Náš úvod do 3D tlače a skladania 3D tlačiarní, alebo Lego pre dospelých

Náš úvod do 3D tlače a skladania 3D tlačiarní, alebo Lego pre dospelých

O bežnej tlači na papier či iné materiály ste už určite počuli, predsa len od čias Gutenberga a prvých primitívnych tlačiarní už ubehlo pekných pár stoviek rokov. Zaslúženým ošiaľom posledných rokov je ale prechod z tlačenia na plochý materiál k tlačeniu 3D modelov z rôznych materiálov. 3D tlač má neskutočný potenciál od prototypovania, zdravotných implantátov cez jednoduchú a rýchlu výrobu náhradných dielov až po umelecké projekty. Profesionálne kúsky ale stále stoja toľko, čo bežný človek nezarobí ani za rok, a naopak tie najdostupnejšie kúsky čínskych značiek sprevádzajú hororové príbehy o nekvalitnej prevádzke a väčšom trápení ako úžitku.

Čo teda robiť, ak nechcete míňať tisíce eur na kvalitnú a naozaj funkčnú 3D tlačiareň, ale nemáte ani chuť stráviť drvivú väčšinu času odhaľovaním a opravovaním chýb na tlačiarni za 200 eur? Keďže je v Gamesite naším maskotom robot Sajťáčik, s touto otázkou sme sa obrátili na ďalšieho šikovného robota a ľudí zo stránky RoboKing.sk, na ktorej sa okrem 3D tlače venujú, ako jej názov už napovedá, aj robotike a práci s Arduinom či doskami na báze AVR. Majitelia Ahmed a Sisa sú zapálenými nadšencami robotiky a v spolupráci so študentmi z Bratislavskej FEI STU a ďalšími podobne založenými ľuďmi, ktorých zastrešuje tím Compotes, sa už roky nielenže zúčastňujú súťaží, ale širia o svojej vášni osvetu aj medzi nezasvätenými ľuďmi.

Odpoveď na našu otázku na seba nenechala dlho čakať a prišla vo forme pozvánky zúčastniť sa skladania stavebnice 3D tlačiarne. Pre niekoho, kto je aspoň trochu šikovný a už niekedy v živote držal v ruke skrutkovač, je totiž možnosť kúpiť si 3D tlačiareň v rozloženej forme, ktorú si potom svojpomocne doma poskladá ako Lego pre dospelých, tým najlepším možným riešením. Aj naozaj kvalitné kúsky sú vďaka predaju v rozloženom stave oveľa dostupnejšie, keďže výrobca ušetrí nielen na cene práce za poskladanie a prepravu kompaktnejších balení, ale nemusí si napríklad robiť starosti s ochranou komplikovanej a na pády citlivej tlačiarne pri preprave.

Značiek a modelov na výber je už oproti predošlým rokom naozaj požehnane nehovoriac o tom, že technológiou tlače sa 3D tlačiarne ešte ďalej rozdeľujú do odlišných segmentov. Tento článok sa ale bude venovať najviac rozšírenej technológií nazvanej Fused Deposition Modeling (FDM), kde je materiál vo forme vlákna podávaný extrudérom do trysky, v ktorej je tavený a nanášaný vo vrstvách podľa špecifikácií 3D modelu. Možno ste doteraz o 3D tlači toho veľa nepočuli, no aj ľudia s menším prehľadom sa už mohli stretnúť s názvom Prusa alebo Prusa i3. Ten predstavuje asi najznámejšiu platformu hobby 3D tlače, ktorá ešte stále udáva trend v tomto segmente. Staršie modely Prusa tlačiarní nanešťastie trpeli množstvom neduhov a tie novšie už zase nie sú tou najzaujímavejšou voľbou po stránke ceny.

