FUNCIONAMIENTO DE SLICERS

Abr 2, 2020Tecnologías

EL SLICER ES EL SOFTWARE ENCARGADO DE TRANSFORMAR UN MODELO 3D EN LENGUAJE MÁQUINA. EL PROCESO ES MATEMÁTICO Y COMPLEJO, PERO COMPRENDER CIERTOS ASPECTOS DEL MISMO ES NECESARIO A LA HORA DE INTERPRETAR EL GCODE.

Muchos usuarios de la impresión 3D buscan llevar sus procesos de fabricación un paso más allá; tratan de realizar tareas dentro del proceso que no pueden configurarse por defecto en el software de slicing; como realizar una parada a una altura determinada, variar la temperatura de fabricación de forma automática, realizar alguna rutina al iniciar o finalizar la fabricación, modificaciones del extrusor, etc. Para ello la lectura del GCODE es importante.

Aspectos Generales

Al tener un modelo 3D éste, de forma obligada, debe exportarse en formato STL  para que el slicer pueda cargarlo y trabajar con él. En el slicer deben configurarse todos los parámetros que la impresora utilizará para realizar la fabricación a través del archivo GCODE, altura de capa, temperatura de extrusión y cama, velocidad de fabricación, etc.

El archivo GCODE es el lenguaje que los equipos de fabricación aditiva interpretan; muchos fabricantes tienen su propia extensión del formato, pero la esencia es la misma, lectura de coordenadas de posición, velocidades, tiempos, temperaturas, etc.

El siguiente paso del proceso es cargar el archivo GCODE obtenido del Slicer a la impresora 3D, este código tiene subrutinas (diferentes según el slicer y el equipo de fabricación) con el objetivo de hacer una verificación del hardware. Si todo marcha bien la fabricación da su inicio.

Algoritmos para el Slicing (Segmentación)

Ideas básicas

El algoritmo tiene la función de cortar triángulos con planos, una tarea básica pero compleja. Los triángulos están provistos por el formato STL del modelo a fabricar y los planos de corte son paralelos al plano xy (plataforma de impresión) y se desplazan a lo largo del eje z a una altura determinada (altura de capa), la cual es predefinida por el diseñador en los parámetros del slicer. En esos puntos de intersección es donde el software, a través del lenguaje máquina, indica al hardware qué debe depositar (FDM), fotopolimerizar (SLA) o sintetizar (SLS) material, por mencionar algunos ejemplos.

Imagen vía: Computer Science Technische Universität München

 Segmentación

La segmentación se inicia definiendo un plano a través de 2 vectores, u y v, a lo largo de los ejes x e y respectivamente, además se conoce la altura a la que se situará el plano (altura de capa) y puede asociársele un vector normal (n). Si se secciona la pieza y se selecciona uno de sus triángulos, en el triángulo en cuestión con la ayuda de 2 de sus vértices, conocidos por los vectores i y j, es posible definir un vector (e) entre ellos. Teniendo esto definido, aplicando la forma normal de la recta (o de Hesse) y realizando operaciones básicas de vectores es posible calcular el/los punto/os de intersección del plano con la/as aristas del triángulo, basado en la ubicación previa de los vectores y las distancias al plano mediante el Teorema de Intercepción.

Slicing Algorithms for 3D-Fabian Schurig, Student, B.Sc. Computer Science Technische Universität München

Representación del corte, mediante un plano, realizado en el proceso de slicing a un triángulo del archivo STL

Al realizar el proceso de segmentación para los 3 bordes del triángulo pueden darse los siguientes casos:

  • El plano corte al triángulo sin pasar por algún vértice;
  • El plano corte al triángulo exactamente en un vértice;
  • El plano corte una arista paralela al plano (corte de 2 vértices al mismo tiempo);
  • El plano no corte al triángulo en ningún punto.

 

Entre los algoritmos se encuentran:

  • Segmentación Trivial
  • Segmentación por plano de barrido
  • Agrupación de triángulos
  • Segmentación incremental

Es importante mencionar que las rutinas definen únicamente el cuerpo externo del modelo, es decir, que el relleno no está contemplado dentro del algoritmo. Para indicarle el relleno al hardware se utilizan otros algoritmos, entre ellos:

  • Algoritmo de recorte de Vattis
  • Desfase poligonal
  • Clipper and Boost Geometry

Esta última es una librería comúnmente usada para otorgar soluciones más rápidas.

También, en cuanto al soportado de piezas en la técnica de FDM, hay que destacar que existe una dependencia del hardware (impresora a utilizar) y la altura de capa. El algoritmo superpone las capas para detectar la línea externa de la vista superior y los bordes ocultos del modelo, si existe una capa que exceda en cierto valor la capa previa, el algoritmo realiza una proyección de la nueva línea exterior debajo y genera una estructura de soporte.

Imagen por Ing. Hugo Alberto Avelino Hernández – Tesis: Algoritmo de segmentación para para la reducción de tiempo de fabricación en sistemas FDM

Proceso de slicing de estructuras con necesidad de soporte

No existe necesidad de manipular los archivos GCODE que se obtienen del slicer, ya que el éste entrega un archivo de fabricación fiable. Pero para aquellos usuarios que buscan dar rutinas diferentes a los equipos de impresión de código abierto o programar su propio software de slicing, conocer el proceso interno del slicer es fundamental.

 

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