Heute beginnen wir mit einer neuen Reihe. Wir werden uns damit beschäftigen, wie 3D-Modelle aufbereitet werden müssen, damit ein problemloser 3D-Druck möglich ist und unnötige Kosten für Fehldrucke oder Modellkorrekturen vermieden werden können.
Die Grundlagen der 3D-Modellierung
Beim 3D-Modelling werden üblicherweise nicht Volumen modelliert, sondern Oberflächen. Diese Oberflächen können in zwei Varianten vorkommen, als geschlossene und offene Oberflächen.
3D-Daten bestehen entweder aus NURBS-Kurven, die meist im Bereich des CAD eingesetzt werden oder aus Polygonen.
NURBS-Kurven
Bei diesen Daten können auch komplexere Oberflächen mit Krümmungen dargestellt werden.
Polygon-Daten
Daten die auf Polygonen basieren können nur aus geraden Linien bestehen. Eine Kurve muss dann durch viele kleine gerade Teilstücke angenähert werden.
Polygon-Anzahl
Je mehr Polygone verwendet werden, desto genauer können Kurven und Krümmungen nachgeahmt werden. Im Gegenzug wird die Datei aber auch größer.
3D-Daten für den 3D-Druck
In den heute üblichen Programmen für den 3D-Druck werden Polygondaten verwendet, die dann in einem weiteren Schritt in Maschinencode umgewandelt werden. Sind vorher nur NURBS-basierte Daten aus einem CAD-Programm vorhanden, so werden diese in eine Polygondatei mit zur Druckgröße passenden Genauigkeit umgewandelt.
Offene Oberflächen
Diese Oberflächen (Open Surfaces) sind wie ein Blatt Papier. Im Gegensatz zum echten Blatt Papier haben Sie aber keine Stärke – sie sind also unendlich dünn.
Weil Objekte in der Realität immer eine gewisse Stärke haben, können offene Oberflächen dementsprechend auch nicht 3d-gedruckt werden.
Geschlossene Oberflächen (Closed Surfaces)
Diese Oberflächen umschließen ein Volumen, das heißt sie verhalten sich wie ein Karton, bei dem die einzelnen Seiten das Innere komplett umschließen.
Um flache Objekte drucken zu können, müssen auch diese Objekte eine gewisse Dicke gegeben haben. Wie dünn ein Objekt werden kann ist vom 3D-Druck-Verfahren abhängig.
Warum werden offene Oberflächen benutzt?
Wenn kein 3D-Druck geplant ist, sondern zum Beispiel nur ein 3D-Rendering erstellt werden soll, werden manchmal nicht alle Objekte als Volumen erstellt – dadurch wird die Datei weniger komplex. So können in Architekturmodellen das Landschaftsrelief oder die Fensterscheiben der Gebäude offene Flächen sein. Sollen diese Elemente gedruckt werden ist eine Nachbearbeitung der Daten nötig.
Probleme geschlossener Oberflächen
Auch wenn Oberflächen geschlossen sind und somit ein Volumen umschließen können diese Objekte für den 3D-Druck noch problematisch sein. Es gibt weitere Details, die beachtet werden müssen, damit die Datei ohne Probleme in den Druck gehen kann.
Sich selbst schneidende Oberflächen
Diese Oberflächen enthalten Kurven, die sich selbst schneiden, ähnlich einer Straßenkreuzung. In der Realität sind solche Geometrien unmöglich, weil im Kreuzungspunkt die Dicke des Materials unendlich dünn wäre. Dies führt ebenfalls zu Problemen im 3D-Druck.
Fazit
Nur weil eine 3D-Datei vorhanden ist, kann sie nicht immer sofort für den 3D-Druck verwendet werden. Wenn gewisse Grundregeln in der Datei nicht eingehalten werden, kann eine Überarbeitung der Datei unumgänglich sein. Dies kann mit hohen Kosten verbunden sein.
Eine fehlerfreie 3D-Datei kann somit helfen die Kosten niedrig zu halten und hilft dabei, dass ein 3D-Druck schnell und günstig umgesetzt werden kann.
In künftigen Teilen dieser Serie beschäftigen wir uns mit den Themen Wandstärken verschiedener 3D-Druckverfahren, Stützmaterial und Komplexität von Geometrien und wie sie beeinflussen, in welchem 3D-Druck-Verfahren ein Modell am Ende umgesetzt werden kann.
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