Thiết kế 3D – vẽ mô hình dùng để in 3D

Trong quá trình làm dịch vụ in 3D, Blogin3d.com nhận được rất nhiều File thiết kế không thể in trên máy in 3D thông thường và đành gửi trả lại khách hàng hoặc phải tốn thêm chi phí để chỉnh sửa  mô hình 3D. Nhằm giúp nâng cao chất lương in, Blogin3D xin chia sẻ kinh nghiệm khi thiết kế mẫu in 3D.  Bài viết có các kiến thức từ đơn giản tới phức tạp (đòi hỏi thành thạo phần mềm), nếu có gì chưa hiểu, hãy comment ở cuối bài nhé!

Link hữu ích cho những ai đang tìm kiếm Dịch vụ thiết kế 3Dhttps://in3dplus.com/thiet-ke-3d-tao-dang-cong-nghiep-ve-mau-3d/

Bấm xem theo từng mục:

1.Hiểu rõ hạn chế của máy in 3D
2.Thiết kế theo nguyên lý in 3D
3.Thiết kế chi tiết có tương quan lắp ghép
4.Sửa lỗi thiết kế và xuất file in 3D
5.Công cụ kiểm tra và tối ưu file để in 3D
6.Kinh nghiệm in 3D trong thực tế
7.Tổng kết

1. Hiểu rõ giới hạn của in 3D

2.Thiết kế dựa trên nguyên lý in 3D

Nội dung:

Hướng in 3D

Hạn chế Support
Bề dày tối thiểu

     Hướng in 3D

Hầu hết máy in 3D hiện nay đều đắp từng lớp vật liệu theo phương thẳng góc với khay in (ngoại trừ máy in 3D có đầu phun 5 bậc tự do). Hướng in sẽ ảnh hưởng tới mô hình ra sao? Chúng ta hãy cùng xem xét:

           Sức chịu lực:

Khi chịu ngoại lực khá lớn thì sức chịu tải của mẫu in 3DFDM theo mỗi hướng hoàn toàn khác nhau. Điều này xảy ra bởi vì trong quá trình đùn nhựa, các sợi nhựa chỉ dính với nhau một phần, thành ra theo hướng in 3D (trục Z) các liên kết trở nên rất yếu.

Mức độ dính chặt lại phụ thuộc vào 3 yếu tố trong quá trình cài đặt phần mềm in 3D (nhiệt độ, bề dày lớp in, tốc độ). Điều này có thể can thiệp trong quá trình chạy máy in, tuy nhiên, bạn phải giữ trong đầu những ý niệm về “hướng in 3D“.

sức chịu tải của mẫu in 3DFDM theo mỗi hướng đều khác nhau
Biểu diễn 2 mẫu thiết kế giống nhau nhưng được sắp đặt theo 2 hướng in hoàn toàn khác. Các vân bên hông tượng trưng cho các lớp in 3D.  Độ bền của mẫu in 3D màu vàng vượt trội so với mẫu màu xanh.

Lên trên↵

             Độ chính xác hình học:

Ở đây, Blogin3d.com chỉ bàn tới yếu tố “hình dáng hình học”, bạn đọc muốn nắm chắc hơn nữa về dung sai in 3D thì tham khảo bài viết nâng cao độ chính xác của máy in 3D.

Do đặc thù công nghệ in 3D FDM, tại các mép mô hình sẽ bị bo tròn. Điều này xảy ra ở hầu hết các máy in 3D với mức độ nặng nhẹ tùy vào chất lượng máy và việc cài đặt các thông số tăng tốc máy in 3D (gia-giảm tốc tại vùng có biến đổi chiều chuyển động).

Ở hình này, bạn thấy các vùng bo tròn (viền màu cam) xuất hiện trên mẫu in 3D.
Ở hình này, bạn thấy các vùng bo tròn (viền màu cam) xuất hiện trên mẫu in 3D.

Cũng bởi có thể can thiệp được vào bo mạch điều khiển máy in 3D, thành ra, đôi khi vùng màu cam lại nhô ra thay vì cong vào mô hình.

Một trong các máy của Blogin3d.com đang được thiết lập như vậy! Bạn có thể xem hình này để thấy phần góc bị nhô ra khá rõ.

