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.
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!
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
- 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.
- 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".
- 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.
- 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.
- 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.
- 11. МоделРисуваш или изтегляш 3D модел
- 22. STL файлПовърхността става мрежа от триъгълници
- 33. СлайсерМодел се реже на слоеве, избираш пълнеж и подпори
- 44. G-кодСписък с команди за движение и температура
- 55. ПечатДюзата полага слой след слой
- 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
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.
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
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.
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
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.
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.
Ръчен 3D принтер от картон
Цел: Да усетиш как предмет се изгражда слой по слой.
- Избери проста форма, например пирамида или планина.
- Нарисувай на картон 8 до 10 контура: всеки следващ малко по-малък от предишния (всеки е един "слой").
- Изрежи ги с ножица (по-малките с помощ, ако трябва).
- Залепи ги един върху друг, центрирани.
- 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.