3D ручки. Часть 1. Что такое 3D ручка? Горячие 3Д ручки, как они устроены.

3D ручка, также называемая 3D пером, представляет собой упрощенный портативный 3D принтер, позволяющий создавать трехмерные объекты прямо в воздухе. Конечно, все мы рисовали на бумаге, смартфоне, обычном планшете, а некоторые даже на графических планшетах, таких как, например, Wacom или Huawei.

stylus-tablet-wacom-huawei

Кто-то даже пробовал создавать 3D модели (или занимается этим профессионально) в трехмерных редакторах, таких как Autodesk 3ds Max, Cinema 4D Studio, Blender 3D, Autodesk Maya и т.д. Большинство современных редакторов довольно сложны в освоении, но не из-за сложности в интерфейсе, (хотя Blender, например, отличается от остальных тем, что по умолчанию выбор объекта происходит Правой Кнопкой Мыши, что сначала выбивает из колеи, но потом достаточно зайти в настройки программы и изменить настройки под себя). Зачастую начинающим 3D артистам (3D моделлерам) необходимо получить базовые знания о трехмерных технологиях и техниках создания 3D моделей, изучить основы топологии (сетки 3D моделей), инструменты, содержащиеся в 3D пакетах для моделирования, основы визуализации, света, тени, основы “материаловедения”, текстурирования  и т.д. и т.п. Обилие информации, которая должна усвоиться довольно большая и без хороших уроков или курсов здесь никак не обойтись. Некоторые справочники и учебники, посвященные обучению в 3D программах (как, впрочем, и по графическим редакторам, игровым движкам, включая Unity3D, UE и т.д.), как правило, повторяют то, что написано в документации, поставляемой вместе с приложением, или руководстве пользователя, размещенном на сайте разработчика приложения. Возможно, для поверхностного ознакомления с 3D приложением такая литература в виде учебных пособий по трехмерной графике и подойдет (например, для чтения в вагоне метро, электричке или в теньке дерева на даче), но для более глубокого изучения технике моделирования необходимо учиться на реальных примерах: в процессе создания персонажей, строений, окружения, природы и т.д., в зависимости от того, кем вы себя видите и позиционируете: дизайнером персонажей, дизайнером уровней, дизайнером интерьеров, архитектором, визуализатором и т.д.

blender-wheels-sculpted

В свое время на сайта habrahabr.ru даже вышла статья 3D редакторы, плюсы и минусы, посвященная сравнению наиболее широко распространенных версий 3D редакторов, включая приложения для цифрового скульптинга, таких, как ZBrush и Sculptris. Программе для создания цифровых скульптур Sculprtis была посвящена одна из статей на нашем сайте “Обзор программы цифрового скульптинга (цифровой скульптуры) Sculptris”.

Почти каждый из нас хотел бы, чтобы нарисованный или смоделированный в 3D персонаж или строение материализовались в реальном мире. Основным препятствием на пути к воплощению своей фантазии в реальном мире является необходимость покупки пока еще для многих дорогого, да и не всегда нужного (по сравнению с обычными принтерами) оборудования для трехмерного сканирования (3D сканеров) и трехмерной печати (3D принтеров). Теперь представьте, что вам не нужно больше рисовать на бумаге, компьютере, планшете или моделировать в 3D редакторе, а достаточно лишь взять 3D ручку и воплотить свою идею сразу в реальном мире у себя на столе. Рисовать на планшете в контексте 3D ручки (некоторых моделях холодных 3D ручек, а НЕ ГОРЯЧИХ!!!) принимает совсем другой смысл, поскольку вы можете вывести на экран планшета или монитор любой рисунок и рисовать холодной 3Dручкой прямо на экране, главное, чтобы используемый материал хорошо отлипал от поверхности экрана.

Таким инструментом и являются 3D ручки, миниатюрные 3D принтеры, похожие на перо графического планшета, но пока еще имеющие несколько большие габариты (хотя новый 3Doodler 2.0 совсем небольшой — 145×20 мм), и, конечно, принцип функционирования. Процесс рисования 3D ручкой похож на рисование на бумаге, экране планшета/монитора стилусом или пером на экране графического планшета, но еще и в вертикальной плоскости, добавляем координату Z к плоскости XY, или координату Y к плоскости XZ (кстати, тема направления осей более подробно рассмотрена в статье “Экспорт 3D моделей из Blender в игровые движки Unity3D и Unreal Engine и подготовка моделей к экспорту”). Теперь с появлением 3D ручек рисовать можно в воздухе.

