Модель шарнирной куклы для 3D печати

27 мая 2013, 11:46

Предлагаем вам познакомится с инструкцией по созданию модели куклы в 3D программе c прототипированием. Примером в данной работе послужит BJD (ball-jointed doll).

BJD (ball-jointed doll) – это подвижная, антропоморфная кукла с шарнирными суставами, которая популярна среди людей самого разного возраста. Она состоит из большого количества деталей, которые крепятся на резинку. Кукла должна быть хорошо проработана (её суставы должны двигаться и фиксироваться в каждой точке), ей присуща идеальная симметрия и прочность, именно поэтому специалисты bjd постоянно занимаются поиском новых технологий и материалов. 3D моделирование и прототипирование дают возможность искусству bjd стать на уровень выше.

Прежде всего, отметим трехмерную графику, которая используется при создании изделия. Все создаваемые объекты в программах по трехмерной графике являются множеством точек, которые располагаются в трехмерном пространстве (оси X, Z и Y). Точки соединяются линиями, которые ставят границы полигонов – многоугольников, у которых есть плоскость, вершины и грани. Программа ZBrush имеет дело с 3-и 4-х угольниками. Из полигонов выстраивается вся поверхность объекта под названием Mesh. Полигон – это сетка, образованная гранями, она не имеет толщины. Это вид полигонов:

Если вы смотрите на объект и не видите полигоны, значит их сетка очень плотная, а объект имеет высокую детализацию. Чем ниже плотность сетки модели, её разрешение и детализация, тем легче обрабатывать модель на компьютере.

Первое, что мы делаем в программе ZBrush – создаем болванку, потом готовим будущую сетку равномерной, чтобы можно было быстро накинуть скелет, далее скелет преобразуется в обычный объект, который состоит из полигонов, его можно деформировать разными способами, приближая к своему замыслу. Можно применять стандартные заготовки или покупать модели на стоках, набрасывать другие болванки в других программах.

В этой программе имеется большое количество различных кистей, которые имеют разные свойства воздействия на поверхность – полируют, вытягивают, сдувают, раздувают, двигают, прочерчивают, сглаживают, мнут и так далее.

Материал под курсором выглядит, как пластилин

Часть объекта – скрыта под маской; внутри объекта пустота; полигоны показаны с изнанки

Делаем сетку поэтапно, уплотняя её, далее переходим на следующий уровень полигона. К примеру, первый уровень полностью проработан, уже ничего нельзя детализировать или уточнить, тогда увеличивается плотность, и каждый полигон разбивается на 4, таким образом, продолжается работа над полигонами, и так далее пока не достигнете уровня, на котором прорисовываются ногти, складки и другие мелочи. В работе с куклой это 6-й уровень и плотность сетки составляет 2 млн. полигонов.

Процесс работы позволяет возвращаться назад к прежним уровням и вносить там крупные изменения, а потом продолжать работу на верхнем уровне.

Не всюду нужна одинаковая плотность сетки, к примеру, на лице в зоне глаз, на ушах, кистях и стопах необходимо разрешение выше, чем на других участках модели, поэтому плотность сетки можно повышать избирательно.

При работе с bjd не нужно сразу всё детализировать, а такие детали как ногти, морщинки, линии на ладонях лучше прорабатывать на последнем уровне.

И так работа над моделью состоит из таких этапов:

•Нарезка деталей

•Формирование с помощью шаров шарниров и шарнироприемников

•Контроль объема движений, сустав должен соответствовать анатомичности и эстетичности

•Изготовление полостей, каналов и прорезей под резинку

•Окончательная детализация

•Разделение на детали с помощью масок и полигрупп, закрытие дыр

•Подгон сфер по их размеру

•Проверка объема движений

•Формирование сустава: одну и ту же сферу необходимо объединить с той деталью, где именно будет шарнир, далее вычитать ее из детали, где будет шарнироприемник, после аккуратно вручную нужно обработать места перехода детали в шарнир – сгладить, выровнять и обработать края после вычитания. Обычно на данном этапе полигоны смотрят в разные стороны, сдвигаются артефакты, видны дыры – все это нужно закрывать и выглаживать, после перестраивать сетку, и так продолжать до тех пор, пока не будет достигнут удовлетворительный результат.

•Работа с конечностями проходит точно так же.

•С помощью масок формируются полигруппы – объединенная группа полигонов в числе одного меша, далее по полигруппам разделяется общий меш по количеству полигрупп на разные меши, лишние меши удаляются, подставляются сферы.

•Закрытие дыр, выравнивание краев.

