Главная страница
Образовательный портал Как узнать результаты егэ Стихи про летний лагерь 3агадки для детей
qrcode

Доступная 3D печать для науки, образования и ус... Александр Кузнецов


Скачать 11.65 Mb.
НазваниеАлександр Кузнецов
АнкорДоступная 3D печать для науки, образования и ус.
Дата06.10.2017
Размер11.65 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файлаDostupnaya_3D_pechat_dlya_nauki_obrazovania_i_us.pdf
оригинальный pdf просмотр
ТипДокументы
#26964
страница4 из 15
КаталогОбразовательный портал Как узнать результаты егэ Стихи про летний лагерь 3агадки для детей
Образовательный портал Как узнать результаты егэ Стихи про летний лагерь 3агадки для детей
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15
3D принтеры включай-и-играй (plug’n’play): закрытые «черные ящики», очень удобные, но с весьма ограниченным количеством настроек. Получаемый результат такой же, как у современных лазерных или струйных (2D) принтеров.

Cube
39
, первый и наиболее известный дешевый 3D принтер, полностью plug-n-play, с некоторыми компромиссами в управлении и универсальности, но легкий в обслуживании, разработанный и разрекламированный для использования непрофессионалами, и даже детьми. С собственным программным обеспечением
(только для Windows), собственными картриджами пластмассовой нити и возможностями, такими как подключение посредством Wi-Fi и прямая печать с USB
накопителя.

39
Хороший сравнительный анализ ряда принтеров различных категорий был опубликован в специальном выпуске журнала “Make:” зимой
2013, полностью посвященном 3D печати
40
. Для одних – это очень интересное чтение (стоит 6,99$ для цифровой загрузки как ebook или PDF, и 9,99$ для получения печатной версии) для других – подробные инструкции по 3D печати новичкам, программам моделирования и т.д.
Другой полный список 3D принтеров упорядоченных по цене (начиная от 400$ и почти до 25 000$) был составлен 3ders.org – хороший источник мировых новостей о технологии 3D печати – в свободном доступе онлайн по адресу:
https://www.3ders.org/pricecompare/3dprinters/
Определенно, правильно предположить, что к настоящему моменту доступно более ста различных моделей дешевых 3D принтеров как в виде коммерческих продуктов (те, что мы можем собрать, купив на местном рынке или за рубежом), так и сделанные по открытым проектам, доступным через интернет по открытой на аппаратные средства лицензии (которые мы можем собрать самостоятельно).
Исправление полигональной сетки (таким образом, избегаем
ошибок печати!)
Файл STL, созданный нами (или другими) использующий некоторые программные средства моделирования, может быть еще не готов к печати, независимо от того насколько аккуратным был процесс создания. Даже лучшие бесплатные программы проектировщика-любителя мало что могут сделать, чтобы избежать некоторых ошибок, «загадочно» возникших на поверхности объектов таких дефектов как отверстия или вывернутая поверхность. Это типичные проблемы, которые почти неизбежны, когда мы создаем сложные модели, включающие впадины, пересечения поверхностей или просто изогнутые поверхности.
Идеальная 3D модель пригодная для печати должна быть герметичной (то есть коллектор) и монолитной(сплошной), не полой. Мы, конечно, можем проектировать такие объекты как вазы или «полые» объекты, но фактически они всегда имеют внутреннюю часть, которая твердая и цельная (даже если это просто тонкая «стенка»). Водонепроницаемость объекта – единственная ситуация, которая позволяет нашей программе нарезки (мы обсудим эту функцию на следующих страницах) должным образом идентифицировать внутреннюю и внешнюю часть объекта, для того чтобы определить где и когда выдавливать пластмассу. Но если даже есть невидимое микроскопическое отверстие в многоугольной аппроксимации его поверхности (называемой

40 ячейкой), целостность внешней поверхности объекта не гарантируется, так, же как и верный результат нарезки, а печать может завершиться беспорядочными сгустками пластмассы.
По этой причине, всегда лучше проверять наши модели на подобные проблемы перед нарезкой, и это может быть сделано с бесплатной программой netfabb Studio Basic
41
, доступной для Windows, Mac и Linux.
Если обнаружились проблемы, они могут быть исправлены, если вернуться к программе моделирования или использовать netfabb, или при помощи автоматического
42
метода или вручную
43
3D модель, фрагмент
3D модель с сеткой
Фрагмент сетки
Напечатанный объект

41
Другая очень полезная программа MeshLab
44
, которую можно использовать для анализа и манипуляций с объектной cеткой (например, чтобы уменьшить ее сложность и число элементов
45
), а также преобразовывать
STL-файлы в множество других форматов. Эта программа была разработана итальянским исследовательским институтом ISTI-CNR, совместно со студентами Университета Пизы в
Италии и она доступна как открытое программное обеспечение для
Windows, Mac и Linux.

