چرا قبل از پرینت سه بعدی، داشتن فایل سه بعدی اهمیت دارد؟
چرا قبل از پرینت سه‌بعدی داشتن فایل سه‌بعدی اهمیت دارد؟
اگر قصد پرینت سه‌بعدی یک قطعه را دارید، قبل از انتخاب پرینتر، جنس متریال یا حتی محاسبه هزینه چاپ، یک سؤال مهم وجود دارد:
فایل سه‌بعدی قطعه را دارید؟
پرینتر سه‌بعدی از روی عکس، توضیح شفاهی یا مشاهده یک قطعه نمی‌تواند مستقیماً آن را بسازد. برای ساخت دیجیتال، ابتدا باید هندسه قطعه به یک مدل سه‌بعدی قابل استفاده برای ساخت تبدیل شود.
این مدل می‌تواند از قبل آماده باشد، از یک منبع معتبر تهیه شود، توسط طراح ایجاد شود یا با استفاده از اسکن سه‌بعدی و مهندسی معکوس از روی یک قطعه موجود بازسازی شود.
به همین دلیل، داشتن فایل سه‌بعدی یکی از مهم‌ترین مراحل قبل از پرینت سه‌بعدی، ماشین‌کاری CNC، قالب‌سازی و سایر فرایندهای ساخت دیجیتال است.
برای پرینت سه‌بعدی چه فایلی لازم داریم؟
فایل سه‌بعدی می‌تواند در فرمت‌های مختلفی وجود داشته باشد.
برای پرینت سه‌بعدی، فرمت‌هایی مانند STL، OBJ و 3MF بسیار رایج هستند. در بسیاری از workflowهای حرفه‌ای، فرمت‌های CAD مانند STEP، STP، SLDPRT، CATPart و سایر فرمت‌های مهندسی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. پشتیبانی دقیق از فرمت‌ها به نرم‌افزار و فناوری ساخت بستگی دارد. برای نمونه، Formlabs در workflow فعلی خود مجموعه‌ای از فرمت‌های STL، OBJ، 3MF، STEP، SolidWorks و CATIA را پشتیبانی می‌کند.
اما همه این فایل‌ها یکسان نیستند.
فایل‌های Mesh؛ مانند STL و OBJ
STL و OBJ معمولاً هندسه را به صورت مش چندضلعی نمایش می‌دهند. در STL، سطح مدل با مجموعه‌ای از مثلث‌ها تقریب زده می‌شود.
این نوع فایل برای بسیاری از فرایندهای پرینت سه‌بعدی مناسب است، اما اطلاعات پارامتریک طراحی را مانند یک مدل CAD قابل ویرایش نگه نمی‌دارد.
به زبان ساده:
STL بیشتر برای نمایش هندسه آماده ساخت مناسب است، نه برای ویرایش مهندسی عمیق مدل.
فایل CAD یا مدل Solid چه تفاوتی دارد؟
در یک مدل CAD مهندسی، هندسه می‌تواند به صورت دقیق‌تر و ساختاریافته‌تر تعریف شود.
فرمت‌هایی مانند STEP برای انتقال داده‌های CAD میان نرم‌افزارهای مختلف استفاده می‌شوند و مدل‌های قابل ویرایش‌تری را نسبت به یک فایل Mesh در اختیار workflow مهندسی قرار می‌دهند.
در محیط‌های CAD می‌توان ویژگی‌هایی مانند:
- سوراخ‌ها
- سطوح
- ضخامت‌ها
- شعاع‌ها
- اندازه‌ها
- اجزای هندسی
- روابط طراحی
را بررسی یا اصلاح کرد.
این تفاوت زمانی اهمیت بیشتری پیدا می‌کند که قرار باشد مدل فقط چاپ نشود، بلکه برای طراحی مجدد، قالب‌سازی، CNC، تحلیل مهندسی یا تولید قطعه نیز مورد استفاده قرار گیرد.
بنابراین یک فایل CAD مناسب می‌تواند ارزش بسیار بیشتری از یک فایل STL ساده برای ادامه فرایند مهندسی داشته باشد.
