Я давно хотел печатать на 3D-принтере своё. Скачать готовую модель и отправить в печать — дело пяти минут, но такая же штука стоит на полке у каждого, кто её скачал. Хотелось чего-то, чего больше ни у кого нет.

Помогли нейронки, которые делают из картинки 3D-модель. Онлайн-сервисы за это хотят денег: у Tripo тариф Pro — $20 в месяц примерно за 200 моделей, у Meshy — около $20 за 1000 кредитов, это до 100 моделей. На бесплатных тарифах — 13 и 10 моделей в месяц, плюс ограничения по лицензии: у Tripo нельзя коммерческое использование, у Meshy — CC BY с обязательным указанием авторства. Я пошёл другим путём: TRELLIS.2 от Microsoft бесплатно крутится у меня на ПК с RTX 5060 Ti 16 ГБ, и перегенерировать можно сколько влезет.

Так у меня появились два светильника: орочий череп, который светится изнутри, и планета-литофания на подставке из корней. Между красивой картинкой и вещью, которая собирается и светится, оказалась куча возни: полость под лампу, патрон, посадка, поддержки. А нейронка, как выяснилось, нужна не везде — гладкую планету проще посчитать формулой.

Скрипты, пример карты и инструкция — на GitHub, готовые STL — в релизе. Можно взять детали как есть или прогнать процесс со своим рисунком.

1. Череп: нейронка дала форму, обработка чуть не стёрла лицо

Начну с черепа: на нём лучше всего видно, что сырой выхлоп нейронки — ещё не модель для печати. В режиме 1536_cascade TRELLIS.2 не влез в 16 ГБ видеопамяти на декодировании. В 1024_cascade без текстур прогон занял 181 секунду с пиком 12 ГБ, на выходе — около 24 млн треугольников.

Сначала попробовал превратить сырую сетку в сплошное тело, а уже в нём вырезать место под лампу. Но обработка залепила глазницы и отверстия у висков. Череп стал выглядеть иначе, мне не понравилось. Вернулся к исходной сетке.

В build_preserved_shell.py вокселизуется только поверхность: вокруг неё наращивается узкая полоса материала, и из неё заново собирается сетка. Внутренний объём не заливается, поэтому глазницы и височные окна остаются открытыми. Мелкие щели при этом могут затянуться, так что толщину полосы подбираешь под размер деталей.

Потом вылезли две ошибки, которых на красивом рендере не видно. После утолщения часть оболочки ушла ниже нуля, и при переносе на стол опорное кольцо приподнялось примерно на 1,2 мм — принтер начал бы печать не с него. Помогло обрезать модель по плоскости стола до финального выравнивания. Вторая: короткое отверстие под лампу упиралось внутри черепа в плоский потолок. Продлил полость выше и закрыл её сужающимся сводом.

С поддержками не прокатило просто сделать стойки толще: некоторые участки всё равно начинались в воздухе. Тогда скрипт стал проходить модель снизу вверх, искать места, которым не на что опереться на предыдущем слое, и отмечать длинные мосты. Нашлось 12 таких зон — им добавили опоры.

Скрипт черепа заточен под эту модель: координаты опоры и полости привязаны к ней. В репе он лежит как пример подхода — под другую модель их придётся пересчитать. Своего провода у черепа пока нет, поэтому светится он на подставке от планеты. О ней дальше.

2. Планета: сначала размеры, потом рисунок

Планету я строил с другого конца — от покупных деталей. Светильник — это плафон, подставка и обычный узел: лампа, патрон, провод. E27 — это только резьба лампы, наружный диаметр корпуса патрона из неё не узнаешь. А колба должна пролезть в нижнее отверстие плафона: в 58,4 мм лампа диаметром 60 мм не войдёт.

Зазор между поясом и отверстием — (58,4 − 57,6) / 2 = 0,4 мм. Реальная печать его съедает, так что сначала лучше напечатать короткую посадочную часть planet_base_test_10mm.stl и примерить, а уже потом гнать весь шар.

3. Как плоская картинка становится светящимся шаром

Нейронка здесь не нужна. Планета — литофания: рисунок проявляется за счёт толщины пластика, тонкое светится ярче, толстое — темнее. Снаружи шар гладкий, рисунок меняет внутреннюю поверхность. На вход скрипту идёт плоская развёртка 2:1: горизонталь становится долготой, вертикаль — широтой. Левый и правый края встретятся на шаре, так что разрыв между ними превратится в заметный меридиан.