42
Программное обеспечение для нарезки
Этот шаг, возможно, самый интересный в долгом процессе движения от идеи к реальному трехмерному объекту, потому что он раскрывает в тончайших и глубочайших подробностях работу 3D принтера по преобразованию грубой пластиковой нити в наши красивые творения.
Подготовка 3D модели к печати – это тонкая комбинация технических знаний, науки и искусства, и требуется много времени, чтобы освоить эту процедуру.
Перед печатью нашу модель (сохраненную или экспортированную в STL-файл) следует преобразовать в набор инструкций для принтера (стандартный формат, называемый g-кодом): это задача называется нарезкой (потому что модель «нарезается» на множество тонких горизонтальных слоев, которые будут последовательно напечатаны), выполняется с помощью комплекса программ, называемых слайсерами.
Фактически, информации, содержащейся в STL-файле, мало или она бесполезна для принтера потому, что она содержит лишь длинный список координат , определяющих вершины, составляющие множество многоугольных поверхностей сетки объекта.
Принтеру нужна очень разная информация: движения печатающей головки и/или платформы в различных направлениях X, Y и Z, количество выдавливаемой пластмассы и точное время, когда необходимо начинать и прекращать выдавливание, температура сопла и печатной платформы, и так далее...
Это “преобразование” из координат вершин в команды печати – довольно тяжелая в вычислительном смысле задача, и не может обрабатываться в реальном времени ограниченным процессором самого принтера во время печати, поэтому это должно быть сделано заранее на

43 внешнем компьютере. Другая причина поступать таким образом в том, что такой процесс нарезки требует целого ряда дополнительных параметров, которые должны быть предоставлены пользователем (например, высота слоя – это лишь самый очевидный, но еще много других), и графический интерфейс реального компьютера делает эту задачу гораздо проще, чем любой из небольших буквенно-цифровых дисплеев с несколькими кнопками, которые обычно находятся на 3D принтерах, если они вообще есть (многих принтеров не имеют интерфейса с пользователем, за исключением USB-подключения к ведущему компьютеру и, может быть, кнопкой питания).
Стандартная процедура нарезки, исходя из вышеописанного, приблизительно такова:
1.
запустите программу слайсер на главном компьютере;
2.
загрузите STL-файл модели;
3.
преобразовывайте/масштабируйте/вращайте модель, пока она не будет правильно позиционирована на рабочей платформе;
4.
введите все параметры необходимые для правильной печати;
5.
начните процесс нарезки и ждите, пока не будет создан весь g-код;
6.
отправьте g-код принтеру через USB соединение или скопируйте его на карту памяти
(обычно SD или microSD карта), чтобы загрузить в принтер.
Первые два шага вполне очевидны, но третий может потребовать некоторой дополнительной информации.
Программа нарезки сконфигурирована со всеми параметрами
3D принтера, которые могут понадобиться, поэтому она знает размеры печатной платформы и может продемонстрировать расположение модели относительно ее. Пользователь может переставлять модель в трех осях, пока она не будет центрирована, и не будет располагаться точно на поверхности основания (она не должна быть «подвешена в воздухе»), а также вращать ее, если нужно. Возможность масштабировать модель также очень полезна, потому что в файле STL единица длины никогда не определяется, поэтому может получиться так, что программа моделирования будет использовать сантиметры, в то время как слайсер ожидает миллиметры, и в результате получится модель в 10 раз меньше, поэтому необходимо учитывать этот фактор. Другая причина

44 немного увеличить масштаб модели (примерно на 0.5 % для ABS, еще меньше для PLA) – это сжатие пластмассы при остывании при комнатной температуре (тепловой коэффициент расширения ABS обычно
46
около 75×10−6 °K-1, при условии его затвердевания при 100°C и охлаждения до 25°C, которое дает фактор сжатия примерно 0.5%).
На пятом шаге наша 3D- модель "нарезается" на множество горизонтальных слоев, превращаясь в стопку тонких деталей, каждая из которых обрабатывается отдельно, чтобы рассчитать лучший путь сопла при укладке расплавленной пластмассы в нужных местах; повторяя этот маршрут, печатающая головка практически проделывает такую же работу (т.е. слой за слоем).
Это самая ответственная часть целого процесса печати, потому что заключительное качество напечатанного объекта определяется почти полностью правильным выбором значений для множества различных параметров нарезки. Поэтому четвертый шаг действительно важен, и мы должны изучить значение, по крайней мере, самых важных параметров нарезки. К сожалению, они по-разному названы и определены в различных доступных программах нарезки.
Здесь мы обсудим пять наиболее используемых (свободных)программ: Skeinforge, Slic3r,
KISSlicer, Cura и MakerWare (все доступны для Windows, Mac и Linux).

