Druk 3D w procesie projektowania: od modelu do prototypu

Cele kompetencji edukacji stwierdzają, że powinieneś móc stosować drukowanie 3D w połączeniu z pracą nad modelami 3D i eksportować pliki do użytku w innych systemach CAD. Brzmi to technicznie, ale sens jest praktyczny: Prototyp w ręce ujawnia błędy i możliwości ulepszenia, które nikt na ekranie nie widzi. Czy chwyt pasuje do ręki? Czy części mogą być faktycznie zmontowane? Czy grubość grubości jest wystarczająca? Drukowanie 3D sprawia, że takie pytania są tanie do odpowiedzi wcześnie.

• 01FDM/FFF (Fused Deposition Modelling): stopiony termoplast (np. PLA, PETG, ABS) jest nakładany warstwowo przez dyszę. Najtańszy i najszerzej rozpowszechniony — dobry do badań formowych i prototypów funkcjonalnych.
• 02SLA (stereolitografia): płynna żywica twardnieje warstwami pod światłem UV. Bardzo dobre detale i gładkie powierzchnie — dobrze do małych, precyzyjnych przedmiotów, ale wymaga dogrzewania i obsługi chemikaliów.
• 03SLS (sintering laserowy selektywny): proszek (typowo nylon) jest stopiony razem laserem. Silne, funkcjonalne części bez struktur podporowych, ponieważ proszek niesie element — ale droższy sprzęt.

Do druku model jest zwykle eksportowany jako STL: czysty trójkątny mesh, który opisuje tylko powierzchnię — bez jednostek, materiałów lub danych produktu. STL jest de facto standardem do plasterkownika, ale nie nadaje się do dalszych prac konstrukcyjnych, ponieważ cała parametryka i precyzyjna geometria zostały wyrzucone. Jeśli model ma przejść do innego systemu CAD, zamiast tego używa się STEP (standaryzowany w ISO 10303), który zachowuje precyzyjną geometrię. Nowszy format 3MF może ponadto zawierać jednostki, kolory i informacje materiałowe i zyska znaczenie jako format druku.

Wydrukowany przedmiot automatycznie nie trafia w wymiary rysunku. Plastik kurczy się podczas chłodzenia, otwory są zwykle nieco mniejsze niż na rysunku, a dokładność zależy od technologii, materiału i kalibracji drukarki. Dlatego projektuje się z marginesem: powierzchnie pasowania mają trochę powietrza, krytyczne otwory są drukowane mniejsze i wiercone lub rozszerzane później, a gwinty są często cięte w montażu końcowym zamiast być drukowane. Grubość warstwy to kompromis — cienkie warstwy dają lepszą powierzchnię, ale dłuższy czas drukowania.

W FDM i SLA wymagane są zwisy struktury nośnej - tymczasowy materiał, który nosi element podczas drukowania i jest usuwany później. Orientacja elementu na płycie drukowania określa zarówno, ile potrzeba podpór, jak i gdzie element jest mocny: warstwy to słaby kierunek elementu, więc element, który jest obciążony poprzecznie do warstw, może niespodziewanie łatwo się złamać. Pomyśl o kierunku drukowania już podczas projektowania prototypu.

Druk 3D nie jest wolny od ryzyka: niezawarty żywica do druku SLA może drażnić skórę i drogi oddechowe i musi być obsługiwana w rękawiczkach i z dobrą wentylacją, a drobny proszek z procesów SLS nie może być wdychany. Postępuj zgodnie z kartami bezpieczeństwa dostawcy i umieszczaj drukarki z oparowaniem w pomieszczeniach wentylowanych — przepisy dotyczące bezpieczeństwa i higieny pracy dotyczące substancji i materiałów mają również zastosowanie w kącie drukowania biura projektowego.

“Prototyp za dwadzieścia pięć koron może zaoszczędzić zmianę narzędzia za sto tysięcy.”

— Doświadczenie pracy prototypowej w przemyśle