Изобретения и техника12-14 г.

3D принтерът: как се печата предмет

Как 3D принтерът превръща файл в истински предмет слой по слой, какво е слайсер, G-код и пълнеж, и как да сметнеш време за печат.

Робко

Бип-бип! Загадка: как машина, която само движи една гореща дюза, прави истински динозавър, ключодържател или резервна част? Отговорът е в думата "слоеве", да я разгадаем!

Реши теста

История от живота

През 1984 г. американският инженер Чък Хъл подава патент за метод, който нарича стереолитография: ултравиолетова светлина втвърдява течна смола слой по слой. Той основава фирмата 3D Systems и така се ражда 3D печатът. През 1989 г. Скот Кръмп подава патент за друг начин: разтопена пластмасна нишка, която се полага на слоеве, това е FDM, който ползват повечето домашни принтери днес. През 2005 г. британецът Ейдриън Боуър стартира проекта RepRap, принтер, който може да отпечата много от собствените си части. А през ноември 2014 г. 3D принтер на Международната космическа станция отпечатва първия предмет, правен в космоса.

Разбери го стъпка по стъпка

  1. От модел до файл

    Всичко започва с 3D модел, нарисуван в програма като Tinkercad или изтеглен от сайт. Моделът се записва най-често като STL файл: повърхността е описана с хиляди малки триъгълници.

  2. Слайсерът реже на филийки

    Програмата слайсер "нарязва" модела на хоризонтални слоеве, обикновено по 0,1 до 0,3 мм. После пише G-код: хиляди команди от рода на "отиди до точка X, Y и изтласкай толкова пластмаса".

  3. Как печата FDM принтерът

    Пластмасова нишка (често 1,75 мм дебела) се натиска в гореща дюза. За PLA тя е около 190 до 220 °C. Дюзата рисува първия слой върху масата, масата слиза малко (или дюзата се вдига) и започва следващият слой.

  4. Пълнеж и подпори

    Предметите рядко са плътни отвътре. Слайсерът прави пълнеж, например решетка с 15 до 20 % пластмаса, което пести материал и време. Части, които висят във въздуха, получават временни подпори, които после се чупят.

  5. Не само пластмаса

    Смолни принтери втвърдяват течност със светлина и правят много фини детайли. Индустриални машини печатат с метал, бетон и дори с храна като шоколад. Медицината печата модели на органи, за да планира операции.

Представи си така: 3D печатът е като да направиш торта от много тънки палачинки: всяка палачинка е слой с малко различна форма, и когато ги натрупаш, се получава цялата фигура.

ИнфографикаПътят на един 3D предмет
  1. 11. МоделРисуваш или изтегляш 3D модел
  2. 22. STL файлПовърхността става мрежа от триъгълници
  3. 33. СлайсерМодел се реже на слоеве, избираш пълнеж и подпори
  4. 44. G-кодСписък с команди за движение и температура
  5. 55. ПечатДюзата полага слой след слой
  6. 66. ДовършванеМахаш подпорите, шлифоваш, боядисваш

Решени примери

Отпечатваш кула висока 30 мм със слой 0,2 мм. Колко слоя ще има?

30 : 0,2 = 150 слоя. Ако избереш слой 0,1 мм, ще са 300 слоя: по-гладко, но двойно по-бавно.

Принтираш буквата Т легнала и права. Кое е по-добре?

Ако е права, горната черта виси във въздуха и иска подпори. Легнала по гръб се печата без подпори. Ориентацията на модела е половината от успеха.

Защо първият слой е най-важен?

Ако не залепне добре за масата, целият предмет се откъсва и се получават "спагети". Затова масата се нивелира и често се загрява, при PLA около 50 до 60 °C.

Внимавай с тези грешки

  • 3D принтерът печата целия предмет наведнъж.Той го прави слой по слой, понякога стотици или хиляди слоеве, затова печатът отнема от минути до много часове.
  • Отпечатаните предмети са плътна пластмаса отвътре.Обикновено отвътре има решетка (пълнеж) с много празно място. Така се пести материал.
  • 3D принтерът може да отпечата всичко веднага, само с бутон.Трябва добър модел, правилни настройки, нивелирана маса и търпение. Много отпечатъци се провалят първия път.