45
Лучший способ для экспериментов с параметрами нарезки, следование логической последовательности. Возможно, лучшая последовательность используется Slic3r: параметры, связанные с моделью принтера (они изменяются только когда изменяется принтер), другие связаны с использованием пластмассовой нити, и наконец, параметры, которые могут быть настроены для определенной печати.
1.
Настройка параметров принтера:

тип принтера / прошивки;

размер и смещение основания печати, макс. высоты Z: типичные размеры границ печати обычных принтеров 20x20x20 см;

количество экструдеров, диаметры их сопел, другие параметры экструдирования.
2.
Параметры нити:

диаметр нити: должен быть точным фактическим измерением, номинальной величины не достаточно для правильного расчета длины пластмассы для экструдирования;

коэффициент пропорциональности (или множитель или плотность укладки): используется, чтобы компенсировать расширение пластмассы при расплавлении, 1 для PLA и 0.9 или меньше для ABS;

температура экструдера и платформы (может отличаться для первого слоя)

вентилятор охлаждения.
3.
Параметры печати:

высота слоя (может отличаться для первого слоя): обычно от 0.1 мм и до 80% размера сопла, типичное значение – 0.25 мм;

количество оболочек/периметров или толщина стенок: увеличение этого значения делает объект более прочным;

количество/толщина верних/нижних слоев: тоже влияет на прочность объекта;

процентное соотношение заполнения: количество пластмассы, используемой для большей части объекта, обычно от 0% (полые объекты) до 50% (твердые, очень прочные части), более 50% редко используется, и обычное значение приблизительно 10-20%;

46

шаблон заполнения (infill pattern): узор, используемый для заполнения детали, обычно используют квадраты
(прямолинейные) или шестиугольники;

скорость печати (printing speed)
(для различных задач): этот параметр связан с температурой сопла, температурой нити, типом нити и качеством сборки принтера (в т.ч. количеством смазки, использованной для осей и механизмов), небольшая скорость позволяет добиться лучшего качества печати;

полоса (skirt) и край (brim): полоса – дополнительное количество пластмассы, выдавливаемой перед основной печатью, чтобы избежать начала печати с пустым соплом, край – дополнительное утолщение нити в первом слое, для лучшего приклеивания объекта к основанию;

подложка (raft) и поддержка (support): подложка – другой способ улучшения прилипания объекта к платформе, подразумевает под собой одно/двух- слойную сетку из пластиковой нити, тогда как поддержка – специальная пористая структура из пластика, наращиваемая под нависающими частями объекта, без которой эти части не могут быть корректно построенными;

другие расширенные настройки.

47 3D принтеры по технологии FDM обычно не могут производить сталактито-подобных структур так же, как и слишком выступающих, если они не будут иметь опоры во время постройки. Если есть необходимость, то можно добавить к объекту очень тонкие опорные конструкции, которые можно по завершении печати сломать или срезать. Большинство слайсеров могут создавать подобные поддерживающие конструкции автоматически.
Большинство принтеров обычно нормально справляются со свесами до 45 градусов без специальных настроек.
3D-модель следует повернуть так, чтобы уменьшить число выступающих частей (перед нарезкой), и можно направить вентилятор на деталь при печати, чтобы охладить нить сразу, как только она выйдет из сопла, до того, как она "поплывет" и нарушит отпечаток. Наконец, в слайсере можно включить использование поддерживающего материала, если необходимо. Это хлопотно, потому что расходуется больше пластмассы, печать занимает больше времени, и впоследствии Вам придется счищать поддерживающий материал ножом.
Как прежде упоминалось, различные программы нарезки могут иметь неодинаковые имена для схожих настроек, а иногда могут использовать параметры, которые определены совсем иначе (как число периметров/оболочек вместо толщины стенки и т.д.). Поэтому есть смысл разобраться в языке и определениях слайсера, который Вы собираетесь применять для своего принтера.
Теперь, давайте совершим краткий обзор пяти, наиболее используемых, бесплатных слайсеров (программ – генераторов G-кода):

Skeinforge
47
: вероятно, старейший слайсер, это набор скриптов, написанных на
Python, и выпущенный по лицензии GPL, был инструментом нарезки по умолчанию в оригинальном Makerbot Replicator (в составе программного обеспечения
ReplicatorG) и многих RepRap 3D принтеров, и он все еще присутствует в качестве опции в MakerWare (программе, занявшей место ReplicatorG, для управления
Makerbot принтерами последних моделей) и в другой простой (бесплатной) программе
Repetier-Host.
Пользовательский интерфейс не является дружественным, а некоторые настройки сбивают с толку.

