封面3D建模

自己的模型自己生-3D建模篇

  0083 Rebellion最後卡多開的傑爾古格好帥喔!可是萬代沒有出模型…
  台灣空軍的勇鷹教練機就要下線服役了!可是沒有廠商出模型…
  那就只能寄望每半年一次的WF看有沒有社團出GK…
  哇結果也沒有任何一個社團對這題材有興趣…

  身為模型玩家,總是有那麼幾架愛得要死的機體因為各種原因買不到它的模型;那怎麼辦咧,只好自己做啦。結果你找到的教學資料都是膠板堆疊、黏土雕塑等傳統手工技法,試著做卻總是敗在左右不對稱、刻線手抖、銳角被磨平等手殘失誤上;是不是很佩服那些傳統手工派大佬,他們不知道鑽研了幾年才練就出有如加工機具般精準的獨門秘技

  然而21世紀中葉的現在,拜科技發達之賜,電腦輔助設計+3D列印已經讓自製模型的門檻降低不少;有了電腦就可以開外掛,瞬間獲得人家的七成功~~~

  3D列印我知道,按下去就會嗡嗡嗡長出模型的神奇機器嘛~我手邊有一組199X年的絕版GK想多備幾組,哪裡可以代印呢~~~

  孩紙,有這個想法實在是too young too naive囉。一般印表機有用過吧,你不準備好word或是pdf檔案要怎麼印呢?3D列印也一樣,它不是影印機原稿放上去就可以滋滋滋愛印幾份就出幾份;即使有3D掃描技術也不是單純到可以直接複印的地步。要用3D列印做模型,首先要有3D圖檔!

  3D圖檔???那是什麼?3D也有圖?嗯,其實3D圖檔是習慣性稱呼,正式應該叫它做3D物件檔才對。它包含了空間座標、體積資訊、貼圖紋理…等等構成立體物件的打包檔案,比2D圖複雜得多。至於3D圖檔你一定看過,任何電影和動畫的隨便一個場景或人物,都有非常大的可能是3D渲染出來的成果

  3D圖檔的取得方式有:3D掃描、自己繪製、直接購買。3D掃描和賣圖都有專門的廠商在做,這裡我們不討論,以下來教大家自己畫3D圖檔

  繪製3D圖檔也被稱做建模,可以使用的軟體我們首推blenderFreeCAD。這兩套都是自由及開原軟體,不用花你一毛錢買,而且功能相當強大,對於業餘模型玩家而言,已經功能過剩,不用擔心做不出想要的東西。或許你有聽過Maya、RhinoCeros、Solidworks、proE、Zbrush、3DsMAX等商業軟體,確實它們的功能遠比blender和FreeCAD強大,但除非你因為工作或學校教過已經習慣它們的介面和操作模式而無法適應其他軟體,而且有本事弄到授權,不然blender或FreeCAD是絕對夠用的

  這篇教學的重點在於示範用軟體來設計模型的流程,讓大家有個概念,而不是教大家怎麼操作軟體。blender及FreeCAD的教學網路上都有,幾個推薦的YT頻道和線上課程我們放在文章最下面;如果你是完全零基礎,那就得先看完那些課程學會軟體操作,再回來看這篇文章才能理解接下來的內容。也由於blender主要用途為製作動畫,各教學比較不會提3D列印的建模技巧,因此這裡也會特別強調3D列印該注意的事項

Blender操作示範

  那就開始吧,我們以少女戰車主角一行人的「鮟鱇隊」隊徽立體化來示範。這邊用blender建模,它是多邊形編輯模式為主,比較適合繪製像飛機這種不規則曲面的物體

鮟鱇隊3D建模教學00
把blender安裝進電腦裡打開它,首先進入scene property的單位設定畫面,要依照圖片中的數值設定,否則匯出的3D圖檔尺寸是錯的,到時候用切層軟體調整尺寸時有可能會出現意料之外的問題
鮟鱇隊3D建模教學01
建立一個UV球體,配合身體的造型把它旋轉90度,並且縮放到預計製作的尺寸(身長10公分)。雖然3D檔的好處是可以直接縮放要列印的尺寸,然而很細節的部位在縮放後可能就跑掉了 (例如:表面刻線預設寬0.3mm,結果縮小後太細印不出來、放大又太粗變成水溝),所以還是建議你預計做多大的東西就直接畫這個尺寸
鮟鱇隊3D建模教學02
把上視圖和右側視圖放進來做為參考底圖,並以剛才建立的球體為依據調整位置和大小
鮟鱇隊3D建模教學03
參考視圖把球體的造型調整成和身體一樣的橢圓形
鮟鱇隊3D建模教學04
在嘴巴處建立一個立方體並調整成適當的尺寸
鮟鱇隊3D建模教學05
加上細分修改器並進入編輯模式,把立方體調整出嘴唇的造型
鮟鱇隊3D建模教學06
現在要用布林運算把嘴巴縫做出來,先用貝茲曲線做出一個管狀物件
鮟鱇隊3D建模教學07
嘴唇物件加入布林修改器,跟剛才的貝茲物件使用差集挖出嘴巴縫
鮟鱇隊3D建模教學08
建立球體然後加入鏡像修改器,做出左右完全對稱的眼睛
鮟鱇隊3D建模教學09
建立一個球體、進入編輯模式做出燈籠造型
鮟鱇隊3D建模教學10
燈籠也加入細分修改器讓表面平滑
鮟鱇隊3D建模教學11
建立立方體,進入編輯模式後使用倒角功能做出尾鰭的造型

