3D printeri

Što se s modelom događa prije ispisa

Između gotovog modela i ispisanog dijela stoje tri pretvorbe, a svaka od njih nešto mijenja. Prva je pretvorba iz volumnog modela u mrežu trokuta: zakrivljene plohe zamjenjuju se nizom ravnih trokuta. Druga je rezanje na slojeve: mreža se presijeca vodoravnim ravninama na razmaku jedne visine sloja, pa se od cijele geometrije zadržavaju samo obrisi u tim ravninama. Treća je pretvorba obrisa u naredbe pisaču, obično u G-kodu, zajedno s ispunom, potporama i rubovima.

Nijedna od tih pretvorbi ne vraća se unatrag. Iz G-koda se ne može rekonstruirati model, iz slojeva se ne može izvući skica, a iz mreže se ne vidi koja je mjera bila nazivna. Zato se izvoz za ispis nikada ne smatra pohranom modela; izvorni dokument dijela ostaje jedini zapis iz kojega se može mijenjati.

Program koji radi drugu i treću pretvorbu zove se rezač (engl. slicer). Njemu se predaje mreža, a on traži još i podatke o pisaču i o postupku: visinu sloja, debljinu stijenke, gustoću i uzorak ispune, temperature, brzine te pravila za potpore. Konstruktor na ta pravila utječe posredno — oblikom dijela i orijentacijom u kojoj se dio ispisuje.

Izvoz u STL i 3MF

STL je najstariji i najrašireniji format za ispis. Njegov je sadržaj krajnje jednostavan: popis trokuta, a za svaki trokut tri vrha i normala. To je sve. STL ne zna koje su jedinice upotrijebljene, ne pamti boju ni materijal, ne sadrži tolerancije i ne pamti da su tri trokuta nastala iz iste, nekada zakrivljene plohe. Postoji u tekstualnoj i u binarnoj inačici; binarna zapisuje isti sadržaj u otprilike šest puta manjoj datoteci i u pravilu se koristi.

Jedinice su najčešći uzrok nesporazuma. Kako STL ne nosi taj podatak, dio modeliran u milimetrima može se u tuđem programu otvoriti kao dio u palcima ili centimetrima i ispisati u posve pogrešnoj veličini. Zato se uz datoteku uvijek navode jedinice i barem jedna kontrolna mjera — za nosač P-12 to je najlakše duljina od 120 mm.

3MF je noviji zapis koji uklanja te nedostatke. To je komprimiran spremnik u kojem su, uz mrežu, zapisane i jedinice, boje, materijali, podaci o sklopu s više dijelova i postavke ispisa. Mreža je u njemu zapisana preko zajedničkog popisa vrhova, pa je datoteka bitno manja od odgovarajućeg STL-a. Kad ga i pisač i rezač podržavaju, 3MF je bolji izbor; STL ostaje zbog toga što ga podržavaju svi.

Tolerancija mreže

Pri izvozu se zadaje tolerancija mreže — najveće dopušteno odstupanje tetive od prave plohe modela. Uz nju ide i kutno odstupanje, koje ograničava razliku smjera dvaju susjednih trokuta. Te dvije postavke zajedno određuju koliko će trokuta nastati, a time i koliko će datoteka biti velika i koliko će ispisani dio biti vjeran modelu.

Veza je nezgodna jer nije linearna. Ako se tolerancija prepolovi, duljina brida trokuta smanji se približno za korijen iz dva, a broj trokuta na istoj plohi udvostruči se. Deset puta manja tolerancija znači otprilike deset puta više trokuta. Datoteka od nekoliko megabajta lako naraste na stotine megabajta, a rezač se uspori ili stane, iako se na ispisanom dijelu razlika više ne vidi.

Razuman izbor vezan je uz ono što pisač uopće može izvesti. Nema smisla tražiti toleranciju 0,005 mm od dijela koji se ispisuje s mlaznicom promjera 0,4 mm i visinom sloja 0,2 mm. Za uobičajeni ispis taljenom niti dobra je tolerancija između 0,02 i 0,05 mm; za fotopolimerne postupke, gdje je sloj oko 0,05 mm, ide se na 0,01 mm. Za prikaz i za provjeru uklapanja dovoljna je i 0,1 mm.