Našťastie takmer celý svet 3D tlače sa točí okolo spojenia slov „open source”, čo v skratke znamená, že skoro všetky plány, softvér a ďalšie vylepšenia sú otvorené svetu a ktokoľvek sa môže jednoducho dostať k špecifikáciám a následne si ich upraviť alebo vylepšiť podľa svojich predstáv. Čo nás síce okľukou, ale predsa len dostáva k značke Tevo a modelu Tarantula, ktorý vznikol práve vďaka open source prístupu a ktorej verziu s vyhrievanou tlačovou podložkou s rozmermi 20x20cm má v ponuke práve stránka RoboKing.sk. Hoci jej meno môže vyvolávať dojem neobľúbených chlpatých a osemnohých príšeriek, ide o produkt, ktorý si zobral veľa dobrého z toho, čo z Prusa tlačiarní urobilo obľúbenca medzi nadšencami, opravil tie najviac do očí bijúce nedostatky a pridal kvalitné a robustné diely. A to všetko s cenovkou tesne pod 300 eur, čo je na slovenské pomery takmer nevídané. Samozrejme, spomínaných 300 eur je cena na stránke RoboKing.sk, iní predajcovia si pýtajú často vyššie sumy, no keďže je trh s 3D tlačou na Slovensku ešte stále v plienkach, nie je táto skutočnosť ničím prekvapivá.

Ako ťažké je ale 3D tlačiareň dostať zo stavu stoviek samostatných dielov k prvej tlači? Na zodpovedanie tejto otázky som si to namieril do FabLabu, ktorý sa nachádza na pôde Vedeckého parku Univerzity Komenského v Bratislave. V trojici (moja maličkosť, ktorá sa venovala skôr spovedaniu, zavadzaniu a foteniu, spolumajiteľ stránky RoboKing.sk Ahmed a Gregor, ktorý by mal v budúcnosti viesť workshopy s 3D tlačou a skladaním práve tlačiarní značky Tevo) sme sa pustili do skladania a hoci mal Ahmed už skladanie jednej Tarantuly za sebou, išli sme pomaličky presne podľa návodu. Samozrejmosťou pri skladaní boli občasné návštevy ďalších osadníkov FabLabu, ktorí sa pri nás vždy so záujmom pristavili, aby zistili, čo dobrého na veľkom stole ožíva.

Tlačiareň Tevo Tarantula je síce dodávaná ako skladačka, no ukrýva sa v stále celkom rozmernej kartónovej krabici. V tej sa nachádza viacero samostatných poschodí mäkkej peny, ktorá chráni až prekvapivo veľké množstvo komponentov. Od kovových koľajničiek cez gumené kolieska, stovky šróbikov, podložiek, káblikov a ďalších elektronických súčiastok, oči až prechádzajú a spočiatku mám dojem, že stavba tlačiarne bude skôr beh na dlhú vzdialenosť s pôdorysom zauzleného praclíku. Detailné označenie každého vrecka s dielcami a naozaj podrobný manuál ale tieto chmury rýchlo rozptyľujú. Musím podotknúť, že manuál je zatiaľ v angličtine, no vďaka iniciatíve Ahmeda a Sisi je už k druhému, mierne drahšiemu, modelu Tevo Tornado aj profesionálny slovenský návod a na preklade k Tarantule sa už pracuje.

Predtým, ako sa pustím do popisovania samotného skladania, by asi bolo dobré ponúknuť malé vysvetlenie, ako vlastne táto tlačiareň a iné kúsky pracujúce na podobnom princípe fungujú. Ako som už v rýchlosti spomenul na začiatku článku, momentálne najrozšírenejšou formou 3D tlače je Fused Deposition Modeling (FDM), keď je materiál vo forme vlákna podávaný do trysky. V ňom je následne tavený a nanášaný vo vrstvách podľa špecifikácií 3D modelu. Samotné vlákna, tiež známe ako filament, môžu byť nielen z rozličných materiálov, ale ešte ďalej rozdielne zafarbené alebo dokonca dúhovej farby. Tými najpoužívanejšími sú asi PLA, ABS, PET a PVA, ale v ponuke je ešte rad ďalších. Treba mať ale na pamäti, že niektoré druhy materiálov potrebujú špecializované trysky či profesionálny prístup s naozaj kontrolovanými podmienkami a základné 3D tlačiarne bývajú kompatibilné len s bežnejšími druhmi. Taktiež je dobré naštudovať si výhody a nevýhody alebo najlepšie použitie rôznych materiálov.

