Lithophane tutorial Een doorlichtplaatje maken in een ondoorzichtig materiaal
Auteur Frank Foeth FabLab Enschede, maart 2015
Lithophane tutorial
Inhoudsopgave Inhoudsopgave ............................................................................................. 2 1.
2.
Inleiding.......................................................................................... 3 1.1. De opbouw van een lithophane
3
1.2. Lithophane programma’s
4
1.3. Bestanden in het FabLab
4
Foto voorbewerking (meestal optioneel) ................................................. 4 2.2. Een foto optimaliseren
5
2.4. Een displacement map maken
9
3.
Een STL-file maken ........................................................................... 10
4.
G-code genereren en printen .............................................................. 12
2 van 12
Lithophane tutorial
1. Inleiding
Voorbeeld van een porceleinen lithophane, links met opvallend licht, rechts van achteren doorgelicht. Naar het schilderij „Friedrich II. nach der Schlacht von Kolin“ van Julius Schrader, het origineel bevindt zich in het 1 Museum der bildenden Künste Leipzig.
Lithophanes werden vroeger in porselein gemaakt. Het kan met een 3D printer ook in plastic. Dit document beschrijft een werkwijze om een lithophane te ontwerpen. Het ontwerp bestaat uit drie fasen: 1. Fotobewerking (bij veel programma’s optioneel). 2. Het genereren van een STL file. 3. Het genereren van een toolpad in de vorm van een G-code file en het starten van de printer.
1.1.
De opbouw van een lithophane
Een lithophane bestaat uit een basislaag die voor de sterkte zorgt. Deze is overal even dik. Reken op een basislaagdikte van 0,3 à 0,4 mm. Daar bovenop komt het relief. Op het FabLab zijn de volgende FDM printers beschikbaar voor het printen van je ontwerp.
Minimum laagdikte Maximale afmetingen Materiaal Bedieningsgemak Resultaat
Reprap Prusa i3 0,1 mm 17 × 17 cm2 PLA Matig Afhankelijk van het PLA
UP! Plus 0,15 mm 13 × 13 cm2 ABS Prima De lithophane wordt vrij dik.
Velleman K8200 ? ? ? ?
1
"Lithophanie1 auflicht" by Elke Wetzig (Elya) - Own work. Licensed under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lithophanie1_auflicht.jpg#mediaviewer/File:Lithophanie1_auflicht.jpg "Lithophanie1 durchlicht" by Elke Wetzig (Elya) - Own work. Licensed under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lithophanie1_durchlicht.jpg#mediaviewer/File:Lithophanie1_durchlicht.jpg
3 van 12
Lithophane tutorial
Beneden een bepaalde dikte is de lithophane erg zwak. Wordt de lithophane erg dik, dan voegen extra lagen geen zichtbare grijstinten toe. Hieronder staan suggesties voor de minimale en maximale diktes. Geschikte ABS (UP) ondoorzichtig PLA Minimale dikte 0,2 à 0,4 mm 0,45 mm basislaag Maximale lithophane 1,6 à 1,8 mm 3,6 mm dikte
1.2.
Lithophane programma’s
Op het internet staan diverse programma’s die foto’s om kunnen zetten naar lithophanes, al dan niet gratis. De kwaliteit is variabel net als de vormen die gemaakt kunnen worden. Zie paragraaf 3 voor meer informatie.
1.3.
Bestanden in het FabLab
Maak een map aan in Computer\moments. Begin de naam met jaar, maandnummer en dagnummer (aan elkaar) gevolgd door een spatie en je naam, voorbeeld “20150130 Jan Jansen”. In deze map kun je je bestanden parkeren. Deze map is tijdelijk, zorg dat je zelf een kopie van de bestanden bij je houdt.
2. Foto voorbewerking (meestal optioneel) Benodigd: een foto of een ander digitaal plaatje. Kopieer dit naar je map. Fotobewerking voor het maken van een lithophane kan op diverse manieren. In dit tutorial wordt Photoshop gebruikt, maar diverse andere fotobewerkingsprogramma’s zijn ook geschikt. Eerst wordt omzetting naar een bruikbaar zwart-wit plaatje besproken. Daarna komt het maken van een displacement map, een soort hoogtekaart, aan de orde. !!! Je hebt òf een foto òf een displacement map nodig, niet beide. Als je niet weet hoe je een displacement map kunt gebruiken, kies dan voor een foto optimaliseren.
4 van 12
Lithophane tutorial
2.2.
Een foto optimaliseren
Resultaat van een foto-omzetting naar zwart-wit, inclusief de hier noodzakelijke vervaging. (Astronaut Buzz Aldrin op de maan, foto van NASA, staat op commons.wikimedia.org).