После перевода карты в серый и нормализации яркости толщина считается одной строкой. У меня минимум — 0,8 мм, максимум — 3 мм:

thickness = 0.8 + (1.0 - brightness) * (3.0 - 0.8)
# brightness: 0 — чёрное, 1 — белое

Для каждой точки сферы скрипт строит наружную и внутреннюю вершины, соединяет соседние точки треугольниками и замыкает нижний край. Возле основания переход устроен отдельно: узкая нижняя кромка должна устойчиво печататься. Всё это видно в make_clean_whole_lithophane.py.

Первую планету я печатал двумя половинками: их удобно класть на стол широкой стороной. Но на просвет клеевой шов стал частью рисунка — так себе. Цельный шар шов убирает, зато начинается с узкой нижней части. Поэтому у него кольцевой воротник шириной 4,6 мм и высотой 4 мм вместо тонкой кромки или однослойной «юбки».

python -m venv .venv
.venv\Scripts\python.exe -m pip install -r requirements.txt
.venv\Scripts\python.exe tools\rebuild_example.py planet

4. Подставка: нейронка рисует корни, скрипт освобождает место

Для корней порядок обратный: сначала образ, потом механика. Эскиз нарисовал встроенный генератор картинок в Codex; локальная FLUX.1 Krea dev через ComfyUI на том же ПК тоже выдавала годные эскизы. Для 3D важнее читаемая форма, однотонный материал и чистый фон, чем выбор генератора. На слово «подставка» генераторы упорно рисовали глубокую чашу, в которой планета утонула бы наполовину, поэтому я просил открытое место между корнями. Дальше TRELLIS.2 перегнал эскиз в объём.

Но фронтальный рисунок ничего не говорит о глубине. В 3D верхушки корней оказались в 30–38 мм от оси при радиусе шара 70 мм: вычитание сферы просто срезало бы ветки. Попробовал поднять шар повыше — и вместо планеты в корнях получилась планета на трубе.

Решение — сначала плавно развести ветви, а потом вычитать место для шара. Основание остаётся на месте; смещение начинается на высоте 45 мм и достигает 30 мм к высоте 125 мм. Для перехода используется smoothstep: при нормированной высоте u коэффициент равен 3u² − 2u³. Поэтому у корней не появляется резкого излома на границе деформации. Центральная область под патрон из этого смещения исключена.

Дальше важная операция, которую легко пропустить: освободить не только конечное положение шара, но и весь путь установки сверху. Скрипт строит объём, занимаемый движущимся шаром, и вычитает его из корней. Центральный проход внутри нижнего отверстия оставляет — там должен находиться патрон. Если вычесть сплошную сферу без этого исключения, она срежет и допустимую центральную часть.

.venv\Scripts\python.exe tools\rebuild_example.py stand

Полку тоже пришлось переделать: плоское кольцо снизу давало нависание. Вместо поддержек я сделал нижнюю поверхность наклонной — полка 68 мм с фаской высотой 8 мм. Скрипт следит, чтобы высота фаски была не меньше радиального вылета.

Ещё одни грабли — облегчение модели. Два способа уменьшить число треугольников после булевых операций сломали топологию. Печатную версию пришлось собирать из более грубой промежуточной сетки с шагом 0,4 мм и заново повторять точные операции.

5. Что проверить в слайсере, прежде чем тратить катушку

У литофании надо смотреть, чем слайсер заполнил стенку. Если внутри осталась решётка, при включённой лампе её будет видно поверх рисунка. Поэтому в предпросмотре проверяю, чтобы в стенке плафона были только периметры и сплошные линии, без Sparse infill.

Собирать при выключенном питании: патрон, лампа, потом шар вертикально на пояс — он должен садиться без усилия, не продавливаясь между корнями. Сетевую часть лучше взять готовую, исправный узел с проводом: напечатанный канал не заменяет нормальное крепление кабеля. Лампа — только LED.

Что получилось и что можно забрать себе

Для повторения основной пример — планета с древесной подставкой, для каменной композиции есть отдельный пресет. Ниже — космическая подставка, которую я напечатал раньше.

Массы примерные, без брака и поддержек. Всё остальное — в репе со скриптами и инструкцией, архиве эталонных деталей и результатах проверок.

Корни и череп получились из картинок, но сразу печатать их не вышло. Посадки, полости и проверки геометрии пришлось делать отдельными скриптами с помощью ИИ-агента. А потом уже печатать и примерять детали.

Если тоже делаете модели из картинок — напишите в комментах, чем доводите сырую сетку до печати. И вообще интересно: печатаете своё или качаете готовое?