فایل سه‌بعدی را از کجا تهیه کنیم؟
در بسیاری از پروژه‌های معمولی، نیازی نیست فایل از صفر طراحی شود.
ممکن است مدل موردنظر قبلاً توسط یک طراح یا مهندس ایجاد شده و در یکی از مخازن یا بازارهای آنلاین مدل‌های سه‌بعدی منتشر شده باشد.
برای مثال، در پلتفرم‌هایی مانند:
- Thingiverse
- Printables
- Cults3D
- GrabCAD
- CGTrader
می‌توان مدل‌های سه‌بعدی مختلف را پیدا کرد.
برخی مدل‌ها رایگان هستند و برخی به صورت پولی عرضه می‌شوند. همچنین فرمت فایل‌ها بسته به پلتفرم و طراح متفاوت است.
برای نمونه، Cults3D مجموعه‌ای از فایل‌های STL، OBJ، 3MF، CAD و STEP را ارائه می‌کند و مدل‌های رایگان و پولی در آن وجود دارد.
اما یک نکته مهم وجود دارد:
هر فایل سه‌بعدی موجود در اینترنت الزاماً برای قطعه موردنظر شما مناسب نیست.
ممکن است ابعاد، تلرانس، ضخامت، مقیاس یا حتی هندسه مدل با قطعه واقعی شما تفاوت داشته باشد.
بنابراین، قبل از پرینت باید فایل بررسی شود.
اگر فقط عکس قطعه را داشته باشیم چه می‌شود؟
این یکی از رایج‌ترین مشکلات در سفارش‌های پرینت سه‌بعدی است.
مشتری ممکن است یک یا چند عکس از قطعه داشته باشد و انتظار داشته باشد همان قطعه چاپ شود.
اما عکس، اطلاعات کامل سه‌بعدی قطعه را در اختیار ما قرار نمی‌دهد.
از روی یک تصویر معمولاً نمی‌توان به‌صورت مطمئن مواردی مانند:
- عمق قطعه
- ضخامت دیواره‌ها
- شعاع انحناها
- موقعیت دقیق سوراخ‌ها
- ابعاد واقعی
- زوایای پنهان
- سطوح پشت قطعه
- تلرانس‌های موردنیاز
را تعیین کرد.
بنابراین عکس بیشتر به عنوان مرجع تصویری کاربرد دارد.
اگر فقط عکس موجود باشد، باید ابتدا اطلاعات لازم برای طراحی مدل جمع‌آوری شود.
مسیر اول؛ طراحی سه‌بعدی از روی ابعاد و مشخصات
اگر قطعه موجود نیست اما نقشه، ابعاد، اندازه‌گیری‌ها یا مشخصات کافی در اختیار باشد، می‌توان مدل سه‌بعدی را از ابتدا طراحی کرد.
مسیر کلی چنین است:
ابعاد و مشخصات → طراحی CAD → بررسی مدل → آماده‌سازی → پرینت سه‌بعدی
این روش برای قطعات ساده و مهندسی‌شده‌ای که اطلاعات هندسی آن‌ها مشخص است، می‌تواند بسیار مناسب باشد.
اما هرچه فرم پیچیده‌تر شود، طراحی دستی دشوارتر خواهد شد.
مسیر دوم؛ اندازه‌گیری و بازسازی قطعات ساده
اگر قطعه فیزیکی در اختیار باشد، می‌توان برخی قطعات ساده را با استفاده از ابزارهای اندازه‌گیری مهندسی بررسی کرد.
کولیس، میکرومتر، گیج‌ها و سایر ابزارهای اندازه‌گیری برای تعیین ابعاد مشخص بسیار مفید هستند.
برای مثال، یک قطعه ساده با چند سطح تخت، سوراخ و ابعاد مشخص ممکن است با اندازه‌گیری دقیق قابل بازسازی باشد.
اما این روش برای هر قطعه‌ای مناسب نیست.
