poniedziałek, 20 maja

O czym mowa?

Drukarki 3D stają się coraz modniejszym produktem na rynku. Dzieję się to prawdopodobnie za sprawą tego iż dzięki tym niezwykłym urządzeniem każdy, na własną rękę może wyprodukować drobne części, biżuterie, zabawki – każdy pomysł może zostać zrealizowany.

Nie trzeba już zlecać produkcji drogich specjalistycznych elementów, bo po co? Projektuje się je w komputerze i drukuje w 3D. Jedynym ograniczeniem jest ludzka wyobraźnia oraz jakość wydruków. Jest to również ogromne ułatwienie dla projektantów, którzy dotychczas musieli natrudzić się przy wykonywaniu prototypów czy makiet.

Choć temat wydaje się świeży, technologia umożliwiające drukowanie przestrzenne pojawiła się już w latach 80 XX wieku.

Jak działają drukarki 3D?

Pierwszy etap – Modelowanie

Jednym z najbardziej znanych producentów oprogramowania do projektowania modeli jest firma Autodesk. Dzięki ich programowi, AutoCAD, można wygodnie tworzyć rozmaite bryły, które kolejno mogą być wykorzystywane jako wytyczne do drukowania.

Większość drukarek obsługuje pliki w formacie STL, dlatego też pliki z CAD’a należy zawczasu przekonwertować. Pliki z tą końcówką zapisują dokładny kształt części przy użyciu trójkątnych aspektów. Duże powierzchnie dzięki zastosowaniu znacznej ilości niewielkich aspektów zapisywane są w wysokiej jakości.

Drugi Etap – Drukowanie

Aby wykonać wydruk, urządzenie odczytuje projekt i ustanawia kolejność poszczególnych warstw materiałów potrzebnych do wykonania modelu. Materiały dostarczane są do drukarki w postaci: płynów, proszków lub arkuszy materiałów. Warstwy te, odpowiadają wirtualnym przekrojom modelu zaprojektowanego w programie CAD. Są one połączone ze sobą, tak więc po wyprodukowaniu ich wszystkich, automatycznie zastają związane aby utworzyć ostateczny kształt wydruku 3D. Główną zaletą tej metody jest jej zdolność do tworzenia praktycznie dowolnych kształtów geometrycznych.

Rozdzielczość takich drukarek określa się w DPI bądź w Mikronach (grubość warstwy). Typowa wartość wynosi około 100 mikronów, czyli 0,1mm. Profesjonalne drukarki są jednak w stanie drukować w rozdzielczości 16 mikronów. Średnica cząsteczki 3D wynosi od 50 do 100 mikronów (0,05-0,1mm).

Produkcja pojedynczego modelu dzięki współczesnym rozwiązaniom może trwać od kilku godzin do kilku dni, w zależności od stosowanej metody, wielkości i złożoności drukowanego modelu. Niektóre drukarki posiadają jednakże wiele dodatków usprawniających wykonywaną przez nie pracę, co niesie za sobą skrócenia czasu produkcji.

Stereolitografia jest to proces produkcji przedmiotów, który zachodzi w kadzi z ciekłą żywicą, ultrafioletowy lasera utwardza w niej elementy modelu (całą warstwę na raz). Dla każdej warstwy, laser 'śledzi’ przekrój wzoru na powierzchni żywicy. Ekspozycja na światło ultrafioletowe w tak zwanej 'kuracji laserowej’  zestala wzorzec wyznaczony na żywicy i łączy z poprzednimi warstwami.