Задачи

Лесни

  1. Обясни със свои думи какво прави слайсерът.

    Подсказка

    Помисли за думата slice: филия.

    Отговор

    Нарязва 3D модела на тънки слоеве и създава G-код: инструкциите, които принтерът изпълнява.

  2. Огледай вкъщи 3 предмета и предположи кой би се отпечатал лесно и кой трудно. Защо?

    Подсказка

    Търси части, които висят във въздуха.

    Отговор

    Пример: кубче е лесно, чаша с дръжка иска подпори, тънка верижка е трудна. Трудни са надвесите и много фините детайли.

Средни

  1. Фигурка е висока 45 мм. Колко слоя ще има при слой 0,15 мм? А при 0,3 мм?

    Подсказка

    Делиш височината на дебелината на слоя.

    Отговор

    45 : 0,15 = 300 слоя; 45 : 0,3 = 150 слоя.

  2. Един слой се печата средно за 40 секунди. Колко време отнема модел със 150 слоя?

    Подсказка

    Умножи и после раздели на 60.

    Отговор

    150 × 40 = 6000 секунди = 100 минути, тоест 1 час и 40 минути.

Трудни

  1. Плътно кубче със страна 2 см от PLA (плътност около 1,24 г/см³). Колко грама тежи? Колко приблизително, ако пълнежът е такъв, че кубчето тежи с 60 % по-малко?

    Подсказка

    Първо обем, после обем × плътност.

    Отговор

    Обем 2×2×2 = 8 см³, маса 8 × 1,24 ≈ 9,9 г. С 60 % по-малко: 9,9 × 0,4 ≈ 4 г.

  2. Нишката е с диаметър 1,75 мм. Пресметни приблизително обема на 1 метър нишка и колко грама PLA е това.

    Подсказка

    Обем на цилиндър = π × r² × h, внимавай с мерните единици.

    Отговор

    Радиус 0,0875 см, площ π × 0,0875² ≈ 0,024 см². По 100 см дължина ≈ 2,4 см³. Маса ≈ 2,4 × 1,24 ≈ 3 г.

Мини проект · 35 минути

Ръчен 3D принтер от картон

Цел: Да усетиш как предмет се изгражда слой по слой.

  1. Избери проста форма, например пирамида или планина.
  2. Нарисувай на картон 8 до 10 контура: всеки следващ малко по-малък от предишния (всеки е един "слой").
  3. Изрежи ги с ножица (по-малките с помощ, ако трябва).
  4. Залепи ги един върху друг, центрирани.
  5. Сметни: ако всеки слой е дебел колкото картона (около 2 мм), колко висок е моделът? А колко слоя по 0,2 мм би направил принтер за същата височина?

Накрая: Готов слоест модел и сметка колко слоя би печатал истински принтер. Обсъждате защо по-тънки слоеве дават по-гладък предмет.

Тест с точки

10 въпроса, 18 точки, оценка накрая и разбор какво да преговориш.

Започни теста

Още от „Изобретения и техника“

Изобретения и техника12-14 г.Изкуственият интелект за децаКак машините „учат“ от примери, какво може и какво не може изкуственият интелект и как да го ползваш умно и безопасно.Изобретения и техника12-14 г.Изобретатели от България: Джон Атанасов и другиЩе научиш как Джон Атанасов създава електронния компютър и кои още българи оставят следа в науката.Изобретения и техника12-14 г.Изобретения по случайност: пеницилин, микровълнова и ощеКак плесен, разтопен шоколад и бодли от репей доведоха до пеницилина, микровълновата и велкро.Изобретения и техника12-14 г.Как работи интернетътЩе разбереш как едно съобщение се разбива на пакети, намира пътя си през рутери и кабели на дъното на океана и стига за части от секундата.Изобретения и техника12-14 г.Как се прави видеоиграЩе разбереш как работи игровият цикъл, какво са кадри в секунда, кой прави една игра и как да създадеш свой прототип.Изобретения и техника12-14 г.Кодовете и шифрите: тайни съобщенияЩе научиш как работят шифърът на Цезар, морзовата азбука и Енигма и как се разбиват тайни съобщения.

Всички теми в „Изобретения и техника“