Faze izrade proizvoda u aditivnoj proizvodnji

Aditivna proizvodnja izgleda jednostavno: otvori se datoteka i pritisne Ispiši. Između tih dvaju poteza stoji, međutim, niz odluka koje odlučuju hoće li dio biti upotrebljiv. Većina neuspjelih ispisa nije posljedica kvara stroja nego odluke donesene nekoliko koraka ranije — u modelu, u izvozu zapisa ili u postavkama rezanja.

Lanac je uvijek isti, bez obzira na postupak. Razlikuju se pojedinosti: kod smolastih postupaka nema ispune i temperature mlaznice, kod praha nema potpora u uobičajenome smislu. Ali redoslijed koraka — zamisao, model, zapis, rezanje, ispis, obradba, provjera — vrijedi za sve.

Klikni korak da vidiš što se u njemu radi, što je rezultat i što je najčešća pogreška.

Sve počinje trodimenzionalnim modelom. On može nastati oblikovanjem u programu CAD, trodimenzionalnim skeniranjem postojećega predmeta ili iz medicinske snimke. Bez obzira na podrijetlo, model mora zadovoljiti nekoliko uvjeta da bi se uopće mogao ispisati.

Model mora biti zatvoreno tijelo

Geometrija mora biti vodonepropusna: zatvorena ploha bez rupa, bez preklopljenih ili obrnuto okrenutih stijenki i bez plošnih tijela nulte debljine. Program za rezanje slojeva mora u svakome presjeku moći odrediti što je unutra, a što van. Ako to ne može, sloj ostaje prazan ili se ispunjava nasumično, a pogreška se često vidi tek na gotovome dijelu.

Ploha bez debljine česta je pogreška početnika: u programu izgleda kao stijenka, ali nema volumen, pa je stroj ne može ispisati. Svaka ploha mora imati debljinu, a najmanja upotrebljiva debljina ovisi o postupku — kod istiskivanja obično dvostruka širina traga, dakle oko 0,8 mm.

Mjere, jedinice i mjerilo

Model se izrađuje u milimetrima i u mjerilu 1:1. Zapisi koje aditivni strojevi prihvaćaju ne nose podatak o mjernoj jedinici, pa se dio izvezen u colima ispisuje dvadeset pet puta prevelik ili premalen. Provjera je jednostavna: prije rezanja usporediti gabarit dijela s očekivanom mjerom.

Dodatci i tolerancije

Aditivni postupci imaju svoje odstupanje i ono se predviđa već u modelu. Provrt se redovito ispisuje nešto manji od nazivne mjere, a vanjski obris nešto veći, jer se materijal pri skrućivanju steže i jer trag ima širinu. Ako dosjed mora biti točan, ploha se ispisuje s dodatkom i naknadno obradi.

Za spojeve se u praksi koristi zazor: oko 0,2 mm za pomičan spoj i oko 0,1 mm za nepomičan, uz provjeru na ispitnome komadu. Vrijednosti ovise o stroju, materijalu i postupku, pa se jednom izmjere i zatim koriste kao vlastito pravilo.

Oblikovanje s obzirom na postupak

• Previsi — plohe nagnute više od otprilike 45° od okomice traže potporu. Zaobljenje ili skošenje na dnu često uklanja potrebu za potporom u cijelosti.
• Provrti — vodoravni provrt ispisuje se kao previs i izlazi jajolik. Provrt oblika suze ili naknadno bušenje rješavaju problem.
• Stijenke — debljina stijenke treba biti višekratnik širine traga, inače program ostavlja prazninu koju popunjava ispunom.
• Zaobljenja — unutarnji kut ispisuje se zaobljeno jer mlaznica ima promjer; ako je oštar kut nužan, predviđa se rasterećenje.
• Smjer opterećenja — dio se oblikuje znajući kako će biti položen, jer je spoj među slojevima slabiji od materijala.