•Вычитание сфер из шарнироприемников и объединение их с деталями, где располагается шарнир. Выглаживание происходит вручную.

•Проверка объема движений, подгон краев.

•Толщина стенки шарнироприемника должна быть достаточно прочной и красивой. Поверхность шарнироприемника должна быть немного больше трети поверхности сферы-шарнира.

Кукла разбита на суставы. Этих шагов, достаточно для изготовления мастер-модели под литье, а не для сборки принта в полноценную куклу.

В ходе работы были использованы такие материалы и технологии:

• ABS пластик, поскольку изделие получится прочным, но неточным, теряются детали такие, как морщинки и ноготки.

• Технологию SLA, материал фотополимер, в изделии хорошая детализация, но при этом нет прочности, к примеру, пальцы ломаются.

• Полупрозрачный пластик: прочный, точный и гладкий, самый дорогой среди всех. Уровень качества приравнивается к ювелирному.

Ни одна из данных технологий не применима полностью, поскольку все они печатают изделия слоями, а печать полноценной куклы сопровождается висящими в воздухе участками, поэтому применяют дополнительный материал-поддержку, который  вымывается водой или крошится и очищается руками или воском, выплавляемым растворителем. Стоит ожидать, что полости полностью напечатанных и готовых к сборке деталей, будут полностью заполнены материалом-поддержкой, который невозможно достать.

Какие технологии применять?

Технология SLS – селективное лазерное спекание. Материал – полиамид запекается при высокой температуре послойно, сам же является поддержкой. Он остается в полостях, но его можно вытряхнуть, вымыть, выдуть, поэтому только он пригоден для печати полноценной куклы из известных материалов.

Этапы работы над куклой:

Моделирование полости, каналов, штифтов и прорезей под резинку. К примеру, часть бедра – сложная деталь, которую необходимо спрятать под маской для удобства, максимально отведя назад, необходимо поставить обозначение на одном конце прорези. Затем необходимо отвести максимально вперед и наметить другой конец прорези.

По меткам ставится будущая «прорезь» – объект, при вычитании дающий желобки под резинку. На этом этапе появляются прорези под резинку, но отсутствуют полости.

Чтобы ZBrush могла распознать действия, нужно прорезать любое отверстие, чтобы она могла объединить как внешнюю, так и внутреннюю поверхности в один меш. Именно такое отверстие необходимо под резинку. Устанавливается цилиндр, который после вычитания становится каналом, и указываем ZBrush, что нужно вычитать и сделать полость. Толщина стенки устанавливается самостоятельно (оптимально 2-4 мм).

Обработка деталей

В стопы и кисти ставятся штифты, или цилиндрики. 2 мм достаточно, чтобы штифт выдерживал даже тугое натяжение резинки.

Существует большое количество вариантов соединения частей головы. Оптимальным является с «замочком», бортиком.

Перед печатью можно продумать образ и набросать эскиз.

Осуществите проверку объемов движений, поставьте разные позы.

Подготовка к печати

Поместите детали, учтите возможные дефекты. Так как толщина слоя 0.3 мм, то полосы особенно видны там, где поверхность практически горизонтальная. Сбоку ставится цилиндр, который приравнивается к высоте куклы, по нему измеряется масштаб. Таким образом, можно выставить и напечатать изделие любого размера.

В ZBrush имеется специальный плагин для подготовки к печати и оптимизации. Во время процесса оптимизации есть возможность уменьшить количество полигонов до 20% от исходных. Такой файл можно только сохранять в STL формате и печатать.

Постобработка

Если печать прошла успешно, тогда куклу легко и быстро собрать. Если же наоборот, то исправить что-то вручную будет достаточно сложным, поскольку материал тяжело поддается сверлению и шлифовке. Материал, из которого напечатана кукла – прочный, малопористый и белый. С ним хорошая детализация и фиксация суставов, хорошо видны линии на руках куклы, но поскольку текстура грубая, то нужно использовать мини-дрель и самодельные насадки для зашкуривания, а также пескоструйные и галтовочные аппараты, поскольку вышкуренный материал является бархатистым и похожим на кожу на ощупь. Для грунтовки используются акриловые лаки, которые выдерживают нагрев выше 180 ºС, что делает возможным использовать запекаемые краски.


* По материалам сайта can-touch.ru

Представляем Kayan: эксклюзивный 3D печатный абажур для Plumen

United Nude представляет коллекцию 3D печатной обуви от Захи Хадид и Бена ван Беркеля

Алексис Уолш представляет новую модную коллекцию LYSIS Collection, созданную с помощью 3D печати