浅谈3D打印中设计模型的导入及相关参数调节*

龚柏茂

(浙江师范大学 文化创意与传播学院,浙江 金华 321004)

随着科技的发展，3D打印出现了一些新技术、新工艺，这些新技艺为设计领域带来了全新的革命和旺盛的生命力.与传统的二维打印相比，3D打印更具备真实性、直观性和可塑造性等特点.它在给观众带来全新视觉体验的同时，还为设计师们提供了广阔的创意空间和灵感，它让设计变得更加丰富多彩、魅力无穷[1].但是，3D打印作为一种新技术应用到设计领域还需要经历一定阶段的摸索才能成功，才能更好地为产品设计和相关产业服务.根据笔者的实践经验，在3D打印成形前，必须注意打印前的模型设置和出样打印时的参数调节.

1 3D打印模型的设计需求

如今，大部分的设计离不开设计软件，正是得益于设计软件，才使设计行业披上了飞翔的翅膀.每项设计的成功推出，背后都是依靠设计软件强大的绘图功能.如汽车制造业的Alias、工业设计的犀牛、影视动画的maya和3dmax等等.不同行业使用的软件大小、类型都各不相同，但通过这些设计软件设计出的三维作品最终都需要转换成适合3D打印机所需的stl文件格式[2].这种stl文件模型是以三角形网格来表现立体模型的，其文件格式是RepetierHost、Model Wizard 等3D打印软件的通用格式.然而，不是所有的三维软件最终都能成功地转为stl文件，也不是所有的stl文件都能成功地被打印出来，要实现成功的3D模型打印，在打印之前还必须分清模型的来源和stl文件导出前的参数校对.

2 3D模型的来源

所谓模型来源，就是为3D打印时提供的设计图纸.3D打印的模型最初设计可以通过任何一个三维软件制作生成，但主要的模型来源可归结为以下3个途径:1)二、三维软件设计出来的建模模型.这里有很多软件都有这种功能，但比较适合3D打印的建模软件首推CAD软件.2)通过三维扫描仪进行实物扫描的模型.一些实物通过高精度的三维扫描仪将实物转化为三维软件可编辑的数字模型，将这类模型导入电脑后，使用相关的三维软件对其进行处理和再设计，最终也能生成适合3D打印的模型文件.3)借用网络模型资源.通过互联网，从网络上下载部分已经设计好的三维模型，再对这些模型进行加工设计和格式转换.

以上3种模型创建方式，都可以通过三维软件编辑来保证模型数据的精确度，但由于RepetierHost、Model Wizard 等3D打印软件和3D打印机之间协作的标准文件格式是stl文件，这种stl文件对模型的网格精确度要求非常高，所以对模型的交线、法线等都有严格的要求.这也就是说，在某种程度上三维CAD软件是3D打印中比较好的数据模型编辑软件.因此，建议模型设计后使用CAD软件导出stl文件更为稳妥[3].

图1 非流形图

3 模型导出前的校对

从前面的分析可以知道，不是所有的三维模型最后都能通过3D打印机打印成型，这些模型在最终输出前还必须校对一些细节参数,稍有失误，模型就无法打印或者打印出完全与模型不一样的形体.所以，在导出前必须注意以下几个方面的检查:1)数字模型必须为封闭模型.这就是说模型的线与面都是相连封闭的，不能出现单一的断头和空缺的表面，如果有断头线或者某个面破损，模型文件就无法实现3D打印.这些检查会有一定的难度，尤其是对线与线之间是否连接在一起的检查.如果实在检查不出什么问题，最后还可以尝试使用AccuTrans插件功能——此功能将会为你标记出存在此问题的区域，从而方便全方位检查.2)数字模型自身属性必须是流形(manifold).这里的“流形”简单地理解就是模型的网格相交线，这些相交线都是两个面相交所得.换句话说，就是一个模型网格中存在着多个面共享一条边线，那么这个数字模型就是非流形 (non-manifold).如图1所示模型的4个面相交于一条线，该模型为非流形模型，即不可3D打印的模型.3)检查模型的法线是否正确，是否统一.在导出模型前必须检查模型中所有表面的法向是否指向一个正确的方向和统一的方向.如果数字模型中各表面的法向正反不一，那么3D打印机在打印时就不能辨别模型的表面是内部面还是外部面[4].

综上所述，3D打印的模型设计与传统的二维模型设计有很多不同之处，如果在模型设计时能把握住以上这些限制，那么3D模型打印就成功了一半.