وقتی قطعه دارای سطوح آزاد، انحناهای پیچیده، تغییرات هندسی زیاد یا جزئیات متعدد باشد، تعداد محدودی اندازه‌گیری دستی نمی‌تواند تمام هندسه را به‌درستی ثبت کند.
در این مرحله، اسکن سه‌بعدی اهمیت پیدا می‌کند.
مسیر سوم؛ اسکن سه‌بعدی قطعه
اسکن سه‌بعدی یکی از روش‌های مهم برای ثبت هندسه یک قطعه فیزیکی است.
اسکنرهای سه‌بعدی با استفاده از فناوری‌های مختلف، اطلاعات هندسی سطح قطعه را در تعداد بسیار زیادی نقطه ثبت می‌کنند.
خروجی اولیه می‌تواند به صورت Point Cloud یا داده مش باشد.
3D Systems توضیح می‌دهد که اسکنرهای سه‌بعدی می‌توانند صدها هزار تا میلیون‌ها اندازه‌گیری از هندسه یک جسم جمع‌آوری کنند و داده حاصل ممکن است به صورت point cloud یا polygon mesh مورد استفاده قرار گیرد.
اما اینجا یک تصور اشتباه رایج وجود دارد:
اسکن کردن پایان کار نیست.
اسکن فقط یکی از مراحل ایجاد مدل دیجیتال است.
چرا اسکن سه‌بعدی حرفه‌ای با عکس یا اندازه‌گیری ساده متفاوت است؟
هدف اسکن مهندسی فقط تهیه یک تصویر سه‌بعدی زیبا نیست.
در پروژه‌های مهندسی معکوس، داده اسکن باید بتواند اطلاعات هندسی موردنیاز برای بازسازی مدل را فراهم کند.
کیفیت نتیجه به عوامل مختلفی وابسته است؛ از جمله:
- نوع اسکنر
- دقت دستگاه
- رزولوشن
- اندازه قطعه
- جنس و ویژگی سطح
- نحوه کالیبراسیون
- روش برداشت داده
- تعداد و کیفیت اسکن‌ها
- هم‌ترازی داده‌ها
- پردازش نرم‌افزاری
بنابراین، نمی‌توان گفت هر وسیله‌ای که قابلیت ثبت عمق دارد، برای هر پروژه مهندسی مناسب است.
دوربین یا حسگر سه‌بعدی یک تلفن همراه ممکن است برای برخی کاربردهای ساده، اندازه‌گیری تقریبی یا تولید مدل‌های عمومی مفید باشد؛ اما برای مهندسی معکوس دقیق یک قطعه صنعتی باید ابزار، دقت و workflow متناسب با نیاز پروژه انتخاب شود.
بعد از اسکن سه‌بعدی چه اتفاقی می‌افتد؟
داده خام اسکن معمولاً مستقیماً یک فایل CAD نهایی نیست.
ابتدا داده‌ها باید پردازش شوند.
فرایند می‌تواند شامل مراحل زیر باشد:
Point Cloud → پاک‌سازی → هم‌ترازی → ایجاد Mesh → اصلاح داده → استخراج هندسه → بازسازی CAD
در این مرحله داده‌های اضافی حذف می‌شوند، بخش‌های ناقص بررسی می‌شوند و هندسه موردنیاز برای ادامه کار استخراج می‌شود.
3D Systems نیز تأکید می‌کند که به دلیل حجم بالای داده حاصل از اسکن، برای تبدیل داده اسکن به اطلاعات قابل استفاده در نرم‌افزارهای مهندسی، پردازش تخصصی و نرم‌افزارهای reverse engineering مورد نیاز است.
مهندسی معکوس؛ تبدیل قطعه واقعی به مدل CAD
مهندسی معکوس فقط اسکن کردن قطعه نیست.
هدف مهندسی معکوس این است که اطلاعات هندسی یک قطعه موجود به یک مدل مهندسی قابل استفاده تبدیل شود.
در یک workflow حرفه‌ای، مهندس ممکن است:
- داده اسکن را بررسی کند.
- داده‌های غیرضروری را حذف کند.
- بخش‌های مختلف هندسه را تفکیک کند.