Phần bo tròn cũng xảy ra khi bạn xoay hướng in của mẫu bên trên. Phải căn cứ vào yêu cầu thực tế để cân nhắc vấn đề này!
Phần bo tròn cũng xảy ra khi bạn xoay hướng in của mẫu bên trên. Phải căn cứ vào yêu cầu thực tế để cân nhắc vấn đề này!

Lên trên↵

   Hạn chế lượng Support

Support là phần vật liệu cần thiết để đỡ mô hình. Mô hình càng phức tạp thì càng tốn nhiều support, càng nhiều support thì thì gian in càng dài, chi phí càng tăng. Vậy, có thể giảm lượng support thông qua khâu thiết kế như thế nào? Bạn hãy lưu ý các nguyên tắc quan trọng sau:

  • Nếu được, hãy thiết kế theo hình mẫu “kim tự tháp” , tức là, phần dưới to phần trên nhỏ.
  • Phần nhô ra nên nên giới hạn một  góc <45 độ theo phương thẳng đứng.
  •  Khoảng cách bắc cầu nên để ≤ 10mm. Xin xem kỹ vấn đề này ở bài viết giảm thiểu support khi in 3D phần nhô ra để biết cách vượt qua giới hạn công nghệ in 3D giá rẻ.
  • Mô hình nên có đế phẳng để tự đứng được trên bàn in 3D.
Nên hạn chế góc nhô ra >45 độ, vì phải in thêm support. Có thể không cần in, nhưng sẽ rất xấu!
Nên hạn chế góc nhô ra >45 độ, vì phải in thêm support. Có thể không cần in, nhưng sẽ rất xấu!
Phần chân đế lồi lõm và không có mặt đế phẳng sẽ rất khó để in, hoặc in ra xấu vì phần dưới phải in thêm support!
Phần chân đế lồi lõm và không có mặt đế phẳng sẽ rất khó để in, hoặc in ra xấu vì phần dưới phải in thêm support!

Việc thay đổi hướng in⇑ cũng thay đổi lượng support⇑ cần thiết, khi đã có kinh nghiệm in 3D, bạn sẽ biết cách tối ưu các thông số đó.

Lên trên↵

     Bề dày tối thiểu

Bề dày của thành vách hoặc độ rỗng ruột của mô hình có ảnh hưởng tương đối tới chất lượng và giá thành in 3D.

Một số lưu ý về độ dày khi thiết kế mẫu để in 3D:

  • – Cần hạn chế các vị trí bề dày bé hơn 0.8mm, tốt nhất nên để bề dày ≥1,2mm.

Theo kinh nghiệm của Blogin3d.com, bề dày tối thiều nên > 3 lần đường kính đầu phun. Chẳng hạn, đầu phun của máy in 3D Ultimaker là 0,3mm thì in rất tốt với những chổ bề dày lớn hơn 0,9mm.

  • – Những phần rìa mỏng như : đôi cánh, dái tai, tóc, tà áo nhân vật game 3D, … thường bị hư trong quá trình in. Bạn nên chủ động thêm  gân tăng cứng hoặc tăng bề dày lên tối thiểu 0,8mm.

 

Những phần nhọn và mỏng sẽ bị hư trong quá trình in
Những phần nhọn và mỏng sẽ bị hư trong quá trình in
Phần rìa tai quá mỏng, lại không có support khi in 3D khiến cho nó bị bến dạng
Phần rìa tai quá mỏng, lại không có support khi in 3D khiến cho nó bị bến dạng
in 3D gia re vs in 3D cao cap
Mẫu in 3D bằng công nghệ FDM (bên phải) không thể in những phần nhọn và mỏng giống như bên in 3D cao cấp( bên trái)

Biến dạng đường biên ở các mẫu in 3D kích thước bé:

Mẫu in 3D quá bé sẽ dẫn tới việc biến dạng. Rất khó lắp ghép các mẫu in 3D bé nếu không tuân thủ nguyên tắc
Các góc bị lồi ra, kích thước bao không chuẩn. Rất khó lắp ghép các mẫu in 3D bé nếu không tuân thủ nguyên tắc in 3D lắp ghép

 

Chọn đề mục để xem tiếp ↵

3.Lắp ghép các chi tiết in 3D

in 3D không chỉ linh hoạt trong tạo mẫu nhanh “đồ chơi” mà còn được rất nhiều người áp dụng cho các bộ sản phẩm lắm ghép. Đặc biệt là dân chế robot, ráp máy in 3D Reprap, họ cần những cụm chi tiết có khả năng lắp ghép với nhau và đảm bảo độ chính xác của hệ lỗ, đường biên…

Do vật liệu in 3D chủ yếu là nhựa ABS, PLA, thành thử mẫu in 3D sẽ có độ co rút nhất định. Hơn nữa, chất lượng của máy in 3D không đảm bảo tuyệt đối. Nên việc lắp ghép các chi tiết có khớp/ngàm với nhau rất khó.