3d-pen

В отличие от графических планшетов, в которых отслеживается положение ручки в пространстве, точка касания и нажим пера ручки, и в которых “активным веществом” воплощающим ваши идеи во времени и пространстве является цифровой импульс, преобразуемый в изображение на экране монитора, и, конечно, в отличие от обычных шариковых ручек, основным оживляющим ваши идеи элементом в которых являются чернила, 3D ручки используют фотополимеры (быстротвердеющие смолы) либо полимерные сплавы в виде пластиковых нитей/прутков (также называемых стиками или филаментом, от английского filament – нить) диаметром, например, 3 мм, похожих на леску для триммера. В зависимости от того, что за материал используется в ручках, они делятся на несколько видов.

На текущий момент самыми распространенными ручками для 3D рисования являются “холодные” и “горячие” 3D ручки. Холодные 3D ручки используют подход стереолитографической печати (SLA), позволяющие использовать ультрафиолет для отверждения фотополимеров. Горячие 3D ручки являются наиболее распространенными на рынке (за счет удобства и доступности материалов для них) и используют метод послойного наплавления (FDM печать) или выборочного лазерного спекания (SLS).

Горячие 3D ручки

Работа с горячими 3D ручками напоминает работу кондитера, выдавливающего крем на торт при помощи кулинарного кулька (бумажного конуса) или шприца, только вместо шприцевого наконечника-конуса типа “Луер” используется печатающая головка (экструдер), еще называющаяся нагревающим носиком-соплом, который может быть сменным. Альтернативой сменным соплам с различным диаметром выступает регулятор диаметра выходящего пластика/филамента, позволяющий настроить толщину результирующей линии, создаваемой 3D ручкой. Кроме того, подача пластика осуществляется нажатием кнопки, а не давлением на плунжер шприца или сдавливанием кулинарного кулька с кремом.

3doddler-pen-2

Из чего же еще состоит 3D ручка и как она устроена? Помимо экструдера, 3D ручка обычно обладает гнездом/отверстием для загрузки пластика, разъемом/гнездом электропитания для подключения к электрической сети, регулятором температуры нагревающего элемента и кнопками подачи и возврата/изъятия пластика.

В отличие от 3D принтеров и станков с ЧПУ, где перемещение печатающей головки задается программой,  3D ручкой управляет сам владелец, перемещая ее в пространстве с целью создать свой уникальный узор или дополнить существующую композицию. Для создания довольно сложных фигур, например, для разлапистых деревьев, могут быть использованы поддержки/подпорки. Конечно, не обязательно собирать всю конструкцию целиком, а создавать ее по частям, которые впоследствии можно склеить при помощи того же пластика, либо придать соединительным элементам такую форму, чтобы они фиксировались друг в друге: жестко или с возможностью вращения друг относительно друга.

Как было сказано выше, материалом для строительства изделий из вашей фантазии может являться ABS-пластик; Fleksy; PLA-пластик; поликарбонаты из группы термопластов; поликапролактоны (PCL); биорастворимый, биосовместимый, термопластичный, водорастворимый PLA-пластик (полилактид, ПЛА), нейлон и другие.

Существуют 3D ручки, способные работать не только от электросети, но и которые имеют встроенный аккумулятор и/или подключаются к USB-порту, например, 3D ручка LIX Pen, позиционируемая как самая маленькая ручка в мире со схожей функциональностью более массивных образцов, но с небольшим количеством пластика, которого хватает ненадолго, минуты на 3, поскольку используются короткие пруты пластика. Экструдер такой ручки больше напоминает окончание паяльника, а сама ручка похожа на обычную шариковую или гелевую ручку (ручку-роллер). Диаметр такой миниатюрной 3D ручки – всего 14 мм. Хотя, расход пластика этой миниручки для печати гораздо ниже, чем у конкурентов, одним из недостатков этой миниатюрной ручки является низкая скорость застывания пластика, так что не стоит торопиться, создавая новый шедевр прямо в воздухе.

Продолжение — в следующей части статьи-обзоре 3D ручек: 3D ручки. Часть 2. Какие материалы используются в горячих 3D ручках и чем отличается пластик для 3D ручек? Характеристики пластиков (ABS, PLA, Flex…) для 3D ручек

Автор: Максим Голдобин

goldmaxval@gmail.com

Добавить комментарий