- سطوح و ویژگی‌های هندسی را استخراج کند.
- هندسه را در محیط CAD بازسازی کند.
- ابعاد و روابط هندسی را کنترل کند.
- مدل را با قطعه واقعی تطبیق دهد.
- اصلاحات موردنیاز را اعمال کند.
- مدل نهایی قابل استفاده برای ساخت را ایجاد کند.
در نتیجه، خروجی می‌تواند یک مدل CAD دقیق و قابل ویرایش باشد.
این همان تفاوت اساسی میان اسکن سه‌بعدی و مهندسی معکوس است.
اسکن، اطلاعات هندسی را ثبت می‌کند؛ مهندسی معکوس این اطلاعات را به یک مدل مهندسی قابل استفاده تبدیل می‌کند.
3D Systems نیز در توضیح workflow خود، reverse engineering را فرایند تبدیل داده‌های اسکن به مدل‌های CAD دقیق و قابل استفاده در تولید معرفی می‌کند.
چرا مهندسی معکوس یک کار ساده و ارزان نیست؟
گاهی تصور می‌شود که کافی است قطعه را جلوی اسکنر قرار دهیم و چند دقیقه بعد فایل نهایی آماده است.
در پروژه‌های حرفه‌ای، چنین تصوری درست نیست.
هزینه یک پروژه مهندسی معکوس فقط هزینه «روشن کردن اسکنر» نیست.
ممکن است پروژه شامل موارد زیر باشد:
اسکن دقیق + پردازش حجم زیادی از داده + اصلاح Mesh + استخراج هندسه + بازسازی CAD + کنترل ابعادی + اصلاحات مهندسی + آماده‌سازی فایل نهایی
علاوه بر تجهیزات، این فرایند به نیروی متخصص، نرم‌افزار تخصصی و زمان پردازش و مدل‌سازی نیاز دارد.
حتی 3D Systems در مستندات صنعتی خود اشاره می‌کند که بخش Scan-to-CAD می‌تواند یکی از زمان‌برترین قسمت‌های workflow مهندسی معکوس باشد.
بنابراین، وقتی پروژه‌ای به اسکن سه‌بعدی و مهندسی معکوس نیاز دارد، هزینه آن با یک سفارش ساده پرینت سه‌بعدی قابل مقایسه نیست.
خروجی مهندسی معکوس چه کاربردی دارد؟
مزیت اصلی ایجاد مدل CAD این است که مدل فقط برای یک پرینت استفاده نمی‌شود.
یک مدل مهندسی مناسب می‌تواند برای موارد مختلفی مورد استفاده قرار گیرد:
پرینت سه‌بعدی
پرینت سه‌بعدی فلزی
ماشین‌کاری CNC
قالب‌سازی
ساخت نمونه اولیه
طراحی مجدد قطعه
تولید مجدد قطعات فاقد نقشه
کنترل ابعادی و بازرسی
مستندسازی دیجیتال قطعه
بنابراین ممکن است یک بار مهندسی معکوس انجام شود، اما فایل حاصل در مراحل مختلف تولید و توسعه محصول مورد استفاده قرار گیرد.
از قطعه خودرو تا قطعات هوافضا و پزشکی
اسکن سه‌بعدی و مهندسی معکوس فقط برای قطعات ساده و نمونه‌های تزئینی کاربرد ندارند.
این فناوری‌ها در workflowهای حرفه‌ای برای حوزه‌هایی مانند:
- صنعت خودرو
- هوافضا
- تجهیزات صنعتی
- ماشین‌آلات
- رباتیک
- قطعات مکانیکی
- پزشکی و دندان‌پزشکی
- نمونه‌سازی سریع
- قالب و ابزار
- کنترل کیفیت
نیز استفاده می‌شوند.
3D Systems کاربردهای اسکن، reverse engineering و ساخت افزایشی را در حوزه‌هایی مانند هوافضا، خودرو، پزشکی و دندان‌پزشکی معرفی کرده است.
