Come ottimizzare un modello per la stampa 3D: 3D Print Toolbox [Blender Add-on]

Anche se può sembrare non essere in alcun modo correlato a Second Life (SL), in questo articolo faremo una panoramica su come ottimizzare modelli mesh per la stampa 3D ed introdurremo l’add-on di Blender ‘3D Print Toolbox’ [rif. Blender 2.76], strumento che rende molto più facile l’identificazione e la correzione dei problemi.

Pensate alla realizzazione di un oggetto come può essere un gioiello o un soprammobile come una statuetta, un vaso, un portapenne, che avete creato per SL e che vi piacerebbe vedere prendere forma anche fisicamente. E perchè no, utilizzare SL anche come vetrina per le vostre creazioni da stampare in 3D su richiesta.

Nella creazione di contenuti per SL abbiamo imparato a realizzare oggetti quanto più low poly possibile (basso numero di poligoni/facce/vertici), cercando di trovare un buon compromesso tra la qualità dell’oggetto da renderizzare/visualizzare ed il Land Impact (LI), parametro che ci aiuta a capire quanto ‘pesa’ l’oggetto una volta rezzato in SL e quindi quanto può contribuire al lag lato viewer nostro e degli altri residenti SL, tenendo conto anche della variabilità nella qualità della connessione Internet, della quantità di ram e di schede video più o meno performanti.

Per questo motivo -ma non solo per questo, come vedremo in seguito- nella maggior parte dei casi è assolutamente necessario ottimizzare il nostro modello mesh, tenendo presente anche il tipo di stampante 3D ed il materiale che verrà utilizzato. La personale esperienza è basata sull’utilizzo di stampanti 3D con tecnologia FDM (Fused Deposition Modeling/Modellazione a Deposizione Fusa) e materiale termoplastico PLA (polilattato/bioplastica).

Come prima cosa suggerirei di aumentare il numero di vertici del nostro modello per evitare di avere poi una stampa 3D molto ‘spigolosa’, soprattutto con geometrie tondeggianti e complesse piuttosto che con quelle più squadrate. Per fare ciò ci possono essere utili le funzionalità Subdivide e Subdivide Smooth di Blender, che potete trovare nel menu Specials (shortcut W) in Edit Mode.
Per meglio avere un’idea di quanto sia liscio il nostro modello, abilitate la visualizzazione Flat in Object Mode > Tools (tab sulla sinistra della 3D View) > Shading, oppure in Edit Mode via menu Specials (shortcut W) > Shade Flat.

snowman blender+3D print

Modello low-poly creato per SL: abilitando la visualizzazione Flat, si può vedere dove andare ad aumentare il numero di vertici per ottimizzare la stampa 3D [in questo caso, il corpo del pupazzo di neve] – in basso a destra la stampa 3D del modello

Un altro fattore che influisce sulla levigatezza/liscezza della stampa 3D del nostro modello, ma che serve anche per rendere piatte le facce distorte e per ottimizzare l’eventuale utilizzo dei Boolean Operators per l’unione di mesh, è la triangolazione di tutte le facce della mesh: Mesh > Faces > Triangulate Faces (shortcut Ctrl T) > Quad Method: Beauty oppure Shortest Diagonal + Polygon Method: Beauty.
Se la triangolazione ottenuta non è ottimale, provate a triangolare via shortcut Ctrl Shift T > Quad Method: Fixed + Polygon Method: Clip (shortcut F6 per scegliere quale metodo usare per la triangolazione).

Consiglio di utilizzare in Object Mode l’add-on BoolTool per unire via Operator Union le eventuali parti mesh separate che compongono il nostro modello, eliminando così automaticamente le parti che si sovrappongono e le facce che si intersecano, che potrebbero interferire nel processo di stampa. Qui è stato descritto questo add-on di Blender più in dettaglio.

Applicate gli eventuali modificatori e controllate che tutte le normali del modello siano rivolte verso l’esterno: Mesh > Normals > Recalculate Outside (shortcut Ctrl N).

Per eliminare facce senza area (Zero Faces) e lati senza lunghezza (Zero Edges) unendo fra loro i relativi vertici, in Edit Mode selezionate il modello (shortcut A) e rimuovete i vertici doppi: Tools > Remove Doubles. A seguire parleremo più in dettaglio di questo punto.

Suggerirei a questo punto di impostare già le misure per la stampa 3D, in quanto le dimensioni possono incidere su alcuni dei controlli/risultati che otterremo via 3D Print Toolbox (come Zero Faces e Zero Edges). Nella tab Scene sulla destra della finestra 3D View, sotto Units > Metric inserite come valore di Scale: 0.001, poichè 1 unità Blender corrisponde a 1 millimetro.
In Object Mode > Transform > Dimensions (della bounding box) potrete così verificare le reali dimensioni di stampa ed eventualmente scalare l’oggetto per portarlo alle dimensioni desiderate.

