Druk 3D w domu 3. – Przetłumaczone na język maszynowy

Przebrnęliśmy przez dwa pełne artykuły, nawet nie włączając drukarki. Nie wykluczam nawet, że tym razem faktycznie zajmiemy się samym drukiem, oczywiście nie smućmy się z niepohamowanym optymizmem!
W każdym razie wcześniej zakończyliśmy nasz temat faktem, że w końcu na monitorze w taki czy inny sposób wyodrębniono model cyfrowy, który chcemy dostać w swoje ręce. Jak stąd postępować i dlaczego dokąd?

Wychodząc od tego ostatniego pytania, aby wyjaśnić przyczyny, warto pokrótce przypomnieć sobie, jak działają drukarki wykorzystujące proces FDM. Zdecydowana większość z nich to roboty, które składają nasz model warstwa po warstwie, od dołu do góry, układając plastikowe plastry jeden na drugim. Powinieneś sobie wyobrazić, co się dzieje w ten sposób:

Dzięki temu technologia będzie miała kilka unikalnych trików i niekoniecznie oczywistych właściwości, z czym problem polega na tym – dla przypomnienia – plik STL, o którym dotarliśmy w poprzedniej sekcji, odpowiada na pytanie i tylko na pytanie „co kształt ma obiekt, który chcielibyśmy wydrukować?” Zatem w naszym procesie brakuje ogniwa.

Aby zilustrować problem, wyobraźmy sobie następującą niezbyt żelazną analogię, że kiedy tworzymy plik 3D przy użyciu jednej z metod przedstawionych w poprzedniej sekcji, proces ten można porównać do sytuacji, gdy bierzemy płótno i malujemy, powiedzmy, ciasto. Jednak nasza drukarka 3D to szef kuchni, który rozumie tylko z zapisanego przepisu, który zawiera listę składników, narzędzi kuchennych (parametry technologiczne) i tego, co dokładnie z nimi zrobić w kuchni (ścieżka narzędzia). Dla niego nasze malowanie tortu to tylko obraz, sam w sobie niezrozumiały. Przydałoby się zatem coś, co patrząc na ciasto będzie w stanie określić jaki rodzaj biszkoptu, jakiej polewy, jakich składników można użyć, aby uzyskać efekt pokazany na obrazie, a także opisać to naszemu szefowi kuchni w formie zwykłego przepisu. Te narzędzia „generatora przepisów” nazywane są ogólnie krajalnicami – ich powszechnie używanymi przedstawicielami są na przykład Cura, PrusaSlicer czy Slic3r – i dla usprawiedliwienia analogii można już wyczuć, że do ciasta można dojść na więcej niż jeden sposób .

Nazwę krajalnic można wywodzić z faktu, że choć głównym celem tych programów jest spakowanie parametrów technologicznych i samej ścieżki narzędzia w szereg instrukcji, które mogą zostać wykorzystane przez drukarkę, to najbardziej spektakularnie objawia się to krojeniem nasz model przypomina kiełbasę (patrz obrazek poniżej), tworząc w ten sposób połączenie pomiędzy naszym modelem a obrazem technologii powyżej:

Kierunek tego krojenia, choć wpływa na model, nie jest powiązany z modelem, ale z przestrzenią roboczą maszyny: jeśli obrócimy nasz model w przestrzeni, krojenie będzie można odpowiednio zmodyfikować. To pierwszy krok, który może sprawić różnicę pomiędzy korpusem, który można idealnie wydrukować, a rodzajem plastikowego spaghetti, którego samo istnienie sprowadziłoby do naszego mieszkania hiszpańską inkwizycję.

Weźmy na przykład logo naszego magazynu: bez problemu możemy wydrukować je na płasko na stole drukarskim, natomiast postawione na jego krawędzi lub do góry nogami, napotkalibyśmy kilka problemów na raz. Takim problemem jest na przykład to, że plastry plastiku ułożone jedna na drugiej przez naszą drukarkę zmuszone są opierać się na materiale znajdującym się już pod nimi, w przeciwnym razie wciąż gorący stop nie zestaliłby się w wyznaczonym miejscu w przestrzeni, ale rozpłynąłby się wcześniej w nicość. Z reguły każdy wycinek modelu spoczywa na już ukończonym wycinku, znajdującym się o jeden pod nim, jednak jeśli zdarzy się, że nowy wycinek wyjdzie poza niego, to musimy zadbać o jego podparcie drukując podpory, które następnie zdemontujemy z gotowy model. Z reguły „nie możemy drukować w powietrzu”, jednak o tym, ile powinniśmy wydrukować w powietrzu (czyli ile materiału podporowego będziemy potrzebować) decydujemy od razu w jakiej pozycji „umieścimy” model cyfrowy w naszym drukarka.

