Pro3 系列 – 基礎概念

3D列印檔案如何製作?

為了使用3D列印機，首先我們會需要3D檔案。本篇我們來介紹要如何才能取得或製作3D列印使用的3D檔案，從建模的幾種方式到網路上較熱門的下載3D圖檔分享網站，供剛踏入3D列印領域的初學者初期練習3D列印時可以參考運用。

3D列印圖檔取得的5種方式

取得3D列印圖檔有5種主要方式，會需要搭配不同的軟體、技術和工具，包括以下：

使用3D工程建模CAD軟體
使用3D CG電腦動畫類軟體
2D CAD圖直接轉換
透過3D掃描取得
網路下載

本文章將介紹這五種製作3D列印檔案的方式。

(1) 使用3D工程建模CAD類軟體

CAD是”Computer Aided Design”電腦輔助設計的縮寫，是利用電腦專門設計給工業工程設計人士使用。用3D CAD軟體製作模型(即所謂“建模”)的優點是可以用精確的尺寸創建模型，短時間內設計變更，搭配軟體功能可以進行成本、力學分析等。

因此，在製造業、汽機車零配件、模具業、航空航太等需要精準尺寸的領域，均採用CAD工程建模軟體。

SolidEdge Shining3D Edtion

由於基礎工業都是基於精準尺寸進行加工，因此製造業都是採用CAD類工程建模軟體，也是一般高中職、大學的機械、設計類別科系必教的課程。3D CAD軟體的缺點是需要一定的知識和練習才有辦法快速使用軟體進行設計。工程建模是以點、線、面方式繪圖，入門的門檻相當高，往往學了數個月但還是只能畫出簡單的圖形，完全掌握需要大量的經驗及長時間的練習。

圖片取自Autodesk官網

市面上的CAD工程建模軟體有很多種，價格從幾萬到幾百萬都有，比較著名的包括SolidWorks、Creo、SolidEdge、CATIA、Rhinoceros 3D、AutoCAD3D、Inventor、Fusion360等，也有一些免費的軟體如TinkerCAD、FreeCAD。每一套軟體雖然操作大同小異，但還是有擅長跟不擅長的領域，不同業界也有常用的軟體，若您有興趣學習CAD工程建模建議可以先從免費軟體嘗試。

圖片取自Autodesk官網

一般來說3D CAD類的軟體主要有兩大功能，第一個是 “創建曲面(surface)”，其次是 “創建實體(Solid)”。曲面和實體主要差異在於是否有 “體積”。創建曲面僅創建了一個面，即使以曲面創建了一個立方體，它在建模軟體認知也僅是一個空心的盒子。另一方面， “實體” 的狀態是立方體的內部是實心，圖檔屬於封閉狀態。用曲面或實體建模主要看用途及個人習慣，但若是要3D列印，千萬記得要將曲面轉換為實體，非實體的3D檔案在3D列印檔案轉換過程中有很大的機率產生問題。

(2) 使用3D CG電腦動畫類軟體

有別於CAD工程建模軟體的精準尺寸，3D電腦動畫建模軟體主要著重的是”外觀”，適合複雜的表面形狀，例如，人體、衣物類、雕像等。3DCG軟體主要有兩種類型，一種是基於調整”多邊形”的點、線、面進行建模。調整多邊形類別的為傳統的3DCG軟體軟體，較有名的有3DsMax、Maya、Cinema4D等，這類的軟體一般透過移動點、線、面調整模型的形狀，主要應用為動態的電腦動畫、遊戲、廣告、電影特效等。

點線面建模(圖片取自Autodesk官網)

圖片取自Autodesk官網

調整多邊形類的3DCG軟體由於主要應用為動態的影像等相關表現，因此在建模時會著重於物件上的佈線，佈線優缺會直接影響到後期製作。

另一種則是基於調整模型表面頂點的方式進行建模。調整模型表面頂點方式的為所謂的數位雕刻軟體，較有名的包括Zbrush、Mudbox等，主要應用為複雜表面的建模、公仔建模等。

Zbrush 2021(圖片取自Zbrush官網)

調整表面頂點類型的3DCG軟體主要應用為雕刻，外觀為其主要考量，往往製作一個複雜的3D模型多邊形多達數百萬面。

高面數模型

表面極為複雜的建模(圖片取自Zbrush官網)

調整頂點的建模方式

一般來說3DCG軟體適用於人物、動物、怪獸等表面複雜的物體，但一般較不重視尺寸，模型的面也不是曲面跟實體，所以不適合工業零件等要求精度的建模。

另外，3DCG電腦動畫的檔案格式跟3D列印的STL格式相似，轉檔較不會產生問題，操作起來也較CAD工程建模軟體重視機械邏輯來的直覺，若單純以製作3D模型來說，3DCG建模軟體或許較適合初入門3D列印的新手學習。

(3) 2D CAD圖直接轉換

在早期製造業的加工流程中，較常使用的是2D的工程圖，工程師透過判別三視圖進行手動機加工是最普遍的做法。若這些2D CAD的電子檔(較常見的有AutoCAD的.dwg )有留存，可以導入到現在新的3D CAD工程建模軟體，輕鬆透過指令將2D圖檔轉換為3D立體模型。有些2D CAD檔案直接的轉換可能會無法完整將3D模型還原，會有需要修改調整的部分，但比起參考2D CAD從零開始建模，直接轉換可以節省大量的時間。

AutoCAD工程圖(取自https://www.youtube.com/watch?v=rXDuAeQS1gI)

(4) 透過3D掃描取得

若想要將實際的物體透過3D列印複製，例如將黏土製作的原型或已經停產的零件復刻，我們可以使用3D掃描設備對其進行3D掃描，掃描得到的資料可以直接導入3D列印進行輸出。3D掃描得到的檔案跟3D列印所能讀取的格式一樣，都是三角網格面組成(格式.stl)，因此掃描完成經過封裝後的檔案就可以直接進行3D列印。