Как исправить ошибки stl модели

 Дизайнерам и инженерам часто требуется программное обеспечение для адаптации, ремонта и доработки 3D-моделей для 3D-печати. К счастью, эра ручного программирования сетки давно прошла. 

 Сегодня существует целый ряд специальных инструментов, предлагающих как автоматическое, так и ручное восстановление. Автоматическое редактирование для исправления небольших ошибок будет достаточно для большинства моделей, таких как пробелы и незамкнутые поверхности, но модели с более критическими ошибками потребуют ручного вмешательства. 

 В этом руководстве мы опишем рабочий процесс для восстановления и редактирования STL файлов и опишем пять лучших программных инструментов для обработки моделей при подготовке к 3D-печати.

Зачем восстанавливать файл STL?

3D-дизайнеры обычно создают модели, используя сложные методы обработки поверхностей. Это приводит к математически «идеальной» геометрии, определяемой кривыми и сплайнами. Для 3D-печати поверхности преобразуются в формат сетки, который описывает геометрию как облако связанных треугольных граней и вершин.

Преобразование сетки — это похоже на то как разбить идеально гладкое зеркало, а затем склеить все кусочки и чтобы оно выглядело как оригинал. Если это будет сделано некорректно, в результате мы получим модель со всеми видами ребер, отверстий и плавающих частей, а также областей с множеством пересекающихся треугольников. Хорошо выполненная 3D-модель представляет собой коллекторную сетку без отверстий, неотличимую от оригинального дизайна.

Как восстановить файл STL

Типичный рабочий процесс ремонта включает следующие шаги:

1. Авто-ремонт. Мастер программного обеспечения попытается исправить все основные ошибки, включая дыры, отдельные оболочки и пересечения.

2. Разделение треугольников. Сетка состоит из наборов связанных треугольников. Он может содержать несколько непрерывных поверхностей, которые в идеале соединяются вместе, а некорректные требуют удаления.

3. Закрытие дыр, перекрытие пробелов. Некоторые программы допускают различные способы заполнения отверстий, такие как плоская, касательная, линейная или произвольная.

4. Корректировка перекрытий и пересечений. Это обычно требует пересчета целых областей сетки.

5. Фильтрация двойных граней, двойных вершин, инвертированных нормалей и острых узких треугольников.

6. Соединить открытые края и оставшиеся отверстия.

7. Ручное восстановление путем удаления и создания треугольников.

8.  Remishing для оптимизации количества треугольников.

9. Экспорт в выбранный формат сетки.

Самый популярный и удобный для хранения формат — STL (StereoLiThography) /post/47261/, который мы будем использовать для этой статьи. Мы рекомендуем сохранять STL в двоичном формате, так как это еще больше уменьшает размер файла. Как описано в нашем руководстве по Meshmixer /post/45960/, есть несколько других полезных форматов, таких как AMF, Collada, OBJ и PLY, со специальными параметры для материала, цвета, рендеринга, 3D-сканирования и информации для 3D-печати.

Сравнение программных инструментов для восстановления файлов STL

Основываясь на наших исследованиях, лучшим инструментом для ремонта STL является Meshmixer. Он сочетает в себе удобный интерфейс со всеми опциями, необходимыми для исправления сложных ошибок сетки. Его дополнительные возможности и бесплатная доступность делают его номером один.

Meshmixer также является полезным инструментом для редактирования STL-файлов, создания целых сечений, а также для оптимизации и финализации 3D-моделей. Прочитайте наш учебник с 15 профессиональными советами по редактированию файлов STL для 3D-печати.

Netfabb от Autodesk отличается тем, что ориентируется на инженеров благодаря своим передовым возможностям подготовки к 3D-печати.

Magics — это профессиональное решение для редактора STL, предлагающее огромное количество функций по восстановлению STL, однако для этого часто требуется больше ручной работы. Поэтому Magics входит распологается на третьем месте.

Хотя Blender больше ориентирован на 3D-моделирование и имеет сложный интерфейс, он по-прежнему предлагает большинство необходимых функций для успешного редактирования сетки.

Наконец, Meshlab /post/19315/ — это легкий просмотрщик и редактор сеток, который восполняет все, что ему не хватает в возможностях восстановления файлов и удобстве использования, благодаря своим продвинутым сценариям перекомпоновки.

