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

Опубликовано: 28.09.2018

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.

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.

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.

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 3 D 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.

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

[email protected]

Post Views: 3 966