Zatvorenost mreže i normale

Da bi se mreža mogla ispisati, mora biti zatvorena: svaki brid mora pripadati točno dvama trokutima, a ploha mora jednoznačno dijeliti prostor na unutrašnjost i vanjštinu. Takva se mreža naziva i vodonepropusnom. Ako negdje nedostaje trokut, rezač u toj ravnini dobiva otvoren obris i ne zna što je materijal, pa sloj ispadne prazan, prepolovljen ili posve pogrešan.

Uz zatvorenost, važne su i normale. Svaki trokut ima smjer koji pokazuje van iz tijela. Ako je nekoliko trokuta okrenuto naopako, geometrija na zaslonu izgleda ispravno, ali rezač na tom mjestu misli da je unutrašnjost vani. Posljedica su rupe u stijenci ili ispuna ondje gdje je trebala biti šupljina.

Model koji je uredno izgrađen u SolidWorksu gotovo uvijek daje zatvorenu mrežu s ispravnim normalama, jer se izvozi iz volumnog tijela. Problemi nastaju kada mreža dolazi sa skenera, iz uvezene plošne geometrije ili iz programa za slobodno oblikovanje. Tada se koristi popravak mreže: zatvaranje rupa, uklanjanje samopresjecanja, brisanje osamljenih i udvostručenih trokuta te ujednačavanje normala.

Orijentacija, prevjesi i potpore

Kod aditivnih postupaka ista geometrija može dati vrlo različite dijelove, ovisno o tome kako leži na podlozi. Dio se gradi sloj po sloj, pa je čvrstoća u smjeru gradnje uvijek manja nego u ravnini sloja; slojevi se međusobno spajaju slabije od materijala unutar sloja. Zato se dio postavlja tako da najveće naprezanje ne djeluje okomito na slojeve.

Druga posljedica gradnje po slojevima jesu prevjesi. Svaki dio plohe koji je od vodoravne ravnine nagnut manje od otprilike 45° nema na čemu ležati i mora se poduprijeti. Potpore se ispisuju zajedno s dijelom i naknadno lome ili otapaju, ali za sobom ostavljaju hrapav trag, troše materijal i produljuju ispis. Provrt izveden okomito na podlogu ne treba potpore; isti provrt okrenut vodoravno ima gornju polovicu u prevjesu i najčešće ispada spljošten.

Izbor položaja zato je uvijek nagodba. Ležeći položaj nosača P-12 daje najkraći ispis, najmanje potpora i okrugle provrte, ali rebro tada leži u ravnini sloja i dio je najslabiji upravo u smjeru u kojem se savija. Stojeći položaj daje bolju čvrstoću rebra, ali traži potpore ispod cijele ploče. U praksi se biraju dva do tri položaja, za svaki se u rezaču izračuna vrijeme i potrošnja, pa se odluka donosi na temelju brojeva.

Debljine stijenki, zračnosti i mogućnosti postupka

Aditivni postupak ne može ispisati ono što je tanje od traga koji ostavlja. Kod ispisa taljenom niti najmanja je razumna debljina stijenke dvostruka širina mlaznice, dakle oko 0,8 mm za mlaznicu 0,4 mm; ispod toga stijenka postaje jedna crta bez ispune i lako puca. Kod fotopolimernih postupaka granica je niža, oko 0,4 mm, a kod sinteriranja praha oko 0,7 mm jer se tanje stijenke izobliče pri hlađenju.

Kada se ispisuju dijelovi koji trebaju sjesti jedan u drugi, potrebna je zračnost. Materijal se pri hlađenju skuplja, a trag mlaznice je širi od zamišljene linije, pa se dva dijela izrađena s nazivnim mjerama nikada ne sastave. Za pomičan spoj računa se oko 0,4 do 0,5 mm ukupne zračnosti, za nepomičan spoj oko 0,2 mm, a za provrte se uzima da izlaze manji od nazivnih pa se modeliraju s dodatkom ili se naknadno probuše.

Na kraju vrijedi i obrnuto pravilo: model treba prilagoditi postupku, a ne postupak modelu. Ako se nosač P-12 ispisuje radi provjere uklapanja, provrt Ø40 može ostati kakav jest; ako se ispisuje kao upotrebljiv dio, provrt se modelira manji i naknadno se izbuši ili proširi, jer ispisani provrt u pravilu ispada uži od nazivne mjere. Ista se logika primjenjuje na navoje, utore i naliježuće plohe.

Ključni pojmovi

Provjeri se

Kratka provjera prije prelaska na sljedeću jedinicu. Odgovor se potvrđuje klikom, a obrazloženje se prikazuje odmah.