Расширенное руководство по ремонту STL

В следующем разделе тестируются пять инструментов ремонта с использованием сложной трехмерной модели крючка для одежды, в которой есть несколько основных ошибок, включая дыры, зазоры, пересечения и плавающие треугольники. Крюк должен быть соединен с монтажным цилиндром, чтобы получить единую водонепроницаемую сетку.

Оглавление:

• Meshmixer
• MeshLab
• Magics
• Blender
• Netfabb

Meshmixer

Meshmixer /post/45960/ — это универсальная и удобная программа для редактирования сетки. Можно не только оптимизировать треугольную сетку, но и изменить целые сечения, стилизовать модель или добавить к ней полезные функции.

Загружая крючок для одежды в Meshmixer и запуская Analysis → Inspector, мы обнаруживаем, что он действительно показывает все ошибки сетки. В разделе Shaders выберите режим рентгеновского излучения для лучшей видимости. Убедитесь, что вы выбрали правильный режим заполнения отверстий, прежде чем исправлять отдельные ошибки, нажав на точечные индикаторы, либо запустив авторемонт. Всего этого обычно бывает достаточно.

Используйте  Shaders в  Inspector, чтобы просмотреть все ошибки.

Альтернативный метод ремонта отверстия — выбрать область, окружающую отверстие, и использовать операцию Edit → Erase and Fill (F) во всплывающем меню. Установка типа для Smooth MVC производит хорошую непрерывную заливку. Edit → Make Solid или Edit → Replace и Fill — другие альтернативы, которые приводят к закрытой сетке. Дополнительный проход со скульптурной кистью RobustSmooth полностью смешает улучшенную область модели.

Если модель состоит из отдельных оболочек, перейдите в «Edit → Separate Shells и откройте Обозреватель объектов (Ctrl + Shift + O). Теперь постепенно выбирайте по две оболочки и нажимайте Boolean Union из всплывающего окна. В недавно открытом подменю режимы Precise или Max Quality будут поддерживать кривую пересечения между обоими объектами, тогда как Fast Approximate намного быстрее и обычно достаточно.

Если логическая операция завершается неудачно, это приводит к появлению двух объектов красного цвета. В этом случае увеличьте параметр» Глубина поиска» и уменьшите масштаб целевого края, чтобы увеличить вероятность успеха. Проверка использования кривых пересечения также улучшает качество. Если ничего не помогает, перемещение одной из оболочек на несколько сотых миллиметра в разделе  Edit → Transform должно помочь.

Авто восстановление всего файлп, удалит плавающие секции и исправит все граничные петли. В этом случае мы хотим вручную соединить зазор в одной из распорок. Вот тут-то и появился инструмент Bridge . Он лучше всего работает на прямых участках и поскольку это промежуток между круговыми петлями, лучше всего его исправлять на участках. Выберите Edit → Select и выделите треугольники с обеих сторон, которые нужно соединить. Затем нажмите Edit → Bridge (Ctrl + B) во всплывающем меню и установите достаточно высокий параметр Refine для плавного соединения. Повторите команду Bridge для нескольких областей по периметру зазора, затем используйте инспектор, чтобы заполнить оставшиеся отверстия. Хорошей практикой предотвращения ошибок является использование Edit → Remesh перед ремонтом, чтобы увеличить и гомогенизировать триангуляцию в соответствующей области.

Комментарии к статье

Если вы занимаетесь 3D-проектированием и 3D-печатью, вам известно, насколько важно исправить ошибки в файле модели после его преобразования из формата CAD в формат STL. Проект будет казаться идеальным, однако при печати все может пойти неправильно. Ошибку можно не заметить, и поэтому специализированное программное обеспечение для редактирования STL-файлов позволит избежать проблем с выводом на печать и обеспечит успешный результат. Описанные в статье инструменты исправления STL-файлов позволят создать герметичную, готовую к печати 3D-модель.

1. Перевернуть инвертированные нормали (flip inverted normals)

У каждой 3D-модели есть две стороны: внешняя, которую видно после печати, и внутренняя, которую можно наблюдать, только если проделать боковое отверстие в проектируемом объекте. У треугольников, из которых состоит модель (далее мы будем называть их полигонами), также имеются внутренняя и внешняя стороны. Внешнюю сторону называют нормалью.