Khi sợi nhựa đùn ra khỏi đầu phun, chúng sẽ bị ép xuống và “tràn ” ra 2 bên. Bởi vậy, biên dạng mô hình sẽ bị dư ra 0,1-0,3mm ở mỗi chiều ( trên lý thuyết). Còn thực tế có khác một chút, và để đảm bảo các chi tiết lắp ghép được mà không cần phải mài giũa, Blogin3d.com rút ra kinh nghiệm dưới đây:

  • – Các vị trí lắp lỏng: Khoảng cách giữa 2 bề mặt nên ≥0,4mm.
  • – Các vị trí lắp chặt: Khoảng cách giữa  2 bề mặt nên ≤0,2mm.

Sản phẩm in 3D không có khái niệm lắp vừa các bạn nhé 🙂

Lắp ghép các chi tiết in 3D
Hầu hết chi tiết in 3D lắp ghép với nhau đều được lắp lỏng

Chọn đề mục để xem tiếp ↵

4.Sửa lỗi thiết kế và xuất file in 3D

Máy in 3D hoạt động dựa trên các dòng lệnh (Gcode) được tạo ra bởi phần mềm in 3D ( Cura, RepG, makerware,..), những phần mềm này có nhiệm vụ đọc và dịch file stl/obj sang ngôn ngữ mà máy in 3D hiểu và có thể thực thi.

Chính xác hơn, phần mềm in 3D làm 3 công việc: đọc file 3D, cắt mô hình thành các lớp, khởi tạo Gcode dựa trên những lớp đã cắt. Để đảm bảo có một file in 3D tốt, cần có file 3D không bị lỗi.

Những lỗi có thể dẫn tới sự cố bao gồm:

            Mô hình không kín

“Watertight” là thuật ngữ thiết kế mô tả những mô hình không bị hở hoặc rách bề mặt. Chúng rất quan trọng trong lĩnh vực thiết kế khuôn mẫu, đặc biệt là in 3D. Bạn có thể dùng công cụ kiểm tra mô hình 3D đã kín hay chưa tại watertightmesh.org

Vài thủ thuật xuất mô hình Sketchup để in 3D
File 3D phải kín đặc khi xuất sang máy in 3D

            Đối tượng 3D phải có “thực”

Mô hình 3D cần phải là hình khối ( solid) và không phải là những ảnh 3D.

Vài thủ thuật xuất mô hình Sketchup để in 3D
Các đối tượng 3D mang tính chất phụ họa trang trí bản thiết kế 3D là hình ảnh 3 chiều, nó không có bề dày, không thể in thành vật thể thực.
be day mau thiet ke in 3D
Như đã trình bày ở trên về tầm quan trọng của việc tối ưu bề dày khi in 3D. Cần tránh quá dày hoặc quá mỏng, đặc biệt máy in 3D không thể in những mô hình ở dạng surface không có bề dày!

               File 3D ở dạng lưới tam giác

Hầu hết các công cụ slice ( cắt mô hình thành các lớp) đều chỉ hoạt động tốt với file 3D ở dạng lưới tam giác (Triangulate mesh). Bạn nên cân nhắc điều này khi thiết kế cũng như xuất file STL.

File 3D ở dạng lưới tam giác

              Các đối tượng 3D phải đảm bảo “manifold”

Manifold là thuật ngữ chuyên ngành thiết kế, nói về những surface có chung 1 đường biên. Hầu hết ai làm về thiết kế 3D cũng phải nắm qua các thuật ngữ đó. Trong ngành in 3D, nhất thiết mô hình  3D phải là manifold!