Najpoužívanejším materiálom je asi ABS filament na báze ropy, z ktorého sú vyrobené napríklad aj Lego kocky a preto si môže byť človek istý jeho odolnosťou. Na druhej strane na správne nanášanie potrebuje vyššiu teplotu trysky a pri tlačení vydáva nepríjemný zápach, ktorý môže byť problémom v horšie vetraných priestoroch. Takmer rovnako rozšírené sú ale aj ďalšie materiály ako PLA z organických materiálov, obľúbený u začiatočníkov pre svoju toleranciu chýb a jednoduchšie spracovávanie, či PET používaný pri výrobe bežných plastových fliaš, ktorý sa stáva stále zaujímavejšou voľbou, hoci je mierne náročnejšie s ním pracovať.

Akýkoľvek ale materiál zvolíte, princíp nanášania je rovnaký pri každej FDM tlačiarni. Z trysky v presných okamihoch prúdi roztavený materiál a je umiestnený na to správne miesto vďaka použitiu krokových motorov na osách X, Y a Z. Pri základnejších 3D tlačiarňach, akou je aj TEVO Tarantula, hýbu krokové motory ako tryskou (hore/dole a doprava/doľava), tak aj základňou (dopredu/dozadu) a tým docielia pokrytie celého 3D priestoru. Profesionálnejšie riešenia, ktoré mávajú často celú plochu, v ktorej 3D tlačiareň funguje, uzavretú, hýbu iba tryskou a základňa ostáva nehybná. Výsledok je ale v oboch prípadoch podobný.


Konečne ale už k samotnému skladaniu. Všetky súčiastky sme najprv vyložili na stôl a ako tak zorganizovali. Až po skontrolovaní, či nám náhodou nič očividné nechýba, sme sa následne pustili do samotnej skladačky. Najprv pomaly rástla základná konštrukcia z kovových hranolov, na ktoré sú prichytené bežce s kolieskami. Pomaličky, no pre mňa až čarovne rýchlo mizli z vrecúšok ďalšie a ďalšie súčiastky. Hliníkové nosníky a akrylové diely, na ktoré boli prichytávané stále nové doplnky, sú naozaj kvalitné a ich robustná konštrukcia dáva hneď na prvý pohľad vedieť, že ide o zariadenie, ktoré toho zvládne naozaj veľa. Tento dojem vo mne ešte umocnilo porovnanie so staršou Prusa MK2 tlačiarňou, ktorých sa vo FabLabe nachádza niekoľko a ktoré síce nevyzerajú na okamžité rozpadnutie, no porovnávať ich s Tarantulou je ako porovnávať Fabiu so Superbom. Podobný princíp, možno aj základ, ale prevedenie o dosť lepšie.

Keď už na stole zostávalo stále menej malých súčiastok, pomaly prišiel čas na zapájanie „obehovej sústavy” a mozgu, ktoré predstavuje elektronika a riadiaca jednotka MKS Base V1.3 s USB portom a LCD displejom. Manuál bol v tomto bode trochu menej nápomocný, keďže na grafike v ňom použitej bola zobrazená riadiaca jednotka s mierne odlišným rozložením, ale rozdiel bol naozaj minimálny a nešlo o žiadnu veľkú prekážku. Po pripojení všetkých káblov, zdroja, LCD panelu a senzorov snímajúcich dorazy sme sa konečne pustili do prvotnej kalibrácie, ktorá predstavovala hlavne správne nastavenie východiskovej výšky trysky s pomocou obyčajného hárku papiera. Ten je totiž veľmi jednoduchou, no extrémne presnou pomôckou na odhalenie odchýliek vo výške podložky. Následne po úspešnej kalibrácii si tlačiareň pamätá výšku podložky v štyroch až šestnástich bodoch v závislosti podľa potreby a použitého firmvéru.