Tworzywa do drukowania 3D:

  • PLA – (kwas polimlekowyjest to biodegradowalny polimer wytwarzany z kwasu mlekowego, który może być pozyskiwany w fermentacji roślin (np. z kukurydzy). Czyni go to idealnym kandydatem do stosowania w niektórych dziedzinach pozyskiwania energii w biednych obszarach świata. Topi się w dość niskiej temperaturze około 180 – 220 ° C.
  • ABS –(Akrylonitryl-butadien-styrenjak lekki i może być formowany zarówno wtryskowo jak i być poddawany wytłaczaniu . Ma lepsze właściwości mechaniczne niż HDPE i jest mniej kruche niż PLA. Wymaga wyższych temperatur, więc lepiej pracuje z urządzeniami mocno nagrzewajacymi. Wadą jest to, że ABS musi być wytłaczany temperaturze od 215-250 ° C.
  • PVA – (alkohol poliwinylowy) [PVOH, PVA lub PVAL] jest rozpuszczalny w wodzie. PVA ulega całkowitemu rozkładowi oraz szybkiemu rozpuszczeniu. Jego temperatura zeszklenia wynosi około 85 ° C . Szybko rozkłada się w temp. powyżej 200 ° C i może ulec pirolizie w wysokich temperaturach.
  •  Resin (żywica) – zaletą tego tworzywa jest długi okres trwałości, gdy nie jest on narażony na działanie światła. Poza tym po wydrukowaniu modelu łatwo usunąć z niego zalegającą jeszcze żywicę. Żywica jest bezpieczna dla środowiska. Twardnieje pod wpływem światła ultrafioletowego.

Mała dawka Historii – Pierwsza drukarka 3D – SLA-250.

Technologia drukowania 3D została zapoczątkowana przez Charlesa Hull w 1984. Stworzył on maszynę do tworzenia trójwymiarowych obiektów za pomocą metody zwanej stereoligatografią. Niestety nie zdobyła ona uznania, dopiero po czterech latach wyprodukowano i upubliczniono nową wersje tej maszyny – SLA-250.

Sama stereilitpgrafia stała się bardzo popularna już pod koniec 1980 roku, wtedy tez zaczęto prace nad podobnymi technologiami takimi jak FDM (Fused Deposition Modeling) oraz SLS (Selektywne Laserowe Spiekanie). Pierwsza z metod została wynaleziona w 1988 roku przez  Scotta Crumpa, założyciela Stratasys. Kilka lat później opatentowano jeszcze inną technologię  – trójwymiarową technikę drukowania (3DP), która jest podobna technologicznie do drukarek atramentowych 2D.

Rok 1996 przyniósł trzy pionierskie produkty: Genisys od Stratasys, Actua 2100 od 3D Systems i „Z402” od Z Corporation. Wtedy też, w stosunku do tych urządzeń po raz pierwszy została użyta nazwa „Drukarka 3D”.

Kolejne dwa przełomy nastąpiły w 2005 i 2006 roku. Pierwszym było wypuszczenie na rynek pionierskiej drukarki 3D o nazwie Spectrum Z510, umożliwiała ona jako pierwsza drukowanie modeli w kolorze. Kolejnym znaczącym krokiem w dziedzinie drukowania przestrzennego było opublikowanie drukarki Reprap. Wyposażona była w otwarty kod źródłowy i umożliwiała drukowanie w poszerzonej gamie materiałów.

Niewielkie drukarki 3D do produkcji części prototypów zostały upowszechnione w 2010 roku, od tej pory pracuje się nad ulepszeniem druków oraz poszerzeniem gamy materiałów z jakich wykonywane zostają wydruki.

RapCraft – Polska drukarka 3D

Listopadem ubiegłego roku na portalu Kickstarter pojawił się polski projekt drukarki  „Super łatwa w montażu drukarka 3D zaprojektowana i wykonana w Polsce”.

RapCraft różni się od innych drukarek 3D tym iż jego konstrukcja w całości wykonana została z aluminium, dzięki czemu uzyskano lekkie i zarazem trwałe urządzenie. Poza tym producent zachwala stelaż autorskiego projektu, pozwalający zachować sztywność i stabilność drukarki.

Produkt kierowany jest dla osób prywatnych, małych firm oraz dla szkół. Twórcy informują że ich celem jest spopularyzowanie druku przestrzennego. Posiadanie takiej maszyny z pewnością jest w stanie dobrze zmotywować do nauki, w końcu aby zaprojektować model trzeba popracować nad wyobraźnią oraz nauczyć się obsługi odpowiednich programów.

