0₫

Tư vấn mua máy in 3D: anh Hà 0908979849 - Hiếu 0909910232

Hướng dẫn thiết kế mẫu in 3D đạt chất lượng

Posted October 21 2014

Những sự cố ấy xuất phát từ khác biệt trong tư duy của người vẽ với phương thức tạo mẫu của máy in 3D, mà cụ thể ở đây là máy in 3D giá rẻ (công nghệ FDM) như Makerbot, Reprap, Ultimaker, Flashforge,..

Nhằm khắc phục những khó khăn kể trên, Taomau3D xin giúp các bạn (họa sĩ 3D, người làm dịch vụ) có tiếng nói chung về nguyên tắc thiết kế mẫu dùng trong in 3D.

Bài viết có khá nhiều vấn đề rắc rối, gồm cả lý thuyết thiết kế 3D lẫn kinh nghiệm in 3D trong thực tế.  Bởi vậy, bạn cần chọn xem theo từng đề mục để nắm hết các vấn đề được chuyển tải.

Nếu chỉ muốn xem các nguyên tắc thiết kế rút gọn, bạn bấm vào mục Tổng kết.

Taomau3D vẫn đang tiếp tục cập nhật bổ sung ảnh minh họa và tìm thông số tối ưu nhất!

 Nội dung chính:

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.Giới hạn của máy in 3D

Nội dung:

Khổ in mô hình
Tốc độ in

Tùy theo dòng máy và công nghệ in 3D mà sẽ có những giới hạn nhất định. Những giới hạn đó liên quan tới:

              Khổ in mô hình:

Bất kỳ một máy in 3D nào cũng có phạm vi tạo mẫu cố định. Thường thì chiều cao (trục Z) bé hơn so với các chiều còn lại (XY). Cần chú ý tới điều này, hoặc bạn sẽ phải cắt mẫu in 3D ra làm nhiều phần ghép lại nếu kích thước mô hình vượt quá khổ in. Tuy nhiên, vẫn có ngoại lệ khi xem xét điều bên dưới đây:

              Tốc độ in 3D:

 Máy in 3D hiện nay còn khá chậm, có khi bạn phải mất cả vài ngày để hoàn thiện những mẫu có độ phức tạp cao. Điều gì quyết định tới thời gian in 3D? Xét về mặt thiết kế, có thể kể ra: kích thước mô hình, độ phức tạp, lượng support cần dùng.

Thời gian in quá dài sẽ dẫn tới việc bạn gặp một hoặc nhiều tình trạng:

  • - Xác suất đầu in bị kẹt nhựa cao hơn và nếu không phát hiện kịp thời, bạn sẽ phải in lại từ đầu!
  • - Mẫu in dễ bị cong vênh hoặc tróc khỏi bề mặt khay in (heatbed, Platform)

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, Taomau3D.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).

 Độ chính xác hình học của 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 Taomau3D.com đang được thiết lập như vậy! Bạn có thể xem hình này để thấy phần góc bị nhô ra khá rõ.

 nâng cao độ chính xác của máy in 3D

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.
Support in 3D là phần vật liệu cần thiết để đỡ mô hình

Nên hạn chế góc nhô ra >45 độ, vì phải in thêm support. Có thể không cần in, nhưng sẽ rất xấu!

mat phang in 3d - mo hinh in 3D

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 Taomau3D.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. 

 

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

Những phần nhọn và mỏng sẽ bị hư trong quá trình in

in 3D đầu lâu Yoda. in mẫu 3D game phim viễn tưởng quái vật

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, Taomau3D.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 tạiwatertightmesh.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 Taomau3D.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.

 

                                                                                                                             (Nguồn từ Taomau3d.com)

Leave a comment