Dopo questa preliminare ottimizzazione possiamo analizzare il nostro modello tramite l’add-on ‘Mesh: 3D Print Toolbox’ [attivabile via User Preferences], presente nella tab 3D Printing sulla sinistra della finestra 3D View, per capire cosa ci sia da sistemare.
In Edit Mode, deselezionate il modello in toto (shortcut A – 1 o 2 volte) e cliccate Check All in Checks, lasciando -almeno inizialmente- i parametri impostati di default. Come Output otterrete nove voci corrispondenti al numero di facce e/o lati da correggere. Per evidenziarli basta cliccare sui singoli risultati diversi da 0.

Portapenna: modello analizzato via 3D Print Toolbox, che ha rilevato le parti potenzialmente problematiche in fase di stampa 3D

Portapenna: modello analizzato via 3D Print Toolbox rilevando le parti potenzialmente problematiche in fase di stampa 3D.

 

Ora vediamoli in dettaglio:

  • Non Manifold Edges: sono i lati/vertici che rendono il modello ‘aperto’, ossia non a “tenuta stagna” (watertight). Questi lati sono da correggere tutti poichè anche solo uno farà andare non a buon fine la stampa 3D, in quanto necessita assolutamente di un modello ‘chiuso’, senza buchi. Le soluzioni sono varie, quelle più frequenti sono il creare facce (shortcut F), cancellare vertici/lati isolati e/o unire più vertici (Tools > Remove > Merge o shortcut Alt M) ed estrudere (shortcut E) facce prive di spessore così da ottenere geometrie chiuse. Evidenziate i vari problemi, che possono coinvolgere uno o più lati, e applicate la soluzione necessaria al caso.
  • Bad Contig(uous) Edges: quando le normali di 2 poligoni/facce che condividono un lato vanno in direzioni opposte. Selezionate le relative facce e ricalcolate le normali verso l’esterno: Mesh > Normals > Recalculate Outside (shortcut Ctrl N). Anche questa, come per i Non Manifold Edges, è una correzione obbligatoria per far andare a buon fine la stampa.
  • Intersect Faces: quando ci sono facce che si intersecano si potrebbero avere problemi nella stampa 3D. In caso il nostro modello contenga parti mesh separate che si intersecano, utilizzate in Object Mode il modificatore Boolean > Union oppure l’add-on BoolTool > Operator Union (da installare ed attivare -> vedi qui) per unire le parti ed eliminare le facce che si intersecano.
    In altri casi le Intersect Faces potrebbero essere solo dovute ad una cattiva distribuzione dei vertici. In tal caso sono varie le possibili soluzioni: spesso la funzionalità Smooth Vertex, nella scheda Tools sulla sinistra della 3D View, aiuta a risolvere il problema.
  • Zero Faces: quando ci sono facce con area pari a 0 si potrebbero avere problemi nella stampa 3D. Spesso si generano in fase di triangolazione delle facce del nostro modello, e dipendono molto dalla densità dei vertici e dalla dimensione complessiva della mesh.
    penholder

    Portapenna: stampa 3D

    Possibili soluzioni (valide anche per Zero Edges):
    Tools > Remove Doubles
    Mesh > Clean up > Limited Dissolve
    Mesh > Clean up > Fill Holes + Mesh > Clean up > Degenerate Dissolve
    Mesh > Clean up > Fill Holes + Mesh > Clean up > Delete Loose

  • Zero Edges: quando ci sono lati con lunghezza pari a 0 si potrebbero avere problemi nella stampa 3D. Possibili soluzioni: vedi ‘Zero Faces’ sopra.
  • Non-Flat Faces: quando ci sono facce non piatte si potrebbero avere problemi nella stampa 3D.
    Possibili soluzioni:
    Mesh > Clean up > Make Planar Faces
    Mesh > Clean up > Split Non-Planar Faces
    Mesh > Clean up > Split Concave faces
  • Thin Faces: quando ci sono facce che delimitano una parte troppo sottile del nostro modello. Consiglio di correggere manualmente dando maggior spessore all’area. Spesso queste parti se non ottimizzate danno problemi in fase di stampa.
  • Sharp Edges: quando ci sono lati con un angolo inferiore a 160°, l’area risultante potrebbe essere troppo sottile per essere gestita correttamente dalla stampante 3D. Meglio correggerli manualmente e/o via Tools > Smooth Vertex.
  • Overhang Faces: sono tutte le facce che superano i 45° di inclinazione rispetto alle facce adiacenti. Alcune facce potrebbero essere ben gestite, altre invece potrebbero necessitare della stampa di un supporto aggiuntivo che verrà rimosso a fine stampa. Per quanto possibile, cercate di minimizzare il numero di Overhang Faces.

La sezione Cleanup dell’add-on ‘3D Print Toolbox’ permette di identificare e risolvere automaticamente i seguenti problemi:

Isolated -> elimina tutti i vertici ed i lati isolati.
Distorted -> corregge tutte le facce non piatte, triangolandole.
Non-Manifold -> chiude i buchi presenti nel modello, elimina i vertici non-manifold e sistema le normali invertite.

Meglio valutare di volta in volta se convenga utilizzare questo tipo di correzioni in blocco oppure sia meglio andare ad agire sui singoli problemi manualmente.

Una volta completata l’ottimizzazione, esportiamo il nostro modello mesh in formato Stl (.stl) e…buona stampa 3D!

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