Elektronika RapCraft stworzona została na podstawie RAMPS i jak zapewnia producent dzięki ulepszeniom i dopasowaniu do drukarki, ich wersja pozwala uzyskać możliwie najlepsze rezultaty. Zawiera ona mikro-filtry oraz kable ekranowe likwidujące wszelkie zakłócenia.

Oprogramowanie RapCraft jest w pełni darmowe, oparte o otwarty kod źródłowy Reprap’a. Dzięki temu drukarka 3D jest w pełni uniwersalna i umożliwia korzystanie z otwartych rozwiązań. Przy pierwszym uruchomieniu należy zainstalować sterowniki oraz darmowy Repetier-Host służący do komunikacji z sprzętem. Oprogramowanie obsługuje pliki w formacie *.STL oraz *.OBJ. Specjalnie przygotowane profile i pliki kalibracyjne są automatycznie dodane do programów Skeinforge i Slic3r przy instalacji oferując szybkie i bezproblemowe drukowanie 3D.

Dane techniczne:

  • Tworzywa: ABS i PLA
  • Wymiary urządzenia 45 x 50 x 53 cm
  • Pole wydruku : 26 x 20,5 x 20 cm
  • Waga : 6,7 kg
  • Podgrzewana platforma
  • Dysza : 0,35 mm
  • Żarnik : Używa włókna o średnicy 1,75 mm
  • Elektronika : RAMPS
  • Rozdzielczość warstwy :  <50 mikronów
  • Zasilanie : 12V (międzynarodowa wtyczka wewnętrzna)
  • Plastikowy wyprasek wtryskowy : dla większej trwałości druków 3D
  • Oprogramowanie: pakiet oprogramowania Rapcraft kompatybilny z otwartym kodem źródłowym RepRap.
Oprogramowanie kompatybilne z RapCraft:
  • Windows XP, Vista, Windows 7
  • Mac
  • Linux

źródło: rapcraft.com; kickstarter.com

Do kogo kierowane są niewielkie drukarki 3D?

  • Architektów – aby ułatwić im wyprodukowanie modeli budynków, bloków bądź całych plansz
  • Projektantów- ułatwić mają one wytworzenie prototypów produktów które łatwiej ocenić w formie materialnej niż na podglądzie wizualizacji;
  • Hobbistów – o wiele tańsze jest wyprodukowanie niezbędnych elementów przykładowo: figurek do gry, części do modeli itp.
  • Właścicieli małych firm – aby niezbędne produkty drukowali we własnych biurach bez potrzeby zamawiania ich w specjalistycznych sklepach;
  • Studentów – drukowanie projektów z pewnością rozwija wyobraźnię oraz dodatkowe umiejętności.
  • Do użytku w domu – samemu można wyprodukować zepsute elementy, dodrukować śrubki itp, bądź wykonywać zabawki dla dzieci czy przekształcić ich pomysły w rzeczywiste przedmioty.

Dane techniczne kilku projektów zrealizowanych za pomocą crowdfunding’u.

 

ROBO  

Dane techniczne:

  • Tworzywa: ABS i PLA
  • Wymiary urządzenia: 43 x 38 x 45 cm
  • Pole wydruku : 25,4 x 25,4 x 20,3 cm
  • Podgrzewana platforma: 25,4 x 25,4 cm, wykonana z akrylu 
  • Dysza : 0,4 mm średnica
  • Żarnik : Używa włókna o średnicy 1,75 mm
  • Silniki : 5 NEMA 17 – 48 uncji (w momencie zatrzymania) 
  • Elektronika : Arduino MEGA 2560 z rampy 1,4 tarczy
  • Rozdzielczość warstwy : 100 mikronów
  • Zasilanie : 12V 30Amps zasilacz impulsowy ( zarówno dla 115V i 230V)
  • 12 łożysk lm8uu (do precyzyjnego ruchu)

 B9Creator 

Dane techniczne:

  • Tworzywa: FDM, żywica
  • Wymiary urządzenia :  30,5 x 47 x 79 cm
  • Pole wydruku : 10,24 x 7,68 x 20,32 cm ( w 100 mikronach) oraz 5,12 x 3,84 x 20,32 ( przy 50 mikronach).
  • Waga : 13,5 kg
  • Rozdzielczość warstwy :  50 – 100 mikronów
  • Prędkość druku: 12-20 mm na godzinę
  • Zasilanie : 12V
  • Oprogramowanie: Autorskie
  • Kompatybilny z oprogramowaniem : Windows, Mac i Linux.

