Druk 3D – Projektowanie modeli #2 – Podpory i mosty

Druk 3D – Projektowanie modeli #2 – Podpory i mosty

Jednym z większych problemów dla drukarek 3D są obiekty częściowo zawieszone w powietrzu. Aby wydruk był możliwy, często wykorzystuje się specjalne, odrywane później podpory.

W kolejnym artykule o projektowaniu pod druk 3D pokażę jak tworzyć modele, żeby nie wymagały materiału podporowego.

« Poprzedni artykuł z seriiNastępny artykuł z serii »

Jak wiadomo, w technologii druku 3D obiekty budowane są warstwowo. Poszczególne warstwy kładzione przez drukarkę muszą być czymś (przynajmniej częściowo) podparte. W przeciwnym wypadku wyciskany przez ekstruder filament opadnie pod wpływem grawitacji, zamiast zastygnąć w docelowym miejscu.

Powszechnym sposobem na radzenie sobie z wystającymi lub zawieszonymi w powietrzu fragmentami modelu jest wykorzystanie materiału podporowego. Czyli dodatkowych struktur, na których opiera się drukowany przedmiot.

Podpory mogą być budowane ze specjalnego, rozpuszczalnego w wodzie tworzywa - jednak żeby móc skorzystać z tej opcji, musimy posiadać drukarkę z przynajmniej dwiema głowicami. W urządzeniach z pojedynczym ekstruderem wsporniki mogą być wykonywane z podstawowego filamentu - w taki sposób, żeby po zakończeniu druku można było je w miarę łatwo oderwać.

Istnieje jednak kilka wad korzystania z materiału podporowego: oprócz tego, że samo jego drukowanie pochłania czas i filament, bardzo często po usunięciu na wydruku pozostają charakterystyczne ślady. Można je oczywiście wyszlifować, jednak wiąże się to z dodatkową pracą. Jeśli nie planujemy późniejszego malowania modelu, efekt końcowy będzie i tak gorszy, niż gdyby nasz przedmiot dało się wydrukować bez podpór.

D3D-PM2-01

Usuwanie wsporników z niektórych modeli może okazać się bardzo czasochłonne

Innym problemem związanym z materiałem podporowym jest to, że przy odrywaniu go z bardziej delikatnych wydruków istnieje ryzyko uszkodzenia właściwego przedmiotu. Usuwanie podpór w niektórych sytuacjach jest też po prostu bardzo trudne (lub wręcz niemożliwe).

Jak nie używać wsporników?

Osobiście jestem dużym zwolennikiem druku bez materiału podporowego. Projektując modele samemu, bardzo często można uniknąć konieczności jego stosowania. Niekiedy wymaga to całkiem niewielkich zmian w projekcie albo po prostu lepszego poznania możliwości drukarki 3D.

W niektórych sytuacjach, aby model nie wymagał podpór, wystarczy tylko odpowiednio go obrócić. Poniżej znajduje się fragment schodków drukowanych w dwóch różnych pozycjach bez użycia wsporników - jak można było się spodziewać, w pierwszym wypadku wydruk nie wyszedł dobrze:

D3D-PM2-02

Druk takiego samego modelu bez wsporników w różnych pozycjach

W internecie można znaleźć sporo modeli, które warto drukować w jednej określonej pozycji. Dla przykładu, dość skomplikowany fragment czaszki tyranozaura może nie wymagać wsporników, jeśli będzie drukowany jak na grafice poniżej:

D3D-PM2-03

Czaszka tyranozaura do druku bez supportu. Źródło: Thingiverse

Warto zaznaczyć, że niektóre struktury, mimo że mogą być wydrukowane w różnych pozycjach, w pewnych ustawieniach wyjdą po prostu lepiej.

Na przykład prosty model walca można wydrukować zarówno w pionie jak i w poziomie - jednak w pierwszym przypadku wydruk będzie dużo dokładniejszy. Wynika to z braku skosów oraz uniknięcia efektu schodków na zaokrąglonej powierzchni.

Dobrze jest, jeśli przy okazji powierzchnia modelu dotykająca stołu jest w miarę duża – pomoże to uniknąć odklejenia się modelu od stołu w trakcie druku.

Wykorzystanie skosów

Przyjmuje się, że niskobudżetowe drukarki 3D dobrze radzą sobie z wykonywaniem skosów odchylonych od pionu maksymalnie o 45 stopni. Przy bardziej płaskich przewieszeniach kolejne warstwy filamentu nie mają wystarczającego podparcia. Zaczynają pojawiać się mniejsze lub większe zniekształcenia powierzchni.

Oczywiście każde urządzenie ze względu na zastosowane rozwiązania techniczne ma nieco inne możliwości, dlatego niektóre drukarki poradzą sobie z większymi skosami, a inne będą miały już kłopoty przy słabszych przewieszeniach. Żeby skośne powierzchnie dobrze wychodziły w naszej drukarce, warto zadbać o efektywne chłodzenie wydruków - po więcej informacji na ten temat zapraszam na mój blog: 3dwpraktyce.pl.

