3D ispisivanje modela složenijih geometrija

Previsi i pravilo kuta

Svaki se sloj polaže na prethodni. Ako je stijenka nagnuta, svaki je sloj pomaknut prema van za iznos koji ovisi o kutu nagiba i o visini sloja. Taj pomak iznosi h × tg α, gdje je h visina sloja, a α kut između stijenke i okomice. Dio linije koji visi iznad praznine drži se samo zato što je ostatak linije nalegao na materijal ispod.

Uz visinu sloja 0,20 mm i širinu istisnute linije približno 0,42 mm, pri kutu od 45° pomak iznosi 0,20 mm, pa svaka linija naliježe na prethodnu s približno polovicom svoje širine. To je granica koja se u praksi pokazala podnošljivom i iz nje dolazi poznato pravilo 45°: previs nagnut do 45° od okomice ispisuje se bez potpore, a strmiji traži potporu.

Pravilo je korisno, ali nije zakon. Pomak ovisi o visini sloja, pa se pri tanjem sloju isti kut ispisuje lakše. Uz jače hlađenje materijal se brže učvrsti i previs bolje drži. PLA podnosi veće previse od PETG-a jer se brže stvrdne. I sama duljina previsa igra ulogu: kratak previs od 60° preko dva milimetra proći će, a isti takav previs preko dvadeset milimetara neće.

Mostovi

Most je poseban slučaj previsa: potez razapet između dvaju oslonaca, bez ičega ispod sebe. Printer ga ispisuje drugačije nego običnu liniju. Mlaznica prelazi razmak u jednom potezu, bez zastajanja, uz veću brzinu, smanjeno istiskivanje i puno hlađenje. Rastaljena nit se pritom ponaša kao uže: napinje se i pomalo objesi.

Koliko dug most printer podnosi ovisi o hlađenju, materijalu i brzini. Uz dobro hlađenje i PLA, razmaci do približno 20 mm prelaze se uredno, do 50 mm uz vidljiv ugib, a iznad toga most se objesi ili pukne. Kod PETG-a i fleksibilnih materijala granica je znatno niža. Drugi je sloj iznad mosta uvijek uredniji od prvoga, pa se donja ploha iznad mosta gotovo uvijek malo popravi sama.

U praksi se dug most rijetko rješava potporom. Češće se mijenja sam model: umjesto ravnog poklopca provrta uvodi se kapljičasti oblik, kod kojeg se otvor prema vrhu sužava u šiljak, ili se vodoravni provrt zamjenjuje šesterokutnim otvorom čije se gornje stranice nagnu pod 45°. Oba zahvata potpuno uklanjaju potrebu za potporom, a na funkciju gotovo ne utječu.

Tanke stijenke i promjer mlaznice

Mlaznica promjera 0,4 mm istiskuje liniju širine približno 0,4 do 0,45 mm. To je najmanja količina materijala koju printer može položiti na jedno mjesto, pa je ujedno i najmanja debljina stijenke koja se uopće može ispisati. Stijenka tanja od toga u sliceru jednostavno nestane: programski alat je ne može podijeliti ni u jednu liniju i preskoči je bez upozorenja.

Problem se javlja i pri debljinama koje nisu višekratnik širine linije. Stijenka od 0,7 mm ne može se ispisati ni jednom ni dvjema linijama: jedna je pretanka, dvije su predebele. Slicer tada ili proširi liniju, ili ostavi uzdužnu prazninu u sredini, ili ubaci tanku dopunsku liniju nejednake širine. Sva tri ishoda daju slabiju i ružniju stijenku. Zato se stijenke projektiraju kao višekratnik širine linije: 0,45 mm, 0,9 mm, 1,35 mm, 1,8 mm.

Isto vrijedi i za rebra, natpise i ugravirane crte. Podignuto slovo uže od 0,4 mm neće se pojaviti, a udubljeno slovo uže od 0,4 mm neće se urezati jer mlaznica ne može ući u tako uzak prostor. Natpis na predmetu koji se ispisuje mlaznicom 0,4 mm zato se projektira sa širinom poteza od najmanje 0,8 mm i dubinom ili visinom od najmanje 0,4 mm.

