Velikonoce jsou sice už za námi, ručně malované kraslice ale budou dekorovat kdejakou poličku ještě nějaký ten čas. A jelikož máme 21. století a emancipace už často smazala všechny možné rozdíly, svá vajíčka si může vyzdobit i kdejaký chlap.
Aby nedošlo k mylným interpretacím předchozí věty, tady jsme na technickém webu Živě.cz, zajímá nás tedy jen jeden jediný možný typ vajec: ty z polylaktidových vláken, akrylonitrilbutadienstyrenu, polyethylentereftalátu nebo třeba z epoxidové pryskyřice s monomery a fotoiniciátory.
Vytiskneme velikonoční vajíčko z pryskyřice
Pro ty, kteří v dětství chodili za školu, pro jistotu upřesním, že výčet sloučenin výše sice může na první pohled připomínat výbavičku kdejaké varny pervitinu, ale je to jen zdání, jedná se totiž o chemické názvy základních termoplastických hmot PLA, ABS a PET pro populární FFF/FDM 3D tisk a fotocitlivou pryskyřici pro stereolitografický tisk.
Jak se tiskne na MSLA mašině od přípravy po praní a vytvrzování. Šest hodin v pěti minutách včetně time-lapse:
A jelikož z malé domácí 3D tiskárny, jejíž hlava nanáší na prohřátou desku vlákénko nataveného plastu, se už dnes posadí na zadek snad jen ti, kteří byli posledních dvacet let v kryospánku, oprášil jsem doma mašinu Original Prusa SL1 a její mycí a vytvrzovací stanici Original Prusa CW1 a vytiskl dva exempláře velikonočního vajíčka Wavy Complex od Antonína Noska. Dnes si ukážeme, jak to celé probíhalo a hlavně jak to dopadlo.
I po letech magie a sci-fi
SL1 je prvním modelem dnes už světoznámé pražské fabriky na tiskárny Prusa Research, který používá namísto plastových strun tekutou pryskyřici a metodu MSLA. Technologie Mask Stereolitography působí i po letech tak trochu jako magie a science fiction, tištěný předmět totiž pomaličku a v relativní tichosti roste z kádinky naplněné kapalinou s viskozitou plnotučné smetany, jako by jej tvarovala jakási neznámá fyzikální síla.
Z toho modrošedého bazénku za pět hodin vylezou velikonoční vajíčka
Tato smetana může mít různé barevné odstíny a na chemické úrovni je to právě ona epoxidová pryskyřice s monomery a fotoiniciátory, které reagují na UV záření. Když byste tedy kádinku položili na okenní parapet a nechali pár dnů působit ospalé jarní Slunce, smetana postupem času ztvrdne jako beton.
Namísto Slunce ultrafialový zářič
Stejný princip vytvrzování používají i MSLA tiskárny, Slunce ale nahrazují silným UV zářičem, který vše zrychlí o několik řádů. Součástí zářiče je i poloprůhledný monochromatický displej, který funguje jako maska a zobrazuje se na něm aktuální vrstva k tisku.
Maskovací poloprůhledný LCD displej a UV zářič pod ním. Jak vidno, nyní je na displeji testovací maska s logem Prusa Research.
Jak to funguje v praxi? Dno kádinky s tekutou tiskovou hmotou je průhledné. SL1 používá výměnnou transparentní fólii FEP, kterou tiskař napne pomocí série šroubů. Kádinka je postavená nad maskovacím displejem a samotná tisková deska je pak nad kádinkou a pohybuje se jen vertikálně pomocí přesného krokového motoru a hřídele.
Sklopný maskovací displej, kádinka s transparentní fólií na dně a celá sestava včetně tiskové desky, kterou krokový motor posouvá po hřídeli vzhůru
Vrstvička po vrstvičce
Na začátku tisku se deska zanoří do kádinky těsně k průhlednému dnu. Kdyby první vrstva představovala vzor hvězdičky, na poloprůhledném displeji se vykreslí obrazec, který skryje okolí, kterým UV světlo neprojde, zatímco tvar hvězdy uprostřed zůstane prázdný. Na tenkou vrstvičku fotociltivé pryskyřice tedy bude působit světlo a začne okamžitě tvrdnout.
Podívejte se na časosběrné video tisku velikonočních vajíček:
(5 hodin, 1 snímek/min)
Jakmile bude hotovo, kádinka se o pár stupňů sklopí, zatvrdla vrstva se odlepí od FEP fólie a zůstane pouze na tiskové desce. Ta se posune o jeden krok vzhůru a vše začne znovu. Kompletní předmět se může skládat až z několika tisíc podobných vrstviček.
