Συγκρίνοντας το ίδιο σχέδιο που κατασκευάζεται με εκτύπωση με ίνες, ρητίνη και CNC - 💡 Fix My Ideas

Συγκρίνοντας το ίδιο σχέδιο που κατασκευάζεται με εκτύπωση με ίνες, ρητίνη και CNC

Συγκρίνοντας το ίδιο σχέδιο που κατασκευάζεται με εκτύπωση με ίνες, ρητίνη και CNC


Συγγραφέας: Ethan Holmes, 2019

Η δημιουργία πρωτοτύπων δεν είναι κάτι νέο. Για αιώνες, οι εφευρέτες έχουν δημιουργήσει μακέτες σε μυριάδες τρόπους, που κυμαίνονται από την ξυλογλυπτική μέχρι τη συνήθη κατεργασία. Οι αδελφοί Wright δημιούργησαν πρωτότυπα όπως και ο Thomas Edison. Η παραγωγή αυτών των πρωτοτύπων απαιτούσε όχι μόνο την όραση αλλά και τις σημαντικές δεξιότητες κατασκευής.

Τα σύγχρονα πρωτότυπα έχουν αλλάξει. Τα σχέδια δημιουργούνται σε λογισμικό σχεδιασμού με υπολογιστή και στη συνέχεια αποστέλλονται απευθείας σε εργαλεία που παράγουν άμεσα τα αντικείμενα. Επιπλέον, εργαλεία όπως οι 3d εκτυπωτές και οι δρομολογητές που ελέγχονται από υπολογιστή έχουν γίνει πιο προσιτοί. Και οι κατασκευαστές σε εκατοντάδες κοινότητες σε ολόκληρη τη χώρα και στον κόσμο κάνουν τώρα αυτά τα εργαλεία προσβάσιμα σε εφευρέτες περιορισμένων μέσων.

Αλλά πόσο δύσκολο είναι, πραγματικά, για κάποιον με όραμα και περιορισμένους πόρους να σχεδιάσει και να δημιουργήσει ένα πρωτότυπο; Είναι αυτός ένας ρεαλιστικός στόχος; Και ποια είναι τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των 3d εκτυπωτών και των δρομολογητών CNC;

Θέλοντας να απαντήσω σε αυτές τις ερωτήσεις, εντάχθηκα σε ένα makerspace, το Columbus Idea Foundry στο Οχάιο. Χωρίς εμπειρία στο 3D σχεδιασμό ή στην 3D εκτύπωση, αποφάσισα να δημιουργήσω και να παράγω ένα πρωτότυπο στους 2 τύπους 3D εκτυπωτών τους και στον δρομολογητή CNC.

Ξεκινήστε με ένα όραμα

Μερικούς μήνες νωρίτερα, διάβασα το λαμπρό Camera Axe του Maurice Ribble. Είχα ψάξει έναν τρόπο για να φωτογραφίσετε τα σταγονίδια νερού. Την εποχή εκείνη το Axe Camera ήταν διαθέσιμο είτε σε μια ολοκληρωμένη μονάδα σε μια θήκη είτε ως κιτ με μια πλακέτα κυκλώματος και όλα τα απαραίτητα εξαρτήματα. Όντας οικονομικό, επέλεξα το κιτ αξίας $ 85 αντί για τη συμπληρωμένη μονάδα αξίας $ 300. Μέσα σε λίγες ώρες είχα ένα πλήρως λειτουργικό Camera Axe και έβγαζε φωτογραφίες.

Αλλά δεν θα ήταν ωραίο ... Λυπάμαι που δεν έχω μια υπόθεση για το κιτ του κιτ μου. Και αυτή η έννοια μου έδωσε την τέλεια ευκαιρία να πειραματιστώ. Πόσο δύσκολο θα ήταν να δημιουργηθεί μια πρωτότυπη περίπτωση στον εξοπλισμό της Idea Foundry; Η έκδοση κιτ του Camera Axe ήταν ιδανική για αυτό το πείραμα ακριβώς επειδή δεν θα ήταν εύκολο. Ο πίνακας περιελάμβανε 9 διακόπτες, 2 ενδεικτικές λυχνίες LED και μια μικρή οθόνη LED. Το ίδιο το διοικητικό συμβούλιο ήταν μικρό, περίπου 4 "x 3.25" αλλά τοποθετήθηκε σε ξεχωριστό πίνακα Arduino. Επιπλέον, αυτή η έκδοση δεν είχε σχεδιαστεί για να τοποθετηθεί σε ένα κουτί. Συστατικά διαφόρου ύψους τοποθετήθηκαν το ένα δίπλα στο άλλο. Ένας σύντομος διακόπτης μπορεί να είναι μέσα σε ένα τεταρτοστόλιτρο από ένα πολύ ψηλότερο τρανζίστορ. Αυτό θα ήταν μια πρόκληση.

Σχεδιασμός 3D

Εσωτερικό του καπακιού του κυκλώματος πλακέτας στο Fusion 360 CAD:

Το πρώτο βήμα, βέβαια, ήταν η επιλογή μιας 3D εφαρμογής υποβοηθούμενης από υπολογιστή σχεδιασμού για να σχεδιάσουμε το κιβώτιο για αυτόν τον πίνακα κυκλωμάτων. Η εκμάθηση της χρήσης λογισμικού 3d CAD ήταν η μόνη μεγαλύτερη πρόκληση που αντιμετώπισα. Υπάρχουν δεκάδες ισχυρές εναλλακτικές λύσεις όπως το SketchUp, το SolidWorks και το Blender. Μετά από ώρες έρευνας έχω εγκαταστήσει το Fusion 360 της Autodesk. Είναι εξαιρετικά ισχυρό και, αξιοσημείωτο, ελεύθερο να χρησιμοποιηθεί για χομπίστες και λάτρεις. Με βάση το σύννεφο, το Fusion 360 εξελίσσεται και βελτιώνεται συνεχώς.