Samozrejme, počas stavby sme párkrát spravili menšie chybičky, keď sme sa nechali uniesť zážitkom zo stavania Lego skladačky pre dospelých a predbehli sme návod o niekoľko krokov. Preto bol aj čistý čas, ktorý sme skladaním strávili, trochu dlhší ako 8 hodín. Oprava bola ale vždy len otázkou vrátenia sa pár súčiastok späť, povolenia pár skrutiek a pripevnenia chýbajúceho komponentu. A ak by sme počas skladania toľko nediskutovali, verím, že by sme sa zmestili aj pod 6 hodín. Myslím, hoci je to len môj dojem a môžem sa mýliť, že keby trvalo skladanie aj 20 hodín, tak práve stavba tlačiarne je pre začínajúceho 3D tlačiara to najlepšie, čo môže spraviť. Podobne ako je zloženie vlastného počítača skvelým začiatkom pre hráča. Pri skladaní „od píky” sa človek najlepšie zoznámi so všetkými komponentami a súčiastkami a najlepšie pochopí, akú úlohu spolu zohrávajú. Kto si iba zaplatí za už poskladaný produkt, bude oveľa skôr v koncoch, keď niečo prestane fungovať alebo zariadenie nebude pracovať presne podľa predstáv. A často preplatí na komponentoch, ktoré sú nedostatočne výkonné alebo dobre nespolupracujú so zvyškom. Zatiaľ čo osoba, ktorá si osobne prejde celým procesom od hŕby jednoduchých dielcov až po komplikovaný a funkčný produkt, si určite lepšie poradí s riešením problémov v budúcnosti či dokonca vylepšovaním funkcionality.

Konečne ale po hodinách skladania nadišiel čas, keď boli všetky komponenty na správnych miestach, kábliky pozapájané do tých správnych konektorov a tlačiareň ožila v žiare blikajúcich LED diód. Úplný začiatočník strávi určite dlhší čas prvotnou kalibráciou a spoznávaním sa so softvérom, ktorý je na správnu prevádzku tlačiarní a výrobu kvalitných 3D modelov potrebný, no aj na slovenskom internete je stále väčšia komunita fanúšikov 3D tlače, ktorá určite rada poradí a pomôže. My sme si na prvú tlač vybrali ložisko s ozubenými kolieskami, ktoré sa po správnom vytlačení voľne točí, no pred tlačou sme vybrali príliš malú toleranciu a veľkosť výsledného kúsku a kolieska sa prilepili k sebe. Tak či tak ale bola tlač úspešná a oprava tejto chybičky bola iba otázkou zmeny pár nastavení. Chybičky sa niekedy stávajú aj profesionálom s tým najkvalitnejším vybavením a treba sa na nich len poučiť.

Na záver už asi iba spomeniem, že okrem firmvéru samotnej 3D tlačiarne je na správne fungovanie v prvom rade potrebný typ softvéru, ktorý sa označuje ako slicer (z anglického slice - nakrájať). Ten dokáže vziať akýkoľvek 3D model v podporovanom formáte a nakrájať/preformátovať ho do stoviek či tisícok vrstiev koordinátov, v ktorých bude tlačiareň nanášať materiál. Tými najrozšírenejšími sú asi Ultimaker Cura a Simplify3D, prvý zadarmo a druhý spoplatnený, no existujú aj ďalšie podobne šikovné programy. Modely na tlačenie je najjednoduchšie sťahovať zo stránky thingiverse.com, kde sú naozaj tisícky najrozličnejších predmetov a hlavne sú všetky zadarmo. No pokiaľ už máte skúsenosti s prácou na 3D modeloch alebo je pre vás zaujímavé navrhovať si predmety svojpomocne, určite príde vhod Google Sketchup na jednoduchšie kúsky a Simplify3D na komplikovanejšie veci, kde je potrebná vyššia precíznosť.


Ahmedovi a stránke RoboKing.sk v mene redakcie Gamesite.sk patrí veľké poďakovanie. Opäť sme o niečo múdrejší a sme veľmi radi, že sme dostali možnosť sprostredkovať našim čitateľom celý proces od veľkej krabice až k stvoreniu hmatateľného predmetu, ktorý dovtedy existoval len vo virtuálnej podobe. Pevne verím, že problematike 3D tlače sme sa na Gamesite.sk nevenovali poslednýkrát a v budúcnosti vám prinesieme ďalšie zaujímavé články alebo dokonca plnohodnotné recenzie 3D tlačiarní.

Páči sa Vám tento článok? Zdieľajte ho!

Sledujte nás

Odber noviniek

Gamesite.sk
Zoznam.sk