De Photoshop adjustment layers die in dit tutorial gebruikt worden.
De Black&White properties preset opties. Voor de astronaut werd gekozen voor het high contrast blue filter. Voor blanke gezichten is het green filter vaak een goede keuze.
5 van 12
Lithophane tutorial
Foto’s optimaliseren bestaat uit twee delen. De eerste is het omzetten van je foto naar een zwart-wit plaatje, gevolgd door optimaliseren van het plaatje voor het maken van een lithophane. De stappen voor zwart-wit: 1. Laad je basisfile in Photoshop. 2. Voeg een black&white adjustment layer toe en stel in de properties daarvan een geschikte preset optie in. Probeer ze allemaal en zoek naar een resultaat dat goed “leesbaar” is, dus met duidelijke grijsverschillen bij vormgrenzen. 3. (Optioneel) Rek desgewenst de grijstinten op van zwart naar wit met een levels adjustment layer.
Toelichting op de curves tool die later gebruikt zal worden.
6 van 12
Lithophane tutorial
De tweede stap is het optimaliseren voor het maken van de lithophane. Een goed grijstinten plaatje suggereert de driedimensionale vormen (een hoofd is bol bijvoorbeeld). Hierbij zijn vooral de curves adjustment layer en de posterize adjustment layer handig. Voeg eerst de curves adjustment layer en dan de posterize layer toe. 1. Voeg een curves adjustment layer toe. 2. Voeg een posterize adjustment layer toe. Zet in de properties daarvan het aantal lagen op 10 of het aantal beeldlagen dat je lithophane zal tellen (als je dat weet). 3. Kies de curves adjustment layer. Pas nu met de curves properties de curve aan aan de witte kant. Als je tevreden bent met de lichtste grijstinten, pas dan de donkeren grijzen aan. Doe tenslotte de middentonen. TIP Het doel is een goed leesbaar plaatje. In een portret bijvoorbeeld wil je dat het voorhoofd geen vlakke plaat is, maar iets van een bolling suggereert. Verder moet gesuggereerd worden dat kin en hals andere oppervlakken zijn, dus er moet genoeg verschil in grijstinten zijn op dat soort overgangen om die overgang aan te duiden. TIP Als je weinig kijkervaring hebt, zoek dan naar de probleemgebieden in je foto en begin met die kennis opnieuw.
7 van 12
Lithophane tutorial
4. Wis de posterize layer of zet deze uit (klik op het oogje in de layer aanduiding rechts onderaan). 5. Save je ontwerp als psd file en save het ook als bitmap (bijvoorbeeld jpg of png). TIP Sommige foto’s zijn nogal “korrelig” ze hebben sterke contrasten over kleine afstanden. Deze foto’s zijn problematisch als basis voor een lithophane. Een kleine blur (vervaging) van een paar pixels maakt zulke foto’s toch geschikt. De maanbodem op de foto bijvoorbeeld verschilt per pixel sterk van grijstint. Een blur van een paar pixels over de oorspronkelijke foto maakt die foto beter printbaar als lithophane. !!! Ga verder met paragraaf 3 over het maken van een STL.
8 van 12
Lithophane tutorial
2.4.
Een displacement map maken
Het maken van een displacement map. Het beeld is bijna klaar, alleen de posterize layer is nog niet uitgezet. Het zwart is in de tweede layerslaag vergrijsd zoals hieronder aangegeven. Een displacement map is een zwart-wit plaatje dat hoogtes aangeeft met behulp van kleur, zwart is laag—de onderkant, wit is hoog—de bovenkant— en grijstinten geven de relatieve hoogtes ertussen weer. (Voor verdere verwerking moet je nog weten dat het basisniveau van een displacement map op 50% grijs gedefinieerd wordt, de resulterende 3D vorm steekt dus zowel uit boven als beneden het vlak waar de displacement map op projecteerd). Het maken van een displacement map werkt hetzelfde als het optimaliseren van een foto, alleen is het resulterende beeld nu negatief. In deze simpele versie zijn de benodigde lagen: 1. Je foto, blur deze eventueel een beetje. 2. Black&White adjustment layer, zoek een geschikte preset. 3. (Optioneel) levels adjustment layer, rek de grijstinten op naar zwart en wit. 4. Invert adjustment layer. 5. Curves adjustment layer. 6. Levels adjustment layer, zie onder. 7. Posterize adjustment layer, vul nu 15 in of het aantal totaal aantal lagen in. Optimaliseer je plaatje met de curves properties. Wis de posterize layer (of zet ze uit) voordat je je ontwerp exporteert. De tweede levels adjustment layer is niet nodig als je alleen een geïnverteerd plaatje nodig hebt. Als je zelf een STL wilt maken met Blender of Rhino, kun je ervoor kiezen om de displacement map van 9 van 12
Lithophane tutorial
de onderkant van de lithophane naar de bovenkant te laten lopen, dus inclusief de basislaag. In dat geval heb je deze levels adjustment layer nodig. Vul als output level voor zwart de fractie in: hoogte basislaag × 255 output level zwart = hele hoogte lithophane Bijvoorbeeld, een basislaag van 0,4 mm en een hoogte van 1,8 mm leveren een grijswaarde van 57. Geschikte waarden vind je in de tabel in paragraaf 1.1.