  到此整個鮟鱇隊徽外型就製作完成了,但目前還不能直接丟給3D列印使用,硬要印的話有非常高的機率會出問題
  既然我們畫3D圖檔的目的就是為了3D列印,那麼在建模階段就要把列印的特性和限制考量進去。很多細節是之後切片軟體沒辦法最佳化的,要在建模過程就處理好喔

鮟鱇隊3D建模教學12
目前各物件都有重疊到,像是嘴和背鰭插在身體裡。如果是印全實心的光固化這樣無所謂;但如果是FDM,切層軟體會在重疊的地方跑兩次路徑,不只會增加不必要的材料浪費,也會拉長列印時間,更嚴重點噴頭會一直撞交叉路徑造成列印件變形甚至整個列印件中途被撞倒,最後獲得一盤傳說中的炒米粉
鮟鱇隊3D建模教學13
所以這裡就要加入布林修改器把所有物件聯集成單一物件
至於燈籠因為造型限制,如果連著身體一起印會很容易失敗。因此就讓燈籠另外做成獨立零件,分別印出來後再組合
鮟鱇隊3D建模教學14
用差集修改器把燈籠安裝孔做出來。由於3D列印成品的孔通常都會被縮小,如果維持原尺寸最後會裝不進去,所以這裡要把孔放大
鮟鱇隊3D建模教學15
FDM要貼底印成功率才高,因此把身體分成兩半,到時候讓切面貼著底板列印。同時為了不要讓前後身體組裝時歪掉,內面設計成定位卡榫
鮟鱇隊3D建模教學16
如果是光固化列印,內部則是儘量挖空以節省材料。雖然切層軟體有鏤空功能,但常常會讓內部樹脂洗不乾淨,久了列印件會裂開。為了避免發生這個狀況,還是建議建模時就做好鏤空和分件。不過如果印的東西不大,整個印實心是最保險的
鮟鱇隊3D建模教學17
各零件分別匯出STL檔

FreeCAD操作示範

  FreeCAD是工程建模軟體,在需要定義精確尺寸的場合下就得靠它了。以製作模型來說,設計關節、可動機構、多物體組合件會比較方便。但它的操作方式比較不直觀,沒有工程製圖經驗會用得不順手,在模型領域就不像blender那樣受歡迎。只是既然都提到FreeCAD,那也來示範要如何操作;以下就來建立給鋼普拉使用的改造關節

freecad關節教學01
先建立一個物件,然後在正視角建立草圖畫出半徑4mm的圓。當草圖中的所有幾何形狀都被限制住,就會呈現黃綠色
freecad關節教學02
把剛才畫的圓擠出4mm,成為一個底面直徑8mm、高4mm的圓柱體
freecad關節教學03
圓柱體背面再建立草圖,從正中間再擠出一個直徑4mm、高4mm的圓柱體
freecad關節教學04
在側面建立草圖並畫出半徑1.5mm的圓
freecad關節教學05
向側面擠出10mm
freecad關節教學06
各圓柱體的銜接處要做出圓角以分散應力,否則關節太常把玩或時間久了容易從那裡裂開
freecad關節教學07
另外建立一個物件,並在相同的基準面建立草圖畫出後部零件的輪廓
freecad關節教學08
用擠出工具做出厚度8mm的零件,並在正面再建立草圖畫出要向後削除的形狀
freecad關節教學09
使用切除工具向後切除4mm深
freecad關節教學10
在剛才的切平面建立草圖,畫出半徑2.1mm的圓
這裡要挖出內徑4mm的孔給前半零件的圓柱體穿進去的,但因為3D列印的孔洞會縮水,所以建模時要故意把孔畫大,列印時就讓它縮,這樣才不會干涉太多裝不進去
freecad關節教學11
用切除工具挖穿孔洞,並且同樣製作出圓角
freecad關節教學12
關節零件的建模基本就完成了
freecad關節教學13
當然零件造型可以再弄得更浮誇一點,就看你的設計美感和建模功力到哪裡了

  兩套軟體的操作邏輯完全不一樣,各有各的長處。其實也沒必要兩套都精通,完全不會的人先專攻blender就好,畢竟應用領域更廣,也比較自由。如果你是工科背景,可以順便玩FreeCAD

  這兩個示範3D檔可以從以下連結下載,大家可以打開來體會各自的差異。記得相關的軟體要先安裝好不然看不到喔!
  >>點這裡下載<<

blender教學資源:
PAPAYA電腦教室-blender基礎教學 (中文YT頻道)
Blender Guru (英文YT頻道)
瑰藝局 (中文YT頻道)
Little Deep Blue小深藍 (付費線上課程)
3D設計for 3D列印超入門 Blender快速建模全書 (實體/電子書籍)
blender台灣使用者小聚 (Facebook社團)

FreeCAD教學資源:
Linux好好玩實驗室EnjoyLinux (中文YT頻道)
葉老伙阿 (中文YT頻道)
Joko Engineeringhelp (英文YT頻道)
FreeCAD中文使用者社團 (Facebook社團)

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