The Form 1 

Dane techniczne:

  • Tworzywa: FDM, żywica
  • Wymiary urządzenia : 30 x 28 x 45 cm
  • Pole wydruku :12,5 x 12,5 x 16,5 cm
  • Waga : 8 kg
  • Żarnik : Używa włókna o średnicy 1,75 mm
  • Technologia: Stereolitografia (SLA)
  • Rozdzielczość warstwy :  25 -300 mikronów
  • Zasilanie : 100-240V, 1.5A 50/60Hz, 60W
  • Oprogramowanie: Autorskie
  • Kompatybilny z oprogramowaniem : Windows XP, Vista, 7 Mac OS X v10

Wydrukuj drukarkę!

Ciekawą możliwością jaką daje posiadanie drukarki 3D jest to iż kolejną można na dobrą sprawę wyprodukować samemu, przy użyciu już tej posiadanej. Dzięki temu iż niektóre z drukarek producenci sprzedają w kawałkach do samodzielnego montażu, można jest przeskanować tworząc modele w CAD’dzie. Wydrukowane kopie zapewne będą słabszej jakości, jednakże jeśli przykładowo któraś część ulegnie zepsuciu nie trzeba będzie zamawiać kolejnej ze sklepu o ile zawczasu samemu przygotuje się zapas.

Drukarki różnią się od siebie wielkością kubatury, hałasem jaki wytwarzają w procesie drukowania, obszarem, czasem i jakością wydruku oraz materiałami jakich używają w tym celu. Najlepszymi wydają się być te które do produkcji używają żywicy, gdyż wykonane z niej modele odporniejsze są na czynniki zewnętrzne. Ceny dostępnych na rynku drukarek 3D wahają się od kilku do kilkunastu tysięcy złotych.

Porównanie Cen drukarek 3D:

  Printrbot jr  399 USD printrbot.com
Portabee 499 USD portabee3dprinter.com
 Printrbot LC 649 USD printrbot.com
Robo  699 USD robo3dprinter.com
 Printrbot PLUS 799 USD printrbot.com
 Ultimaker DIY-Kit 1194 USD shop.ultimaker.com
Felix 1,5  1299 USD felixprinters.com
 Cube 1399 USD cubify.com
 Printrbot GO 1’499 USD printrbot.com
 Afinia H-Series 1599 USD store.afinia.com
RapCraft 6’999 PLN rapcraft.com
  B9Creator 2’495 USD  formlabs.com
MAKERBOT REPLICATOR 2’799 USD  store.makerbot.com
The Form 1  3’299 USD  shop.b9creator.com

*ceny bez przesyłki

Średnie ceny tworzyw:

ABS (1,75mm) 31,99 – 48 USD store.afinia.com
ABS (3mm) około 40 USD printrbot.com
PLA (1,75mm) 27,95 – 35 USD felixprinters.com
PVA (1,75mm) około 90 USD store.makerbot.com
 Resin (żywica)  około 84 USD  formlabs.com

Niektóre  tworzyw można również dostać na serwisach aukcyjnych takich jak ebay czy na amazon, w niższej cenie.

*cena za1kg (bez przesyłki)

Przykładowe oprogramowanie do druku 3D

Firma Cubif, producent drukarki Cube, otrzymała nagrodę na CES 2013 w kategorii wchodzących technologi za 3D Systems CubeX.

Właśnie ta firma udostępniła jakiś czas temu darmową aplikację do tworzenie drobnych gadgetów i biżuterii za pomocą drukowania przestrzennego. Tworzenie produktów za jej pośrednictwem opiera się na składaniu konkretnych modeli z dostępnych szablonów.  Przykładowo można wytworzyć swoją własną biżuterie taką jak: pierścionki, bransolety czy kolczyki.