Sitni detalji i zaobljenja

Najmanji detalj u vodoravnoj ravnini ograničen je promjerom mlaznice, a najmanji detalj po visini visinom sloja. Zaobljenje polumjera 0,3 mm na vodoravnom bridu pri visini sloja 0,20 mm opisat će se s nepuna dva sloja, pa će izgledati kao stepenica, a ne kao zaobljenje. Da bi zaobljenje izgledalo kao zaobljenje, potrebno mu je najmanje pet do šest slojeva, dakle polumjer od barem jednog milimetra pri sloju 0,20 mm.

Sitni detalji imaju i drugi problem: vrijeme hlađenja. Ako sloj traje vrlo kratko, kao kod tankog šiljka ili malog stupića, materijal nema vremena očvrsnuti prije nego što na njega dođe sljedeći sloj. Detalj se tada rastopi i izgubi oblik. Slicer to rješava najmanjim vremenom sloja: ako je sloj kraći od zadanog, brzina se automatski smanjuje ili se glava između slojeva zadržava. Druga je mogućnost ispisati više takvih predmeta odjednom, jer mlaznica tada između dvaju dolazaka na isto mjesto obiđe i ostale.

Za vrlo sitne detalje mijenja se mlaznica. Mlaznica od 0,25 mm opisuje finije oblike i tanje stijenke, ali ispisuje znatno sporije i lakše se začepi. Mlaznica od 0,6 ili 0,8 mm ispisuje brže i daje čvršće stijenke, ali gubi detalj. Izbor mlaznice je zato prva odluka kod modela sa složenom geometrijom, prije bilo koje postavke u sliceru.

Šuplji predmeti i zarobljeni materijal

Ispuna od 20 % znači da je predmet iznutra mreža, a ne puni blok. Na modelu N-14 to je razlika između 14,8 cm³ pune stijenke i približno 6,2 cm³ stvarno istisnutog materijala, dakle između mase od oko 18 g i stvarnih 7,7 g u PLA. Mreža ostaje zatvorena unutar predmeta i nikome ne smeta.

Kod predmeta koji se ispisuju s potporom u zatvorenoj šupljini situacija je drugačija. Potpora ostaje unutra i ne može se izvaditi, pa predmet postaje teži, a šupljina prestaje biti šupljina. Isto vrijedi i za neočvrsnutu smolu kod postupaka s tekućim materijalom te za neotopljeni prah kod SLS postupka: i jedno i drugo ostaje zarobljeno u zatvorenoj šupljini.

Rješenje je uvijek isto — otvor za pražnjenje. U model se predvide najmanje dva otvora, jedan za izlaz materijala i jedan za ulaz zraka, promjera najmanje 3 do 5 mm kod smole i praha, a kod FDM potpore toliki da kroz njih prođe alat. Otvori se postavljaju na najnižu i najvišu točku šupljine u položaju u kojem će se predmet prazniti. Ako otvori narušavaju izgled, predmet se dijeli na dva dijela i naknadno lijepi.

Zračnosti i orijentacija

Pokretni sklop ispisan u komadu — zglob, šarka, lančani vod, zupčasti prijenos — radi samo ako između pokretnih ploha postoji zračnost. Ispisani materijal je širi od nazivnog oblika jer se istisnuta linija razlije, pa se dvije plohe modelirane s razmakom nula spoje u jedno. U praksi se za FDM uz mlaznicu Ø 0,4 mm uzima zračnost od 0,3 do 0,5 mm za plohe koje klize jedna po drugoj, 0,2 mm za dosjed koji se sastavlja rukom i 0,1 mm ili manje za čvrsti dosjed koji se utiskuje.

Zračnost ovisi i o smjeru. Razmak u ravnini XY ispisuje se točnije od razmaka po osi Z, jer je u ravnini određen putanjom, a po visini visinom sloja. Zato se pokretni sklopovi ispisuju tako da os gibanja bude okomita na podlogu kad god je to moguće.

Time se dolazi do najmoćnijeg alata za složene geometrije, a to je orijentacija. Ista se složenost može ukloniti samim okretanjem modela. Nosač N-14 položen na najveću plohu nema nijedan previs iznad 45° i ispisuje se bez ijedne potpore. Isti nosač uspravljen na bok dobiva dva previsa, most iznad provrta i potrebu za potporom, a vrijeme ispisa raste. Prije nego što se uključe potpore, uvijek se prvo iskuša okretanje modela.

Ključni pojmovi

Provjeri se

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