در صنعت خودرو نیز نمونه‌هایی از استفاده همزمان 3D scanning، reverse engineering و additive manufacturing برای توسعه قطعات آیرودینامیکی وجود دارد.
آیا حتماً باید قطعه را با پرینتر سه‌بعدی بسازیم؟
خیر.
مدل سه‌بعدی ایجادشده می‌تواند ورودی چندین فرایند تولید باشد.
برای مثال:
قطعه فیزیکی → اسکن سه‌بعدی → مهندسی معکوس → مدل CAD
سپس این مدل می‌تواند به مسیرهای مختلف برود:
CAD → پرینت سه‌بعدی
یا:
CAD → CNC
یا:
CAD → قالب‌سازی
یا:
CAD → طراحی و اصلاح مجدد
یا در صورت نیاز:
CAD → پرینت سه‌بعدی فلزی
بنابراین ارزش فایل سه‌بعدی فقط به پرینتر سه‌بعدی محدود نمی‌شود.
فایل CAD در واقع می‌تواند بخشی از زنجیره طراحی تا ساخت دیجیتال باشد.
یک پروژه واقعی پرینت سه‌بعدی از کجا شروع می‌شود؟
اگر بخواهیم کل فرایند را ساده کنیم، می‌توان آن را در چند مسیر اصلی خلاصه کرد.
حالت اول: فایل آماده است
فایل سه‌بعدی → بررسی → اصلاح در صورت نیاز → آماده‌سازی → ساخت
حالت دوم: فایل در اینترنت موجود است
جست‌وجو → دانلود یا خرید → بررسی فایل → اصلاح احتمالی → آماده‌سازی → ساخت
حالت سوم: فقط ابعاد و مشخصات داریم
ابعاد و مشخصات → طراحی CAD → کنترل مدل → آماده‌سازی → ساخت
حالت چهارم: قطعه ساده داریم
قطعه → اندازه‌گیری دقیق → طراحی CAD → کنترل → ساخت
حالت پنجم: قطعه پیچیده داریم
قطعه → اسکن سه‌بعدی → Point Cloud/Mesh → پردازش → مهندسی معکوس → CAD → کنترل → ساخت
این مسیرها نشان می‌دهند که پرینت سه‌بعدی همیشه اولین مرحله پروژه نیست؛ در بسیاری از پروژه‌ها یکی از آخرین مراحل است.
چرا داشتن فایل سه‌بعدی قبل از سفارش پرینت اهمیت دارد؟
وقتی فایل سه‌بعدی آماده باشد، می‌توان پیش از ساخت موارد مهمی را بررسی کرد:
- ابعاد قطعه
- حجم و اندازه
- ضخامت‌ها
- جزئیات هندسی
- قابلیت ساخت
- جهت ساخت
- نیاز به ساپورت
- روش تولید
- متریال مناسب
- زمان تقریبی ساخت
- میزان مصرف مواد
به همین دلیل، داشتن فایل سه‌بعدی امکان بررسی مهندسی پروژه را پیش از شروع ساخت فراهم می‌کند.
اما اگر فایل وجود نداشته باشد، ابتدا باید مشخص شود چگونه می‌توان آن فایل را ایجاد کرد.
اگر فقط عکس دارید، قبل از سفارش پرینت چه کار کنیم؟
اگر فقط عکس قطعه را دارید، بهتر است عکس را به عنوان اطلاعات اولیه پروژه در نظر بگیرید، نه فایل قابل چاپ.
برای شروع می‌توان عکس‌ها، ابعاد موجود، نمونه فیزیکی، محل نصب قطعه و هر اطلاعات دیگری که در اختیار دارید را ارائه کرد.
سپس باید مشخص شود که پروژه به کدام مسیر نیاز دارد:
طراحی سه‌بعدی
یا
اندازه‌گیری و بازسازی
یا
اسکن سه‌بعدی
یا
اسکن سه‌بعدی + مهندسی معکوس
پس از ایجاد مدل مناسب، تازه می‌توان وارد مرحله آماده‌سازی و ساخت شد.