Wyobraźmy sobie pusty w środku walec, z otworami po obu końcach:

D3D-PM2-04

Model walca z wiszącą w powietrzu górną powierzchnią

Problemem w tym przedmiocie jest górna powierzchnia. Nie jest ona w środku podparta, i w trakcie druku po prostu opadnie w dół:

D3D-PM2-05

Nieudany wydruk walca

Jeśli chcemy wydrukować taki przedmiot bez wsporników (które nota bene byłoby dość ciężko ze środka wydłubać), możemy podeprzeć górną powierzchnię skośnym kołnierzem. Oczywiście to, czy taka modyfikacja jest akceptowalna zależy od zastosowania wydruku, jednak często okazuje się, że skos dodany do wystających elementów w niczym nie przeszkadza.

D3D-PM2-06

Model walca z podpartą górną powierzchnią

Wspomniany wcześniej model czaszki tyranozaura jest możliwy do druku bez wsporników właśnie dzięki temu, że zawiera skośne powierzchnie pod odpowiednimi kątami.

Wykorzystanie mostów

Mosty w terminologii druku 3D są strukturami zawieszonymi w powietrzu, jednak podpartymi przynajmniej z dwóch stron. Jest to wyjątkowa sytuacja, gdzie roztopiony filament może zastygnąć w docelowej formie nie mając żadnego podparcia.

Przy dobrze skalibrowanej drukarce ekstruder będzie w stanie „rozpiąć” nitki filamentu pomiędzy dwoma innymi elementami. Warto wykorzystać ten mechanizm projektując modele do druku.

D3D-PM2-07

Most w trakcie druku

To, jak długie mosty drukarka jest w stanie wykonać zależy od samego urządzenia. U siebie testowałem drukowanie elementów zawieszonych w powietrzu o długości do 10 cm – choć przy najdłuższych fragmentach pojedyncze nitki filamentu zaczynały opadać pod własnym ciężarem i nie były całkiem sklejone z wyższymi warstwami. Bardziej wydajne chłodzenie wydruku powinno pomóc uzyskać lepsze rezultaty.

D3D-PM2-08

Tester mostów od 1 do 10 cm

Korzystając z mostów można drukować w powietrzu również bardziej skomplikowane struktury. Weźmy dla przykładu poniższy model:

D3D-PM2-09

Model ramki przed modyfikacjami

Wydrukowanie takiego przedmiotu bez materiału podporowego, niezależnie od jego ułożenia skończy się mniej lub bardziej spektakularną klapą:

D3D-PM2-10

Nieudany wydruk ramki

Jest to podobny problem jak w przypadku pustego walca z otworami na końcach: drukarka próbuje położyć pierwszą warstwę z otworem, rozpoczynając od tworzenia w powietrzu obrysu otworu. Oczywiście się to nie udaje, przez co pozostała część tej warstwy również nie ma odpowiedniego oparcia i po prostu się zapada.

Sposobem poradzenia sobie z takim zjawiskiem jest lekkie zmodyfikowanie modelu przez dodanie dwóch pasków po bokach:

D3D-PM2-11

Model poprawiony przez dodanie cienkich pasków

Dzięki temu drukarka najpierw utworzy 2 mosty w jednym kierunku, a następnie, już na kolejnej warstwie, wykorzysta je do utworzenia kolejnych zawieszonych w powietrzu fragmentów. Takie dodane paski mogą mieć grubość jedynie pojedynczej warstwy filamentu – przy odpowiednim chłodzeniu wydruku to już wystarczy, żeby uzyskać w miarę dobry efekt końcowy:

D3D-PM2-24

Wydruk modelu po modyfikacji

Podsumowanie

Mimo, że przy stosowaniu automatycznie generowanych wsporników da się wydrukować modele o bardzo zróżnicowanej geometrii, warto podczas projektowania mieć na uwadze, w jaki sposób drukarka będzie tworzyła nasz przedmiot.

Czasem całkiem proste modyfikacje modelu pozwolą bardzo uprościć jego późniejszy wydruk i wyeliminować, lub przynajmniej zmniejszyć ilość niezbędnego materiału podporowego. Dzięki temu możemy zaoszczędzić zarówno na czasie druku jak i na późniejszej obróbce, oraz zmniejszyć samo zużycie filamentu.

« Poprzedni artykuł z seriiNastępny artykuł z serii »

O autorze: Krzysztof Matusiewicz

Krzysztof Matusiewicz
Z wykształcenia pracuje w branży IT jako programista Javy.Po godzinach, poza psuciem i naprawianiem różnych urządzeń, z wielką pasją eksperymentuje z zastosowaniami niskobudżetowego druku 3D. Autor bloga 3dwpraktyce.pl.

ABS, druk 3d, drukarki, filament, PLA, podpory, projektowanie

Trwa ładowanie komentarzy...