Войти через:
Google

Оценка возможностей 3D принтера.

Предыстория.

Что вы представляете сбе, когда слышите словосочетание “3D принтер” или “3D печать”? Думаете ли вы об этом как о перспективной технологии, или же считаете, что это лишь интересное хобби для гиков? Полагаете, что эта технология уже сейчас представляет практический интерес, или думаете что до практического применения ее еще долгие годы?

Мое мнение таково. Future is now! Да, это технология будущего. Да, потребуется не один год, чтобы эта технология пришла в каждый дом. И да, уже сейчас 3D печать представляет практический интерес и может быть использованна во вполне реальных задача, как инженерных, так и потребительских.

Я уже приобщился к “3D революции”, включив 3D печать в свой набор инструментов проектирования и прототипирования механических деталей. Поверьте, это работает! 3D печать предоставляет просто беспрецедентные возможности прототипирования деталей, качество которых в некоторых случаях вплотную приближается к качеству конечного изделия.

Мы находимся на пороге очередной научно-технической революции. Только вдумайтесь в значение фразы “распределенное производство”. Каково? 3D печать перевернет мир и портребительский рынок, предоставив возможности, ранее неслыханные. Но это все впереди. А что мы имеем сейчас?

Сегодня, несмотря на то, что серьезные 3D принтеры стоят очень серьезных денег, 3D печать как услуга уже доступна каждому. Произошло это благодаря онлайн-сервисам трехмерной печати. В последнее время их довольно много в Интернете ([ссылки ссылки ссылки]), все они предлагают несколько разные возможноти и несколько разные цены, но суть процесса всегда сводится к следующему. Пользователь загружает в сервис свои 3D модели, выбирает материал и опции для печати, указывает адрес и способ доставки, оплачивает заказ и через какое-то время - о чудо! - получает напечатанные детали. 

Надо сказать, что спектр материалов для печати уже достаточно широк и продолжает расширяться. Помимо ставшего привычным полиамида и керамики (кстати, пригодной для применения на кухне!) появилась возможность печати из бронзы, латуни, нержавеющей стали и даже из титана! Цены на последний, правда, яростно кусаются, но сам факт заслуживает внимания.

Конечно же любой процесс трехмерной печати имеет свои ограничения и нюансы. Сервисы трехмерной печати стараются максимально детально описать возможности и ограничения своего оборудования, типа минимальных зазоров, толщин стенок и прочего, но одно дело теория и совсем другое - практика. Пока не возьмешь в руки напечатанную деталь - не узнаешь насколько хорошо получится “вот этот мелкий текст” или “вот эта выемка”, не зарастет ли тонкое глубокое отверстие. Поэтому прежде чем печатать что-то серьезное как всегда, я захотел провести тест возможностей.

Постановка задачи.

В трехмерной печати довольно много различных технологических параметров. Некоторые из них вполне интуитивно понятны (например, минимальный зазор между телами или минимальная толщина стенки). Другие более сложны для понимания, к примеру необходимая конфигурация отверстий для “освобождения” детали от порошка, или минимальный диаметр связи. И есть совсем уж запутанные вещи типа “правила песочного замка”. На простых параметрах типа минимальной стенки я решил не сосредотачиваться. В конце концов, при загрузке модель проходит такназываемвй “тест на печатаемось” (printability test) который выявит грубые нарушения технологии. Меня же больше интрересуют тонкие возможности. Нарпимер, я хочу нанести на деталь выпуклый или вогнутый текст. Технологических препятствий для этого нет, но как такой текст будет выглядеть - загадка. Можно ли сделать его высотой в 2 мм или же стоит остановиться на 2.5? Или вдруг мне понадобится проделать в детали отверстие, диаметр которого приближается к минимально возможному. Получится? Или нет? Для получения ответа на эти вопросы была сделана разработана тестовая деталь.

В основе лежит вполне обычный набор элеметнов для тестирования 2д печати и фотолитографии:

Как видно на картинке, набор содержет следующие элементы: 

1. тестирование минимально толщины черной (в нашем случае - выпуклой) линии.

2. тестирование минимальной толщины белой (в нашем случае - вогнутой) линии. 

2. тестирование минимального диаметра черной (в нашем случае - выпуклой) точки.

3. тестирование минимального диаметра белой точки. В нашей задаче совмещено с тестированием минимального диаметра отверстия, путем задания значительной грубины.

4. тестирование минимального размера шрифта serif

5. тестирование минимального размера шрифта sans. 