Jako by to bylo odlité z formy a ne z tiskány
Stereolitografický tisk má díky tomuto postupu několik principiálních výhod. Tou klíčovou je kvalita a homogenita. Není tu totiž žádná tisková hlava, která jako splašená čivava poskakuje sem a tam a jednotlivé vrstvičky doslova vyšívá vytlačováním a pokládáním tenkého vlákénka plastu.
Vrstvy vytvrzené pryskyřice jsou při MSLA tisku prakticky homogenní bez vnitřní struktury. Hotový výrobek proto svými mechanickými vlastnostmi připomíná spíše vstřikolis a další průmyslové technologie výroby plastových předmětů.
K vajíčkům jsem vyrobil i věž na Petříně, která patří k referenčním/testovacím tisům pro SL1
A nejen to, MSLA dokáže být také o pár řádů přesnější. Horizontální tiskový detail je dán v podstatě jen chemickými vlastnostmi pryskyřice a rozlišením masky. V případě SL1 je to 5,5“ LCD panel s 2 530 × 1 440 pixely, což odpovídá zhruba 0,047 mm na pixel vrstvičky.
Zatímco horizontální rozlišení je dáno už od výroby, tiskař může nastavit detail v ose Z – výšku kroku, o který se posouvá tisková deska vzhůru. SL1 teoreticky zvládá krok o výšce pouhých 0,01 mm, v praxi se ale používají spíše kroky 0,025-0,1 mm.
Proč tisknout jedno vajíčko, když mohu mít za stejný čas rovnou dvě
Jelikož se celá plocha s rozměry 120 × 68 mm vytvrzuje v jednom kroku, je úplně jedno, jestli tisknete jednu malou figurku, anebo se jich na tiskovou desku vejde třeba několik desítek. Bude to trvat úplně stejnou dobu. To je další principiální výhoda oproti FFF/FDM, kde naopak dobu prodlužuje jakýkoliv další pohyb tiskové hlavy a desky.
Proč mít jen jednu Eiffelovku, když jich mohu mít za stejný čas rovnou patnáct!
Rozřežeme vajíčka na 1 300 vrstviček
Tak, hrubou teorii bychom měli a teď už jdeme na ta velikonoční vajíčka. Model jsme stáhli ve standardním formátu STL pro 3D, potřebujeme jej ale připravit pro tisk na konkrétním zařízení. To znamená, že potřebujeme nastavit kvalitu, rozměry, orientaci a další parametry a podle této konfigurace nakonec předmět rozřezat na ony drobné vrstvičky – bitmapy pro maskovací displej, které bude tiskárna vytvrzovat jednu za druhou.
PrusaSlicer a náhled modelu na tiskové desce mašiny SL1
Tomuto procesu se v tiskařské hantýrce říká slicování, a jelikož si vajíčka vyrobíme na mašině SL1, použijeme základní program pro tiskárny Prusa Research PrusaSlicer. Jedná se v podstatě o jednoduchý 3D prohlížeč s možností specifických úprav modelu pro tisk. K těm nejtypičtějším patří dopočítávání tzv. podpěr, které se u 3D tisku používají jako lešení pro stabilizaci těch částí, které by se jinak zhroutily.
Nařezaný model na vrstvičky a náhled po jednotlivých krocích, ve kterých mohu zkontrolovat, jestli na sebe korektně navazují a SL1 je dokáže bezchybně vytvrdit na sebe
Tvar našich vajíček ale umožňuje tisk bez podpěr a dalších specialit, vrstvičky na sebe totiž hezky navazují, a tak ušetříme tiskový materiál a na závěr nebudeme muset na modelu cokoliv odlamovat a případně i zabrušovat jakékoliv neduhy.
Čím více času, tím tvrdší
Nastavil jsem normální kvalitu tisku s výškou vrstvy 0,05 mm a lehce navýšil dobu osvitu jedné vrstvy na 8 sekund. PrusaSlicer poté odhadl dobu tisku na necelých pět hodin. Delší osvit sice může zvýraznit vrstvičky, protože vytvrzení bude silnější, zatímco měkčí vrstvy by se více slily dohromady, ale zase budu mít jistotu, že se z použitého šedého resinu skutečně něco vynoří.
Jednou z mála nevýhod MSLA tisku je totiž komplikovanější ladění chyb. Když se vám u FFF/FDM tisku hned na začátku odlepí několik prvních vrstev od podložky, okamžitě to uvidíte, tisk přerušíte, upravíte parametry a začnete znovu.
Po nějaké hodině je už deska dostatečně vysoko nad hladinou, aby mohl tiskař zkontrolovat, že vše probíhá podle plánu. Do té chvíle je to jen Schrödingerův MSLA proces, u kterého jsou stejně pravděpodobné všechny možnosti včetně naprostého zklamání.