3. Een STL-file maken Op het FabLab zijn geen dedicated programma’s aanwezig voor het maken van lithophane STL files. Je hebt drie opties: 1. Download je favoriete programma naar je eigen computer/laptop en gebruik dat. 2. Gebruik een webapp. 3. Gebruik Rhino of Blender (alleen aan te raden als je veel ervaring hebt met deze programma’s, je kunt hier waarschijnlijk geen assistentie bij vragen). Je hebt een displacement map nodig. Streef naar rond de 30000 vertices of minder als eindproduct. Programma opties voor het maken van een lithophane staan in de tabel hieronder. Programma of download instructies Photoshop CC lithophane plugin Photo2Mesh PhotoToMesh Bmp2iges (Duitstalig) Lithophanes Lampshade webapp Webapp (zie figuur hieronder) Webapp thingiverse (account needed) Processing code Photo conversion for use in OpenSCAD
URL http://blogs.adobe.com/richardcurtis/?p=2809 http://3dprintingsystems.com/products/software/photo2mesh/ http://www.ransen.com/phototomesh/ http://geisel.ba-bautzen.de/bmp2iges.htm http://www.imprimindo3d.com.br/software-para-impressao-delithophanes/ http://maker.dongguk.edu/webclient/cylinder_litho_index.html http://3dp.rocks/lithophane/ http://www.thingiverse.com/thing:74322/#instructions http://www.instructables.com/id/3D-Printed-Photograph/ For example http://aggregate.org/MAKE/TRACE2SCAD/
TIP De rekentijden om de STL om te zetten in de printsoftware zijn afhankelijk van de complexiteit van de STL. Je kunt die complexiteit vrijwel altijd verminderen door het aantal vertices te verminderen met daarvoor geschikte filters. Als je wat ervaring hebt met Rhino of Blender is dat eenvoudig. In Rhino gaat dat met het ReduceMesh commando, in Blender heb je een decimate modifier nodig.
10 van 12
Lithophane tutorial
De 3dp.rocks/lithophane/ webapp ziet er uit als bovenstaand nadat het ontwerp op het “click image to convert and download” gesleept is en op het plaatje werd geklikt. Vul de gewenste opties in, zie de tabel in paragraaf 1.1, thinnest layer is de minimale dikte basislaag, thickness is de maximale lithone dikte (ingevuld zijn waarden voor de Prusa i3). Klik op het plaatje om een STL-file te berekenen en te downloaden. Is het resultaat niet volgens verwachting, pas dan de opties aan en klik opnieuw op het geuploade plaatje voor een nieuwe STL en de download daarvan. De form optie moet altijd mirror bevatten. Kies negative voor een foto, en positive voor een displacement map. Als je de tweede levels adjustment layer hebt gebruikt bij het maken van een displacement map (die waar je de formule bij nodig had), en toch deze webapp wilt gebruiken, zet dan de thinnest layer op nul. Ter controle, de hoge delen van de lithophane zijn donker bij verlichting van achteren en de lage delen licht. Dus met name pupillen en neusgaten horen uit te steken boven de rest van het oppervlak.
11 van 12
Lithophane tutorial
4. G-code genereren en printen Bij printen op de UP! Plus hoef je zelf geen machineaansturingscode te genereren. Plaatjes met complexe oppervlakken kan het programma dat de UP aanstuurt soms niet aan. Printen op de Reprap Prusa i3 kan ook. Slic3r kan G-code genereren voor veel ontwerpen, G-code is de machineaansturingscode voor deze printer. Een shell en perimeter van 1 volstaat. Belangrijk is de optie in print settings>infill>advanced: zet solid infill every op 1 laag, de normale 100% infill werkt niet goed voor lithophanes.
Het resultaat in wit ABS na printen op de UP! Plus (laagdikte 0,15 mm, basislaag 0,45 mm, totale dikte 3,6 mm) van achteren belicht met daglicht.
12 van 12