Innym problemem może być to, że ruch głowicy drukującej może z łatwością oderwać od stołu nasze logo umieszczone na krawędzi, gdyż w miarę budowania coraz wyżej powstają coraz większe momenty obrotowe. Chociaż temu też można zaradzić – pokażę to od razu poniżej – problem jest już widoczny: ten sam model można wydrukować na kilka sposobów, przy użyciu tej samej drukarki i materiału, a każdy wybór może mieć inne zalety i wady.

Na trzecim rysunku powyżej możemy zaobserwować to, co zostało powiedziane do tej pory: po lewej stronie widać jedynie obecność „spódnicy”, która służy do regulacji przepływu materiału w dyszy przed właściwym drukiem, podobnie jak w przypadku kiedy przed napisaniem piszemy trochę długopisem. Wszelkie inne prace będą miały wpływ jedynie na logo PlayDome i nie będą generowane żadne dodatkowe odpady. Po prawej stronie, z logo na górze, nasze kłopoty już się mnożą. Po pierwsze ustawiłem „kołnierz” tak, aby głowica drukująca nie zdarła logo ze sceny, a po drugie, ponieważ litery wiszą w powietrzu w pozycji nieruchomej, widoczny jest również materiał nośny zaznaczony na zielono, który choć nie jest częścią naszego modelu, to jednak nadal tam jest musimy go wydrukować, a na koniec usunąć z gotowego logo wraz z kołnierzem za pomocą skalpela/pęsety/śrubokrętu/zęba/przekleństwa. Choć w czwartej części cyklu artykułów mam nadzieję pokazać przykład, dlaczego ktokolwiek miałby wybrać opcję prawą, skoro wiąże się to z tak wieloma problemami, to na razie kontynuujmy z pozornie oczywistej pozycji lewej strony i zaprezentuj nasze logo!

Oprócz kierunku ułożenia naszego modelu, mamy sporo opcji ustawień, które będą miały wpływ na właściwości naszego gotowego produktu. Przykładowo na stronie „A” powyższego obrazka, która pokazuje wnętrze logo z dwoma różnymi ustawieniami, wyraźnie widać, że zazwyczaj nasze drukowane obiekty nie są zwarte: ich zewnętrzna skorupa, oznaczona żółtym konturem, jest takie same (na obrazku ustawiony rozmiar muszli to trzy grubości linii, gdzie grubość linii wyznacza otwór naszej dyszy: jeśli aktualnie zamontowaną dyszą uda nam się pokryć paski 0,4 mm, to mniej więcej wynosi to do grubości skorupy 3*0,4=1,2 mm), ale część wewnętrzna jest wypełniona tylko procentem, który można określić oddzielnie ki materiału, i można również wybrać jego wzór. Robimy to, ponieważ solidna forma zwykle nie jest o wiele mocniejsza, aby była warta dodatkowego materiału i czasu. Dla porównania, po stronie „B” widzimy stuprocentowe, czyli pełne, wypełnienie, a grubość skorupy jest ustawiona na dwukrotnie większą wartość – oczywiście ma to bardzo małe znaczenie w przypadku części pełnej.

Skoro zetknęliśmy się z kwestią grubości linii, warto też zwrócić uwagę na wynikające z niej ograniczenie: nasza drukarka rysuje kolejne przekroje na płaszczyznach znajdujących się nad sobą, ale w zasadzie może to zrobić tylko z taką szczegółowością, jak „grubość linii” pióro” – czyli wielkość dyszy, otworu, przez który wciskany jest luzem plastik, a średnica ta waha się zwykle od 0,1 do 0,8 mm. Ogólnie rzecz biorąc, warto wziąć pod uwagę, że w przypadku cienkich form przypominających kolce zakres milimetrów jest w przybliżeniu ostateczną granicą, a łącznie wymiary naszego gotowego produktu mogą wynosić około pół milimetra.

Wszystko to, przyznaję, mogło wydawać się skupione na raz, ale starałem się nie zagubić w natłoku konkretnych chwytów technologicznych i konkretnych danych – choć w oparciu o powyższe założenia zrobimy nieco trudniejszy druk w następna część – a raczej skupienie uwagi na tym, że choć drukarki 3D są naprawdę bardzo elastycznymi i użytecznymi narzędziami,

• z jednej strony trzeba pamiętać, że technologia nie pozwala na stworzenie idealnych replik obiektów jak replikator Star Trek,
• z drugiej strony, bardzo duża część udanego wydruku zależy od krajalnicy: nie ma znaczenia, jaki przepis zastosuje nasza drukarka, aby ciasto wyglądało w określony sposób!

Przy odrobinie praktyki, dobrze wyregulowanej maszynie, dowcipnych pomysłach i odrobinie szczęścia przesuwanie granic technologii daje dobrą zabawę i szerokie możliwości, ale ważne jest, aby nie wskakiwać w druk 3D z nierealistycznymi oczekiwaniami – lub w innym podejściu : wybierz maszynę i technologię odpowiadającą Twoim potrzebom, a my formułujemy nasze potrzeby w oparciu o wiedzę technologiczną.