Tekutá pryskyřice ale není průhledná, čili že tisk probíhá bez komplikací, se dozvíte až tehdy, když se deska začne nořit z kádinky a něco na ní opravdu bude, což může trvat i několik dlouhých hodin. Věcí, které se mohou pokazit, je přitom ohromné množství. MSLA tedy vyžaduje určitou zkušenost, trpělivost a také trošku jiná pravidla při slicování než u FFF/FDM.
Stručně řečeno, začátečník potřebuje trošku toho zenového klidu, hromadu náhradních FEP fólií, které zprvu podrápe jako kočka, dostatek pryskyřice na experimentování a ideálně také ztrátu čichu po prodělaném kovidu, resinové výpary totiž nejsou úplně to pravé ořechové, čím chcete trápit sebe a své blízké.
Povedlo se!
Dnes nad ránem ještě před východem Slunce mě probudil budík, já opatrně nahlédl do technické místnosti a spadl mi kámen ze srdce. Když jsem totiž sjel očima na tiskovou desku zdviženou vysoko nad kádinku, koukaly tam na mě dvě dokonalé kraslice jako šišky na borovici v parku před domem.
Velikonoční šišky po pěti hodinách
Vytvrzování tedy proběhlo v pořádku, tím ale celkový proces zdaleka nekončí. V prvním kroku jsem sice získal svá velikonoční vajíčka, výrobek je ale stále relativně měkký – mohl bych jej snadno poškodit – a obalený zbytky mastné pryskyřice z kádinky.
Ne, toto na běžné FFF/FDM 3D tiskárně s takovým detailem nikdy nevyrobíte
Geekové perou v isopropylalkoholu
Dalším krokem je tedy čištění v isopropylalkoholu. Byť bych jej zvládl i ručně a zašpinil si agresivními zbytky pryskyřice celý byt, do boje jsem raději povolal myčku a pec v jednom Original Prusa CW1. Mašina na pár minut roztočila magnetickou vrtulku na dně nádoby s IPA a vejci a zbavila oba modely nečistot.
Sedmého dne Bůh stvořil isopropylalkohol, univerzální tekutinu každého makera
S loňským příchodem koronaviru do našich životů začali mnozí míchat dezinfekci a ze všech běžných čistících alkoholů včetně IPA se stalo na jaře nedostatkové a neuvěřitelně drahé zboží na příděl. V případě MSLA si přitom nevystačíte jen s nějakou maličkou lahvičkou pro čištění elektrických obvodů, CD-ROMů a monitorů, ale pro dokonalé praní velkých modelů budete potřebovat i několik litrů IPA. Suma sumárům, je to pekelně drahý prací prostředek, byť jej lze samozřejmě používat opakovaně.
Model tedy máme očištěný, stereolitografické vytvrzení při tisku ale není finální a vajíčka bychom nyní mohli vystavit na vnitřním parapetu okna, kde by pod náporem slunečního svitu a přírodního (byť filtrovaného) UV dozrávala několik dalších dnů.
Ultrafialová pec nakonec
Na to jsem pochopitelně neměl čas, a tak jsem slil alkohol přes sítko zpátky do pětilitrového zásobníku, odstranil z CW1 plechovou prací nádobu a mašina se rázem proměnila ve výkonnou vytvrzovací pec s UV zářivkami a rotující deskou. Postavil jsem na ní svá vejce, zavřel ochranný tmavý kryt, aby ultrafialové paprsky neuvařily i mě, a stiskl knoflík.
Pečení beránků nechte maminkám. Geekové pečou pryskyřici.
Za dalších pár minut bylo po všem a vajíčka jsou už téměř dokonalá. I po tomto kroku budou postupně dále dozrávat a lehce měnit své vlastnosti, už nyní je ale mohou osušit a věnovat třeba nadšeným neteřím.
Velikonoční stereolitografická vajíčka pod stereolitografickou věží na Petříně
MSLA tisk se svými vlastnostmi hodí na výrobu přesně takových předmětů, na přesné prototypování, kde jde o každý detail, a my proto velikonočními vajíčky zdaleka nekončíme.
Jakub si v průběhu posledního roku – jen co padl přídělový systém po první vlně koronaviru – nakoupil tolik isopropylalkoholu, že by mohl vyčistit monitory v polovině Evropy (případně explozí vypálit celé Brno do základů), a tak SL1 potrápí ještě mnohem náročnějšími výzvami.
Video: Vytiskli jsme velikonoční vajíčka na stereolitografické 3D tiskárně SL1 - Živě.cz
Read More
No comments:
Post a Comment