6. тестирование передачи полутонов (в нашем случае неприменимо)

При тестировании фотолитографического процесса (в данном случае - травление латунной пластины, защищенной позитивным фоторезистом засвеченным через шаблон отпечатанный в разрешении 1200dpi) результат выглядит примерно так:

Отлично видно, что первые 3 черные точки исчезли без следа, четвертая и пятая начинают появляться и только шестая выглядит адекватно. То же самое касается черных линий Первая черная линия исчезла, но вторая уже отлично видна. Белые же линии хорошо видны начиная лишь с четвертой, так же как и черные точки. Все символы шрифтом serif получились отлично, включая 1мм, а вот sans выглядит преемлемо лишь начиная с 1.25, да и то с большой натяжкой. Первые два полутона исчезли без следа, третий едва проявляется, а вот четвертый, пятый и шестой отлино видны. Зная исходные размеры объектов в шаблоне получаем исчерпывающую информацию о возможностях процесса.

Чего-то подобного я ожидал и от 3D печати, однако, учитывая что печать эта трехмерная -  добавил всем элементам третье измерение. Сделал “черные” элементы различной высоты, тем большей, чем больше размер элемента. Это дало отличное представление о возможностях принтера. Кроме того, центральная область для оценки возможности травления полутонов для 3D печати, разумеется, неприменима, поэтому я захотел заменить ее на что-то другое.

Решение.

Первым делом, я создал на горизонтальной плоскости эскиз   и нарисовал в нем круг, из которого вытянул бобышку .

Далее, создав эскиз  на верхней поверхности полученного цилиндра, я нарисовал и вытянул  кольцо. По задумке, оно должно предохранять внутреннюю часть детали от повреждений, как ободок на монете предохраняет рисунок от царапин.

Следующим шагом, создав эскиз  на дне полученного углубления, я нарисовал рисунок для проверки линии и зазора. Это заняло некоторое время, так как элементов там много. Я начал с окружностей , ограничивающих части рисунка. Затем, я нарисовал вертикальную осевую линию  от центра к внешней окружности. Размножил ее, применив круговой массив . Дальше, я сделал двухсторонние отступы  от каждой полученной линии. Расстояния отступов равняются половине нужной толщини линии, то есть 0.025мм, 0.0375мм, 0.05мм и далее до 0.5мм с шагом 0.05мм.  После этого, я вытянул  из эскиза бобышку, выбрав лишь нужные области эскиза для вытяжки. Высота вытяжки была выбрана по наименьшей высоте тестового элемента - 0.05мм, то есть всего 50 микрон, значение, близкое к заявленной толщине слоя 3D печати.

Следующим шагом, я проделал отверстия, для тестирования “белых” точек. Создав эскиз  на поднятой плоскости рисунка я нарисовал окружности  и задал им нужные диаметры, 0.05мм, 0.075мм, 0.1мм и далее до 1мм с шагом 0.1. К эскизу был применен вытянутый  вырез , на грубину 50 микрон, чтобы дно углублений совпало с начальной плоскостью рисунка.

Дальше пришло время выпуклых точек. Снова эскиз   в основной плоскости рисунка и вытяжка  на 50 микрон:

Дальше, на оставшееся свободное место я нанес текст, создав эскиз  в основной плоскости рисунка. Текст  был нанесен вдоль двух окружностей , различными шрифтами. Задача была протестировать как шрифт с засечками (serif) таки шрифт без засечек (sans). Из опыта работы с фотолитографией я знал, что (невероятно, но факт!) шрифт serif может быть меньше шрифта sans при прочих равных условиях. Интересно было посмотреть, работает ли это правило в 3D печати. Текст был вытянут  на высоту 50 микрон.

Ну вот, основной рисунок готов. В данный момент, все его элементы имеют высоту 50 микрон, но это не то что мне нужно. А нужно чтобы высота элемента была тем больше, чем больше его размер. Для этого я проделал следующую скучную и кропотливую работу. Создавая эскиз  на плоскости каждого элемента, я применял перенос граней , и полученный контур вытягивал  на дополнительную высоту. Получилась вот такая лесенка:

Дальше, проделал то же самое текстовыми элементами. Потребовалось 8 вытяжек  для 8 различных высот.

На этом можно было бы и остановиться, но я решил пойти еще чуть дальше, чтобы оценить возможность печати сложных поверхностей. Поэтому было решено сделать в серединке купол, на котором будут прекрасно видны слои 3D печати. Дла этого был создан эскиз , из которого я вытянул  бобышку, высотой 0.05мм, а затем на верхней поверхности полученного цилиндра я сделал купол  высотой 0.95мм. 

Все, тестовая деталь готова. Дальше ее нужно сохранить в формат stl и в таком виде можно загружать ее в сервис 3D печати.

Результат.

Деталь, отпечатанная из различных материалов доступна для заказа в моем магазине на shapeways.com. Поверьте, это гораздо лучше их обычного демо-набора материалов.

Дополнительные материалы.

Для самых любопытных, выкладываю ссылку на эту модель в моем магазине на Shapeways.com. Для оценки возможностей сервиса можно заказать ее в разных материалах прямо оттуда.

testcoin на shapeways.com

А так же сама моделька в формате STL которую вы можете загрузить в любой другой сервис 3D печати.

Войдите, чтобы оставить комментарий


Или войдите через социальную сеть

Google