خدمات اسکن سه‌بعدی و مهندسی معکوس در مشهد
مهراز هنر آمود با برند i3DP خدمات مرتبط با پرینت سه‌بعدی، اسکن سه‌بعدی، مدل‌سازی و مهندسی معکوس قطعات را ارائه می‌کند.
در پروژه‌هایی که نیاز به دقت بالاتر دارند، استفاده از تجهیزات تخصصی اسکن و پردازش داده می‌تواند امکان ثبت جزئیات هندسی قطعه و تبدیل آن به داده قابل استفاده برای بازسازی CAD را فراهم کند.
بر اساس مشخصات اعلام‌شده برای تجهیزات مجموعه، امکان انجام اسکن سه‌بعدی با دقت اعلامی تا حدود ۵۰ میکرون برای پروژه‌های مناسب وجود دارد؛ دقت نهایی پروژه باید با توجه به نوع قطعه، ابعاد، سطح، فناوری اسکن و شرایط اندازه‌گیری ارزیابی شود.
خدمات قابل ارائه شامل:
- اسکن سه‌بعدی قطعات
- اسکن سه‌بعدی قطعات صنعتی
- اسکن سه‌بعدی قطعات خودرو
- مهندسی معکوس قطعات
- مدل‌سازی سه‌بعدی
- بازسازی مدل CAD
- تبدیل داده اسکن به مدل مهندسی
- آماده‌سازی فایل برای پرینت سه‌بعدی
- پرینت سه‌بعدی قطعات
- نمونه‌سازی سریع
- آماده‌سازی مدل برای CNC
- آماده‌سازی مدل برای قالب‌سازی
برای شروع پروژه چه چیزی لازم است؟
اگر فایل سه‌بعدی دارید، همان فایل را ارسال کنید.
اگر فایل ندارید، هر اطلاعاتی که دارید می‌تواند برای بررسی اولیه مفید باشد:
فایل CAD
فایل STL یا OBJ
عکس قطعه
نمونه فیزیکی
نقشه یا ابعاد
محل نصب قطعه
کاربرد قطعه
دقت موردنیاز
تعداد قطعات موردنیاز
بر اساس این اطلاعات می‌توان مشخص کرد که پروژه مستقیماً وارد مرحله ساخت می‌شود یا ابتدا به طراحی، اسکن سه‌بعدی یا مهندسی معکوس نیاز دارد.
جمع‌بندی
اگر بخواهیم پاسخ سؤال اصلی این مقاله را در یک جمله خلاصه کنیم:
قبل از پرینت سه‌بعدی، باید هندسه قطعه به یک فایل سه‌بعدی قابل استفاده برای ساخت تبدیل شده باشد.
این فایل ممکن است از قبل وجود داشته باشد، از یک منبع معتبر تهیه شود یا توسط مهندس طراحی شود.
اگر قطعه فیزیکی وجود داشته باشد، ممکن است با اندازه‌گیری یا اسکن سه‌بعدی اطلاعات هندسی آن برداشت شود.
در قطعات پیچیده، داده اسکن باید پردازش و به کمک مهندسی معکوس به یک مدل CAD قابل استفاده تبدیل شود.
پس:
عکس → فایل سه‌بعدی نیست.
اسکن → لزوماً مدل CAD نهایی نیست.
STL → لزوماً فایل CAD قابل ویرایش نیست.
مهندسی معکوس → فقط اندازه‌گیری با کولیس نیست.
و در نهایت:
فایل سه‌بعدی مناسب → آماده‌سازی → پرینت سه‌بعدی یا سایر روش‌های ساخت دیجیتال
به همین دلیل، اگر فایل سه‌بعدی آماده ندارید، قبل از پرسیدن قیمت پرینت سه‌بعدی باید ابتدا مشخص شود که فایل چگونه قرار است ایجاد شود.
مهراز هنر آمود – i3DP
خدمات اسکن سه‌بعدی، مهندسی معکوس، مدل‌سازی و پرینت سه‌بعدی در مشهد
تماس: 09158957413
تماس و مشاوره: 09158957413
شماره تماس: 09158957413
وب‌سایت: www.i3dp.ir