Các đối tượng 3D phải đảm bảo "manifold"
Vị trí non-manifold
thiet ke de in 3d , Các đối tượng 3D phải đảm bảo "manifold"
Ví dụ về cách sửa lỗi non-manifold trong phần mềm Blender

           Chỉnh đúng hướng Vertex Normals

Cần đảm bảo file xuất ra có hướng “căng bề mặt” giống như ý đồ thiết kế. Phần mềm in 3D cần biết bề mặt nào hướng ra ngoài, bề mặt nào là hướng về bên trong để cân chỉnh Gcode đảm bảo đúng kích thước!

Khi nhập file 3D vào phần mềm in 3D, nếu bề mặt bên ngoài normal vertex bị ngược, nó sẽ hiện màu đen một cách “bất thường”và rất khó để xem.

vertexnormals chinh huong 3D

          Làm gọn mô hình 3D

Nếu có các phần giao nhau, bạn nên dùng lệnh combine/boolean để kết hợp chúng lại.
Nếu có các phần giao nhau, bạn nên dùng lệnh combine/boolean để kết hợp chúng lại.

            Giảm số lượng lưới ở file STL

Một file STL có chấ lượng cao thì dung lượng càng lớn, mẫu in 3D càng giống mẫu thiết kế. Tuy nhiên, khi dung lượng file quá lơn ( nhiều lưới tam giác) phần mềm in 3D sẽ mất nhiều thời gian để slice và khởi tạo Gcode. Bạn cần cân nhắc giữa 2 yếu tố: chất lượng và dung lượng để đảm bảo vừa ý nhất.

Các mô hình STL với số lượng lưới khác nhau, sẽ ảnh hướng tới hình dáng của mẫu in 3D
Các mô hình STL với số lượng lưới khác nhau sẽ ảnh hướng tới hình dáng của mẫu in 3D

 

5. Các công cụ kiểm tra và tối ưu file 3D

Meshmixer, một phần mềm vẽ 3D miễn phí với tính năng hỗ trợ in 3D rất hay. Meshmixer giúp bạn dựng support nhanh và tiết kiệm, tự động sửa lỗi file STL, làm rỗng mô hình, tối ưu hướng in 3D…

Với Blogin3d.com, Meshmixer là công cụ thảo mãn hầu hết các yêu cầu hỗ trợ in 3D. Ngoài ra, bạn có thể tham khảo các website tối ưu file STL online dưới đây: Netfabbmeshlabwatertightmesh,…

6. Kinh nghiệm in 3D trong các trường hợp thực tế

(Phần 6 đang được cập nhật bổ sung, bạn có thể theo dõi tức thời ngay trên Facebook Máy in 3D Việt Nam )

7. Tổng kết

Để mẫu in 3D được đẹp, đúng kích thước, tiết kiệm vật liệu – thời gian in – chi phí, bạn cần đảm bảo các vấn đề sau:

  1. Thiết kế mô hình theo kiểu “kim tự tháp” tức là dưới to trên nhỏ.
  2. Nên có một mặt đế phẳng bên dưới mô hình.
  3. Hạn chế các bị trí mỏng hơn 1,2mm.
  4. Các phần quá bé trên mô hình 3D (0,1-1mm): mắt, mũi, tai, gờ, nút bấm,… rất khó hoặc không thể in 3D!
  5. Các phần nhô ra nên có góc nghiêng >45 độ so với phương ngang. Hạn chế phần nhô ra nằm ngang, hoặc phía dưới trống không (ví dụ như cây cầu)!
  6. Nên khống chế mô hình nằm vừa khổ in của máy in 3D, cũng đừng nên quá bé ( không in được hoặc in ra xấu!)
  7. Các chi tiết có lắp ghép thì khoảng cách giữa 2 bề mặt nên để : Lắp lỏng ≥0,4mm; Lắp chặt ≤0,2mm.
  8. Chú ý tới độ phân giải của mô hình khi xuất ra file STL
  9. Chắc chắn về kích thước file STL là theo hệ inch hay mm!
  10. Mở lên xem lại file STL/OBJ vừa xuất ra. Hoặc dùng công cụ kiểm tra lỗi file 3D.

(Blogin3d.com Đang cập nhật tiếp)

 

Thiết kế 3D – vẽ mô hình dùng để in 3D
Đánh giá nội dung hay

Leave A Reply

Your email address will not be published.

1 Comment

  1. Tran says

    Xin Diễn đàn cho biết: Máy in 3D có thể in được mô hình đồi núi, rừng, đồng bằng theo một bản đồ địa hình 3D không?

error: Liên hệ Blogin3D : 0907888325