4 设计模型输出时的参数调节

目前，通常使用的3D打印软件有RepetierHost,Model Wizard 等.根据个人实践经验，就以RepetierHost 3D打印软件为例来详细分析一项设计作品在3D打印前所做的基本配置参数调节.

1)需要在连接3D打印机的电脑上先安装RepetierHost上机位软件.安装RepetierHost上机位软件之前需要注意两点:一是在32位的XP系统环境下，必须先安装Net framework支持库，win7系统不作此要求;二是关闭相关的杀毒软件拦截功能.有了此前提后才可以双击setupRepetierHost.exe 文件开始安装.安装过程跟其他软件一样，根据个人喜好选择相关语言和安装路径等.

2)导出设计模型为stl文件.在相关的设计软件中，将设计好的三维模型通过保存或导出的方式，保存为stl文件即可.但是从autoCAD中导出stl文件需注意以下几个问题：①CAD中输出的模型必须为三维实体，且XYZ坐标都必须为正值;②在CAD软件的命令行输入“faceters”，设定“faceters”为1～10之间的一个值(值越小模型精度就越低，值越大模型精度就越高)，然后在命令行输入命令“stlout”,选择CAD中的实体模型，选择“Y”，输入二进制文件，选择文件名保存即可.

3)设置RepetierHost上机位软件的相关打印参数.将3D打印机器连接，打开RepetierHost软件.首先点击右上角的打印机设置，选择对应的窗口，把波特率调到115 000以上(波特率即为调制速率，指信号被调制以后在单位时间内的变化情况，也就是说单位时间内载波参数变化的次数)，要记得勾选“使用ping-pong通讯”按钮.接着设置ABS温度控制，把“缺省挤出头温度”设置在230～250 ℃之间，“缺省加热床温度”设置在100～120 ℃之间，切记要勾选“任务中断结束后关闭马达”的按钮.如图2所示.

图2 RepetierHost设置面板图

接着再进行配置切片设置，找到“切片配置目录”下的“slic3r目录”，将此目录文件复制到C:usersadministratorappdata oaming替换系统原先自动生成的slic3r文件，然后点击配置，并查看新生成的配置参数.有了上一步的操作，才可以进行配置代码生成器.第1步先设置打印速度，为了安全和准确，最理想的速度是30 mm/s,如图3所示.第2步设置耗材.将耗材输出直径设为3 mm，ABS挤出温度为230 ℃，热床温度为110 ℃;PLA挤出温度为190 ℃，热床温度为60 ℃.第3步设置打印喷嘴.这里根据个人需要设置，喷嘴越细精度越高，但对耗材和温度的要求也越高，一般是系统默认设置.第4步检验设置是否生效.到代码编辑器内检查layer_height=0.3;nozzle_diameter=0.4;filament_diameter=1.75,这些设置是否与原先设置一致；检查m190 s110;wait for bed temperature to be reached,m104 s230;set temperature这些温度设置是否也和耗材设置的一致.若这些参数都一致，则说明配置切片设置成功，可以进行打印测试.

图3 切片设置参数图

4)输入stl文件，进行测试打印.在RepetierHost软件中选择输入文件，找到前面导出的三维模型——stl文件，导入后会在软件的右下角显示这个stl文件.再到输入按钮的旁边点击“连接”，看到连接按钮变绿后就可以点击旁边的“运行任务”按钮.按钮按下后，3D打印机器会根据前面设置的参数进行复位调整，这需要几十秒甚至更长的时间来准备，注意此时别误以为是设置失败而反复关闭或再次调解参数.

5 小 结

经过一番设计、配置调整参数和耐心等待后，设计模型将会以全方位的真实物体呈现在我们的面前.这是设计革命的开端，也是3D打印技术与设计实践紧密结合的成果.但是，设计软件仍然是3D打印技术的核心.从CAM、CAD、二维软件，到更多的3D软件，无不是呈现设计软件在3D打印技术中扮演的重要角色.3D打印技术和设计软件的完美组合改变了人类设计制造产品的方式，展现了新技术的魅力[5].

参考文献：

[1]黄健,姜山.3D打印技术将掀起“第三次工业革命”[J].新材料产业,2013(1):62-67.

[2]王雪莹.3D打印技术与产业的发展及前景分析[J].中国高新技术企业,2012(26):3-5.

[3]李晓红.利用3D打印技术改进设计过程[J].国防制造技术,2010(3):69-70.

[4]王忠宏,李扬帆,张曼茵.中国3D打印产业的现状及发展思路[J].经济纵横,2013(1):90-93.

[5]殷媛媛.全球3D打印技术发展的新趋势[N].科技日报,2013-06 -02(04).