Slic3r
48
: современный, законченный и активно развивающийся инструмент нарезки с открытым исходным кодом, он широко поддерживается производителями принтеров и представлен в качестве основного варианта в Repetier-Host. Он спасает пользователя от многих неприятностей в дальнейшем, благодаря возможности записи различных параметров нарезки в логически сгруппированные по

48 различным предварительным настройкам.

KISSlicer
49
: имеет простой графический интерфейс, быстро работает и прост в эксплуатации, станет хорошим выбором для новичков 3D печати. Так же доступна "Про" версия, в которой имеется поддержка нескольких экструдеров и множества объектов
(и еще несколько дополнительных полезных функций), по цене в $42
($25 для использования в образовательных целях).

Cura
50
: разработана в Ultimaker с целью сделать 3D печать такой простой и последовательной, насколько это возможно.
Она включает в себя все необходимое для подготовки 3D файла к печати и непосредственной реализации, и полностью настроена для работы с
3D принтером Ultimaker.

MakerWare
51
: приятная и простая в использовании программа для управления принтерами Makerbot Replicator и
Replicator 2, она имеет собственный механизм нарезки, оптимизированный для более качественного, быстрого и надежного результата. Кроме того,
Skeinforge может быть выбран как встроенный механизм нарезки.

49
Выбор среди различных программных инструментов нарезки не сводится лишь к личному предпочтению или списку возможностей различных вариантов: некоторые принтеры строго требуют использования определённых одного-двух слайсеров: например – Makerbot Replicator 2, его последнее ПО может использовать только новую и обратно-несовместимую версию g-кода, названного .x3g (прим. ред. специфичный G-код для двухэкструдерных принтеров). Таким образом, требуются MakerWare или ReplicatorG, только два слайсера, способные создавать такие файлы. В других случаях, производители принтеров могут давать строгую рекомендацию использовать определенный слайсер, как в случае с производителем принтеров Ultimaker и слайсером "Cura". Наконец, выбор слайсера может быть действительно свободным, и может вести к научным и тщательным сравнениям фактических результатов различных слайсеров, когда приходится иметь дело с некоторыми сложными моделями, называемыми усложненными тестами (torture-tests)
52

50
Пластиковые расходные материалы (нить/пруток)
В настоящее время (весна 2013) существуют два вида пластика, широко используемых для недорогой 3D печати и несколько менее распространенных. Интересно то, что разрабатываются и тестируются многие виды пластика, имеющих куда более широкий диапазон физических, химических и механических характеристик, что открывает путь к использованию 3D печати в различных направлениях. Доступ к новым печатным материалам может круто изменить рынок прутков.
Пластиковые прутки производятся в двух стандартах: диаметром 1.75 мм и 3.0 мм.
Трехмиллиметровый пруток
– более старый стандарт, он постепенно вытесняется
1.75-мм, который выдавливается немного легче, управляется немного лучше и оставляет меньше висячих хвостов с боков вашего изделия. В любом случае, множество современных принтеров до сих пор используют 3 мм пруток, и он, иногда, немного дешевле чем 1.75 мм.
Полилактид (PLA)
Наиболее распространенная пластмассовая нить, сделанная из полимолочной кислоты (или полилактид (PolyLactide Acid) – сокращено PLA
53
), биоразлагаемый и экологичный пластик, получаемый из крахмала. Температура плавления в пределах 180–230 °C. Он не имеет неприятного запаха во время печати и его пары не опасны, поэтому не требуется специальных мер безопасности или принудительной вентиляции.
Он хорошо держится на печатном основании при комнатной температуре (не требуя более дорогого нагреваемого основания для принтера), но только если платформа покрывается синим скотчем (также недорогой продукт, который необходимо время от времени заменять – главным образом, потому что он иногда получает повреждения во время удаления объекта с платформы).
Объекты, напечатанные PLA, крепкие, но относительно хрупкие, и не могут использоваться при высоких температурах (как для некоторых частей самого 3D принтера).
Нить PLA довольно недорогая, ее стоимость в среднем 30$ за 1 кг, и она обычно продается в катушках по 0.5, 1 или 2.3 килограмма (но некоторые изготовители продают метрами)
54
. Она доступна в естественном (белый матовый) цвете или во множестве ярких цветов, чистых или полупрозрачных, отпечатанные объекты имеют красивую гладкую поверхность.
Специальный вариант PLA – мягкий или эластичный (soft/flexible) PLA, который выдавливается при низкой температуре и очень низкой скорости, может использоваться для

51 печати гибких сочленений, лент, шин, и т.д. (Прим.ред. начинает появляться и у китайских производителей).
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15

перейти в каталог файлов

Образовательный портал Как узнать результаты егэ Стихи про летний лагерь 3агадки для детей

Образовательный портал Как узнать результаты егэ Стихи про летний лагерь 3агадки для детей