При непреднамеренном повороте нормали противоположной стороной (после чего она будет направлена внутрь), 3D-принтер не сможет считать модель и определит, что внутреннюю часть модели нужно заполнить, так как при таком направлении нормали внутренняя часть модели теперь также может рассматриваться как внешняя часть.

В общем и целом принтер не сможет определить, когда необходимо прекратить печать и какие детали необходимо оставить пустотелыми.

2. Заполнить отверстия (fill holes)

Иногда полигонов не хватает, и в модели остаются разрывы сетки. Как и в предыдущем случае, ввиду нехватки информации 3D-принтер не сможет напечатать модель. Машина обрабатывает эти пробелы так же, как и инвертированные нормали: она не сможет определить начальные и конечные точки проектируемого объекта и либо напечатает только контур (игнорируя внутренние стороны слоев), либо продолжит печать, когда нужно остановиться. Необходимо отметить, что в проектируемом объекте при печати можно намеренно оставить отверстия, однако для их надлежащего обозначения необходимо правильно разместить полигоны.

3. Перестроить области конфликтующих полигонов (avoid overlapping triangles)

При построении сложных моделей может потребоваться совместить две формы или извлечь часть модели (то есть выполнить булевы операции), из-за чего внутренняя геометрия модели уже не будет оптимальной, и тогда потребуется убрать конфликтующие полигоны. Такая ошибка некритична, однако печать модели потребует больше времени и материала. Конфликтующие полигоны очень сложно обнаружить, поскольку на законченной модели слои могут накладываться друг на друга.

4. Сшить стороны обособленных полигонов (stitch bad edges)

Если несколько полигонов не соединены между собой, образуются так называемые обособленные полигоны. В теории их можно рассматривать как разрывы модели, поскольку окружающие такой разрыв полигоны нельзя объединить с каким-либо ребром. При наличии обособленных полигонов у проектируемого объекта его модель не будет герметичной. Для создания топологически правильной, готовой к печати модели такие полигоны должны быть совмещены.

Еще одна разновидность этого явления называется неправильно примыкающими ребрами (near bad edges) и возникает, когда два полигона расположены рядом друг с другом, но имеют ребра, которые соприкасаются не полностью. Такие ребра не всегда удастся увидеть на экране, и для их выявления необходимо использовать специализированное ПО для редактирования STL-файлов. Множество неправильных ребер называют проблемным контуром (bad contour).

Слева – инструмент перестроения областей конфликтующих полигонов, справа – сшивка сторон обособленных полигонов

5. Удалить пространственный шум (remove noise shells)

В 3D-печати оболочка (shell) – это группа соединенных полигонов, образующая отдельный 3D-объект в файле. Оболочки могут либо накладываться друг на друга, либо быть разделены разрывом. Одна из распространенных трудностей, возникающих при работе с оболочками, связана с наличием инвертированных полигонов, либо наличием соприкасающихся полигонов, одна сторона которых направлена не в ту сторону, в пересекающихся оболочках.

Бывает так, что размер оболочки настолько мал, что она становится лишней в рамках конкретной модели. Такие оболочки называют областями артефактов или пространственным шумом (noise shells или orphaned shells), поскольку в них практически нет объема. Представьте себе складку на куске ткани, которую необходимо разгладить, чтобы получить полностью сглаженный материал.

Самый простой способ удаления таких оболочек – повернуть инвертированные полигоны противоположной стороной, а на завершающем этапе выполнить требование о том, что оставшиеся правильные оболочки в проектируемом вами объекте должны быть объединены в единую структуру сплошного объема. Наличие нескольких оболочек в модели – не всегда плохо, однако это значительно увеличит время печати.

Поясним эту ситуацию визуально наглядно: представьте себе рисунок контура фигуры на листе бумаги. Если обвести контур еще раз, он станет толще. Аналогичным образом большее количество оболочек означает большую толщину печатаемого объекта. При печати пустотелого объекта проектирования (наиболее распространенный подход, поскольку модель будет легче, а ее печать выгоднее) оптимальным способом станет печать внешней оболочки (контура) и внутренней оболочки (вставки). Внутренний слой состоит из инвертированных нормалей: по ним компьютер определяет, что необходимо печатать пустотелую модель. Кроме того, модель с одной оболочкой будет недостаточно прочна, а при печати возникнут трудности. При этом слишком большое количество оболочек также ухудшит модель. Рекомендуемое количество оболочек – не больше пяти.