Oprócz opisanej  wyżej opcji istnieje tez możliwość drukowania fotografii. Wybiera się wtedy szablon ramki oraz zdjęcie przepuszczone przez specjalny filtr zmieniający zdjęcie na czarno-białe. Najbardziej czarne punkty zostają wtedy grubiej  wydrukowane na ekranie ramki odwzorowując fotografie.

Kolejną możliwością jest tworzenie własnych gadgetów i zabawek. W tym przypadku użytkownik możne łączyć dowolnie szablonowe ewenementy. Pozwala to wykreować niepowtarzalne kombinacje, wybierając z szerokiej gamy komponentów dostarczonych przez producenta.

Więcej informacji na stronie producenta, pod adresem: www.cubify.com/apps.aspx?tb_create_apps

Najciekawsze przykłady modeli wykonanych na drukarkach 3D

 

 

Na początku istnienia serwisu, moim zadaniem było wyszukiwanie tematów i zbieraniem ich na wewnętrznym forum, skąd przechwytywali je redaktorzy. Aktualnie, bogatsza o wiele doświadczeń wyszukuje kierunki publikacji i analizuje wyniki naszych treści. Wszystkie te dane zbieram w tabelki, aby wszyscy mogli wysuwać swoje własne wnioski. Kierunki tematyczne, jakie przygarnęłam to: duże AGD kuchenne, saturatory i frytkownice. Dużą satysfakcję daje mi wyliczanie kosztów, jakie ponosimy przy ich eksploatacji. Czy wiesz, ile kosztuje jedno zmywanie w trybie Eco? Jeżeli masz zmywarkę w klasie minimum C, to zapewne wydajesz około 40 groszy plus za tabletkę. Czytasz każdą instrukcję obsługi? Ja czytam je skrzętnie, dzięki czemu mogę Ci doradzić zakup najlepszej płyty indukcyjnej. Przykładowo - moją ulubioną funkcją jest możliwość połączenia pól grzewczych, aby móc podgrzać dwupalnikową patelnię. Chociaż doceniam również funkcje smart, pozwalające z poziomu aplikacji dostosować temperaturę do poszczególnych etapów gotowania. Dodatkowo w ramach swoich zainteresowań opisuję innowacyjne nowinki od małych producentów. Mam nadzieję zainteresować was nimi na tyle, abyście kiedyś wsparli ich zapał. Think-About założyłam w czasie studiów z Piotrem Opulskim i szybko dołączyło do nas sporo znajomych ze studiów, którym podoba się nasz pomysł. Przygoda ta trwa do dziś, chociaż nasz pierwotny pomysł na tematykę dorósł wraz z nami. Początkowo portal skupiał się innowacyjnych urządzeniach oraz takich, które dostawały nagrody w międzynarodowych i polskich konkursach wzorniczych. Po studiach, gdy zaczęłam swoją karierą architekta, czas na ten projekt zredukował się do minimum. Zdobywanie i poszerzenie wiedzy w różnych dziedzinach otworzyło przede mną nowe horyzonty. Patrząc na sprzęt, wiem, gdzie optymalnie powinien zostać ustawiony. Znam też więcej aspektów czysto technicznych. Potrafię określić przełożenie poboru prądu na domową sieć energetyczną, klimatyzacji na sposób cyrkulacji i wymiany powietrza w poszczególnych pomieszczeniach, czy ocenić względem wzrostu użytkownika. Poza pracą przy redakcji i prowadzeniu pracowni architektonicznej, większość czasu wypełnia mi marzenie i planowanie. Mam nadzieje, że wystarczy mi życia, aby zrealizować wszelkie plan. Posiadam tysiące zainteresowań - od hodowania meduz czy węży, przez gotowanie i kosmologię, aż do majsterkowania, nowych technologii, kryptowalut i odnawialnych źródeł energii. Często zainteresowania chwytam kątem oka, aby przeżywać je kolejne dni i tygodnie. Każde z dostrzeżonych zagadnień staram się zgłębić, choć troszeczkę, bo naprawdę praktycznie wszystko, co nas otacza, jest niesamowite.