триангуляция поверхностей

В ряде случаев необходимо передать данные для 3D печати стороннему изготовителю, имеющему нужное оборудование. В этом случае традиционно используют уже упомянутый формат данных STL, описывающий геометрию в виде аппроксимации триангулированной сеткой. Геометрическое ядро должно уметь создавать такую сетку с заданной точностью и без дефектных участков, тела должны оставаться сплошными.

STL-сетка стоматологического протеза

Заключение

Как видно из приведенных выше примеров, роль геометрического ядра в подготовке данных для 3D печати очень важна, ряд его функций, ранее считавшихся дополнительными, являются фактически ключевыми для этой технологии.