Do tej pory rozmawialiśmy o tym, jak możemy i powinniśmy umieścić nasz obiekt w przestrzeni roboczej, jak można go pokroić i podeprzeć, jaką grubością linii można „rysować” poszczególne plasterki – oraz sumę wszystkich tych operacji które wpływają na nasz dotychczasowy model i poprzedzają wydruk, jest zadaniem krajalnicy. Zajmowaliśmy się przede wszystkim samą koniecznością tych ustawień, aby zrozumieć, że nasza ewentualnie nowo zakupiona drukarka również będzie oczekiwać tej informacji w „przepisie” przechodzącym przez krajalnicę, ale nie będzie tego wiedzieć z trójwymiarowego modelu opisanego w rozdziale Poprzednia sekcja. Są ku temu dwa główne powody, z jednej strony, że chcemy wydrukować różne obiekty o różnych parametrach wewnętrznych w niektórych przypadkach (np. o różnej grubości warstw, czyli „szczegółowo”), a z drugiej strony, że te ustawienia zależą również od warunków zewnętrznych: na przykład jakiego rodzaju żarnika używamy, znowu jest to coś, czego nasza drukarka sama nie jest w stanie poznać. Dobra wiadomość jest taka, że ​​w Internecie można łatwo znaleźć przybliżone zalecenia dotyczące tych ustawień, a gdy już dostosujesz ustawienie, które sprawdza się dobrze w przypadku konkretnego materiału, możesz jedynie dostroić zapisane wartości dla każdego z naszych modeli.

Teraz, kiedy już zakończyliśmy fazę przygotowawczą, możemy za jednym naciśnięciem przycisku przetłumaczyć powyższą masę informacji, które rozumiemy, na plik w formacie .gcode: będzie to kod maszynowy, który będzie w dużej mierze wypełniony kolejne dane współrzędnych i jasno opisze dla naszej drukarki, jakie ustawienia i ruchy muszą zostać wykonane, aby na końcu procesu uzyskać pożądany obiekt. Przykład takiej linii programu pokazuję na powyższym obrazku, ale tak naprawdę to tak dla ciekawości – praktycznie nie musimy rozumieć i zajmować się niczym specjalnym na tym świecie, byle nasz krajalnica spełniał swoje zadanie Dobrze.

A skoro już otrzymaliśmy nasz gotowy „przepis na ciasto”, wystarczy, że przeniesiemy go do naszej drukarki poprzez USB, kartę pamięci lub np. Wi-Fi i wciśniemy duży „DRUKUJ!” przycisk. …nie, naprawdę teraz. Poważnie. Z reguły od strony dobrze ustawionej, gotowej do użycia drukarki, tak naprawdę wystarczy wydrukować, jedno naciśnięcie przycisku, ponieważ wszystko, co musisz wiedzieć, jest zawarte w naszym gcode, dlatego tak się męczyliśmy dużo za pomocą krajalnicy. Odtąd możemy usiąść i modlić się, aby wszystko poszło dobrze i aby nie wydarzyło się nic, co sprawi, że następnego dnia zobaczymy nasz dom w Hírado, a jeśli i to nam się uda, to w końcu będziemy mogli dostać się w nasze ręce na owocach naszej pracy! Poprzez analogię do ciasta w całym artykule jestem przekonany, że kryje się tu dowcip „To ciasto to kłamstwo”, ale może nie ekshumujmy memów sprzed dziesięciu lat. (Czekaj, czy Portal 2 naprawdę ukazał się w 2011 roku!? Starzejemy się w zastraszającym tempie.)

Podsumowując, nasza drukarka sama z modelem pobranym z Internetu nie będzie w stanie nic zrobić, gdyż oczekuje od nas szeregu instrukcji krok po kroku, które musimy wyprodukować za pomocą krajalnicy. Tego kroku, w przeciwieństwie do np. modelowania przedstawionego w poprzednim rozdziale, zwykle nie da się zapisać, ale zobaczyliśmy też, dlaczego nie: tak jak na przykład możemy pobrać z Internetu dokumenty PDF przygotowane przez innych, przed ich wydrukowaniem wciąż musimy powiedzieć naszej drukarce, jakiego rozmiaru papieru używamy, czy żądamy drukowania w kolorze, dwustronnie, jakiej rozdzielczości chcemy użyć i tak dalej. Choć jest to ustawienie kilkusekundowe w przypadku drukowania na papierze „2D”, to ta faza wymaga nieco większej staranności w przypadku drukowania 3D, ale mimo to jego proces jest znacznie mniej przerażający, niż mogłoby się początkowo wydawać na podstawie powyższego. Faktycznie, może być całkiem zabawnie!

W kolejnej, finałowej części, w duchu eklektyzmu, odklejamy nasz model ze stołu od podłoża, szlifujemy, malujemy, zmieniamy surowiec w trakcie druku, bawimy się przepuszczalnością światła surowca, rozmyślamy w ramach budżetu, zniszcz małe foki i ogólnie rób, co ci przyjdzie do głowy. dostaje