Model se prije rezanja pretvara u zapis koji stroj razumije. Najčešći je STL — format koji je uz stereolitografiju osmislio Chuck Hull, a koji opisuje samo vanjsku plohu modela, mrežom trokuta. Nema krivulja, nema mjernih jedinica, nema boje ni materijala: samo popis trokuta i njihovih normala.

Upravo zato pretvorba nije bezopasna. Krivulja se mora aproksimirati nizom ravnih ploha, a koliko će ih biti, određuje se pri izvozu. Premalo trokuta i valjak postaje višekutna prizma; previše trokuta i datoteka naraste na stotine megabajta, a program za rezanje usporava bez ikakve koristi za kakvoću dijela.

Povuci klizač: mijenja se broj ploha kojima je opisan valjak promjera 40 mm. Prati odstupanje od prave kružnice, broj trokuta i veličinu datoteke.

Mjerilo za odabir nije broj trokuta nego najveće dopušteno odstupanje od prave plohe. U programima se ta postavka zove odstupanje tetive ili tolerancija. Razumna je vrijednost oko 0,01 do 0,02 mm — dakle znatno ispod točnosti samoga stroja, tako da zapis nije najslabija karika, ali ni nepotrebno velik.

Uz odstupanje se obično zadaje i kut, koji ograničava koliko se smjer plohe smije promijeniti između dvaju trokuta. Kod sitnih zaobljenja kut je taj koji odlučuje, jer je tetiva ionako kratka.

Provjera zapisa prije rezanja

Izvezenu datoteku vrijedi provjeriti prije nego što uđe u program za rezanje. Traže se rupe u mreži, obrnuto okrenuti trokuti, dvostruke plohe i samopresijecanja. Programi za rezanje danas većinu takvih grešaka zaobiđu automatski, ali „zaobiđu“ ne znači „isprave onako kako je konstruktor zamislio“ — mjesto koje je popravio program može ispasti drukčije nego što se očekuje.

Novije zamjene za STL

STL je star koliko i sama tehnologija i pokazuje to. Ne nosi mjernu jedinicu, ne poznaje boju ni materijal, a istu točku pamti onoliko puta koliko se trokuta u njoj sastaje. Zato se sve više koristi 3MF, zapis koji uz geometriju nosi mjerilo, boju, materijal, položaj na ploči i postavke ispisa, i to u sažetome obliku. Zapis AMF imao je sličnu namjeru, ali se nije raširio.

U praksi se i dalje najviše radi sa STL-om, jer ga prihvaća svaki program i svaka usluga ispisa. Kad je riječ o dijelu s više boja ili materijala, ili o sadržaju koji putuje između programa, 3MF je bolji izbor.

Program za rezanje slojeva — u struci poznat pod engleskim nazivom slicer — obavlja posao koji u klasičnoj proizvodnji pripada tehnologu. Model razlaže na presjeke, u svakome presjeku određuje putanje kojima će se kretati mlaznica ili laser, računa koliko se materijala pritom mora izbaciti i sve to zapisuje kao G-kod: niz naredbi koje stroj izvršava redom, bez razmišljanja.

Rezanje nije mehanička radnja nego niz odluka. Iste postavke koje dio čine čvrstim čine ga i sporim; iste koje ga ubrzavaju kvare mu površinu. Ovo su postavke koje u praksi najviše odlučuju.

Kako izgleda G-kod

G-kod je tekstualna datoteka. Svaki redak jedna je naredba: naredbe koje počinju slovom G upravljaju gibanjem, a one sa slovom M uređajima — grijačima, ventilatorima, motorima. Datoteka za ozbiljniji dio ima nekoliko milijuna redaka, ali ih je tek desetak različitih vrsta.

Klikni redak da vidiš što naredba znači.