Инструмент ShrinkWrap

При работе с файлами низкого качества может быть недостаточно автоматического исправления перевернутых полигонов, проблемных контуров, отверстий и шероховатых поверхностей. На помощь придет эффективный инструмент исправления от Materialise – ShrinkWrap. Этот сложный алгоритм покроет модель тонким слоем, затем стянет этот слой и исправит серьезные ошибки, не затрагивая самой детали.

6. Обрезать или объединить пересекающиеся и конфликтующие полигоны (trim or unify intersecting and overlapping triangles)

Еще одна проблема, с которой часто сталкиваются начинающие специалисты по 3D-печати, – пересечение полигонов. В этом случае потребуется обрезать острое ребро и сами полигоны, чтобы получить унифицированную модель. В противном случае 3D-принтер перепутает внутреннюю и внешнюю стороны модели и не сможет определить, какую часть ограничивающего параллелепипеда необходимо заполнить.

Также полигоны могут конфликтовать, то есть накладываться друг на друга. В таком случае ребро полигона является общим для двух или более граней, в результате чего 3D-принтер не сможет рассчитать траекторию печати. Так, принтер разделит модель на слои таким образом, что лазер или экструдер продолжат печатать модель с одинаковыми ребрами поверх друг друга. ПО Materialise Magics удаляет повторяющиеся элементы на конфликтующих полигонах, что упрощает процесс вычисления и создает единую твердотельную модель.

7. Проверить толщину стенок (check wall thickness)

Забавно, но факт: каждый пятый заказ на 3D-печать, получаемый провайдерами услуг, приходится отменять из-за неправильной толщины стенок. Такая ошибка очень распространена, а значит, очень важно определить нужную толщину стенок.

При работе с ПО для 3D-моделирования можно спроектировать поверхность, не указывая толщину стенок. Однако 3D-принтеру потребуется информация о требуемой толщине стенок вашего объекта. И здесь необходимо найти компромисс: с одной стороны, этот параметр должен быть достаточно большим для успешной печати прочной детали, но при этом достаточно маленьким, чтобы максимально сэкономить материал. ПО Materialise Magics дает возможность проанализировать толщину стенок и увеличить ее только в тех местах, где это необходимо.

Слева – функция обрезки/объединения пересекающихся и конфликтующих полигонов, справа – проверка толщины стенок

8. Оптимизировать размер файла (minimize file size)

Каждый треугольник в модели расходует память компьютера. Соответственно, обработка STL-файлов с большим количеством треугольников требует большей вычислительной мощности. Более того, зачастую 3D-принтер не может напечатать файл, в котором слишком много полигонов, а значит, уменьшение числа треугольников – операция, также называемая количественной оптимизацией полигонов, или децимацией полигональной сетки, – становится важнейшей составляющей всего процесса.

Сверху – оригинальный размер файла, снизу – оптимизированный размер

9. Изменить масштаб 3D-модели (rescale your 3D model)

Чем полезно изменение масштаба 3D-модели? Во-первых, ввиду отсутствия в STL-файлах сведений о единице измерения расстояния инструмент изменения масштаба подойдет для изменения размера модели. Во-вторых, изменение масштаба модели поможет решить задачи, связанные с толщиной стенок. В-третьих, размер напрямую влияет на стоимость печати. Наконец, изменение масштаба помогает компенсировать сжатие модели при ее печати.

10. Преобразовать детали в пустотелые (hollow parts)

3D-печать требует немалых затрат, и для экономии материала модель можно сделать пустотелой. ПО Materialise Magics дает возможность сделать объект пустотелым и определить оптимальную толщину ее стенок, что гарантирует как экологичность и экономичность модели, так и ее прочность. Получается, что все перечисленные действия можно выполнить, используя один лишь программный продукт Materialise Magics.

Источник

Repair 3D STL files

Using online 3D STL repair tool you can fix (repair) common issues on your STL files.

• No registration required to use this tool.
• Max file size supported is 200MB.
• This tool running on browser and your 3D STL files are not transferred to any server.
• It is powered by NanoDLP / NanoSupport repair engine.

For more information on how it works checkout mesh repair blog post.

If you have any suggestion feel free to contact us.

Other online tools

• Simplify STL files online