Pregled prije ispisa

Svaki program za rezanje nudi pregled po slojevima. To nije ukras nego posljednja prilika da se pogreška uhvati prije nego što potroši materijal i vrijeme. Provjerava se prvi sloj — je li površina prianjanja dovoljna; provjerava se presjek na polovici visine — ima li dio ispunu ondje gdje mora nositi; i provjerava se mjesto na kojem počinju potpore — hoće li se moći ukloniti.

Uz pregled ide i procjena: trajanje ispisa, potrošnja materijala i, kod usluge ispisa, cijena. Ta se procjena obično razlikuje od stvarnosti za nekoliko postotaka, što je dovoljno točno za planiranje.

Kad G-kod dođe do stroja, ljudski je posao gotovo završen — ali ne posve. Ispis se priprema, prati i, ako treba, prekida.

Priprema stroja

• Podloga mora biti čista i odmašćena. Otisak prsta dovoljan je da se dio odvoji na polovici ispisa.
• Razmak mlaznice od podloge mora biti izmjeren. Prevelik razmak znači da se prvi sloj ne primi; premalen da se materijal ne može istisnuti.
• Materijal mora biti suh i ispravno uveden. Najlon i PETG upijaju vlagu iz zraka i prije ispisa se suše.
• Radni prostor mora biti prazan — bez ostataka prethodnoga ispisa i bez zaostaloga materijala na mlaznici.

Prvi sloj odlučuje

Najveći dio neuspjelih ispisa propada u prvome sloju. On mora biti pritisnut uz podlogu tek toliko da se tragovi spoje u punu plohu, bez razmaka i bez razljevenih rubova. Vrijedi ga pogledati uživo: ako prvi sloj izgleda dobro, ostatak najčešće prolazi.

Najčešće pogreške i njihovi uzroci

Dio izvađen iz stroja rijetko je gotov. Koliko će posla ostati, odlučeno je mnogo ranije — orijentacijom, izborom postupka i mjestom potpora.

Uklanjanje potpora i čišćenje

Potpore se odvajaju kliještima ili rukom, a topive se otapaju u vodi ili otopini. Nakon uklanjanja ostaje trag koji se po potrebi brusi. Kod smolastih postupaka dio se prvo pere u alkoholu, pa naknadno osvjetljava; kod praha se prah ispuhuje i dio pjeskari.

Obradba površine

• Brušenje — postupno finijim papirom, uz vodu kod polimera koji se griju.
• Bubnjanje i pjeskarenje — ujednačuje plohu na više dijelova odjednom.
• Zaglađivanje parom — kod ABS-a; daje sjajnu plohu, ali blago mijenja mjeru.
• Punjenje i lakiranje — za izgledne dijelove; temeljni premaz zatvara stepenice.
• Strojna obradba — jedini način da dosjed i prihvatna ploha dođu na tolerancijsko polje.

Toplinska obradba i spajanje

Metalni dijelovi redovito idu na toplinsku obradbu radi uklanjanja zaostalih naprezanja, a zatim se odvajaju od ploče. Polimerni dijelovi mogu se lijepiti, variti ultrazvukom ili spajati usadnim maticama koje se utiskuju zagrijane — potonje je uobičajen način da se u ispisani dio unese navoj koji će izdržati ponovno rastavljanje.

Provjera i dokumentacija

Na kraju se provjerava ono što je bilo zadano: mjere pomičnim mjerilom ili mjernim uređajem, masa, funkcija u sklopu i, kod odgovornih dijelova, svojstva na ispitnome komadu ispisanom u istoj seriji. Uz dio se bilježi čime je i kako izrađen — stroj, materijal, serija materijala, visina sloja, orijentacija.

Taj zapis nije birokracija. Bez njega se uspješan ispis ne može ponoviti, a neuspješan ne može objasniti. U granama koje traže certificiranje upravo je taj zapis ono što aditivni dio čini prihvatljivim.

Odgovor se zaključava nakon prvoga klika, uz objašnjenje zašto je točan.