Αφού έκανα αυτή την απόφαση, γρήγορα ανακάλυψα ότι η εκμάθηση ενός πακέτου 3D CAD είναι μια πραγματική πρόκληση. Έχω περάσει περισσότερες ώρες από ό, τι θα ήθελα να παραδεχτώ κύβους σχεδίασης, κόβοντας τρύπες δοκιμής, ρυθμίζοντας το πάχος των τοιχωμάτων. Αυτό ήταν δύσκολο. Ως σημείο σύγκρισης, χρησιμοποιώ την πλήρη έκδοση του PhotoShop για επεξεργασία εικόνων. Η εξοικείωση με το Fusion 360 ήταν μια πρόκληση στο επίπεδο της μάθησης για τη χρήση του PhotoShop, ένα γνωστό δύσκολο πρόγραμμα για master.

Ήταν δύσκολο, αλλά η αποπληρωμή ήταν τεράστια. Μόλις κατανοήσετε τα βασικά, μπορείτε να δημιουργήσετε σχέδια που μπορούν να εκτυπωθούν και να χρησιμοποιηθούν. Τελικά, τα μυριάδα βίντεο του YouTube, μερικά από την AutoDesk, μερικά από τους τελικούς χρήστες, με έκαναν να ξεκινήσω.

Συμβουλές

Κάντε την έρευνά σας και βρείτε ένα προϊόν σχεδιασμού που ανταποκρίνεται στις ανάγκες σας. Ορισμένα είναι καλύτερα και μηχανικά αντικείμενα για παράδειγμα. Άλλοι είναι πιο κατάλληλοι για γλυπτική. Αν μπορείτε να βρείτε έναν τοπικό εκπαιδευτή που διδάσκει μια κατηγορία 3D CAD, εγγραφείτε. Μια καλή κατηγορία θα σας εξοικονομήσει πολύ χρόνο. Εάν το εξάρτημα σας χρειάζεται να μοιράζεται με άλλα αντικείμενα όπως η δική μου έκανε με το κύκλωμα, αγοράστε ένα καλό σύνολο των ψηφιακών δαγκάνα και να τους κρατήσει στο χέρι. Δεν υπάρχει τίποτα πιο απογοητευτικό από το να μαντέψουμε τις διαστάσεις. Αποδεχτείτε ότι τα πρώτα σας σχέδια όταν τυπωθούν, δεν θα είναι τέλεια. Αυτό είναι πρωτότυπο. Αναμείνετε ότι αυτή είναι μια επαναληπτική διαδικασία με πολλά αδιέξοδα. Ιδιαίτερα με το Fusion 360, ξεκινήστε σε λειτουργία σκίτσο και σχεδιάστε αυτό που θέλετε να παράγετε με ακρίβεια. Τα εργαλεία 3d μοντελοποίησης θα μπορούσαν να σας δελεάσουν να σχεδιάσετε έναν κύβο και στη συνέχεια να ξεκινήσετε ψηφιακά να χτυπήσει σε αυτό. Αλλά ο καλός σχεδιασμός ξεκινά με ένα καλό σκίτσο.

Ροή εργασιών

Είναι ενδιαφέρον ότι, με κάθε μία από τις τεχνολογίες 3D της Idea Foundry, οι 2 εκτυπωτές 3D και ο δρομολογητής CNC, η ροή εργασίας είναι παρόμοια:

Σχεδιάστε το αντικείμενο σε ένα πρόγραμμα 3D CAD και εξάγετε σε μορφή STL. Εισαγάγετε το αρχείο STL στον προ-επεξεργαστή του εργαλείου. Χρησιμοποιήστε τον προ-επεξεργαστή για να δημιουργήσετε υποστηρίξεις, να προσανατολιστείτε στον σχεδιασμό και, στην περίπτωση του δρομολογητή CNC, να δημιουργήσετε τις "διαδρομές εργαλείων" που θα ακολουθήσει ο δρομολογητής. Εξαγωγή της προκύπτουσας διαμόρφωσης σε μορφή G-Code. Ο κώδικας G είναι μια παγκόσμια γλώσσα για τον έλεγχο της θέσης και της κίνησης των ελεγχόμενων από υπολογιστή εργαλείων. Χρησιμοποιώντας το λογισμικό ελέγχου του εκτυπωτή ή του δρομολογητή, φορτώστε και εκτελέστε τον G-Code. Μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας, αφαιρέστε το εξάρτημα και ολοκληρώστε όπως επιθυμείτε.

Από το σχεδιασμό μέχρι την παραγωγή και ξανά

Το Founda Idea πρόσφερε 3 εργαλεία που φαίνονταν ιδανικά για πρωτότυπα, δύο τύπους 3D εκτυπωτών και έναν υπολογιστή με αριθμητικό έλεγχο (CNC). Ένας από τους 3D εκτυπωτές, ένα Lulzbot Taz 5, εξωθημένο πλαστικό νήμα για να κάνει ένα αντικείμενο. Το άλλο, ένα Formlabs Form1 +, χρησιμοποίησε τεχνολογία υγρής ρητίνης και στερεολιθογραφίας (SLA).

Μετά την ολοκλήρωση των τάξεων στους δύο εκτυπωτές, επέλεξα τον εκτυπωτή νήματος για να ξεκινήσω τη δουλειά μου. Με την πάροδο του χρόνου έμαθα ότι αυτή ήταν η σωστή επιλογή. Για όσους από εμάς δεν είναι τέλειοι, τα πρωτότυπα είναι μια διαδικασία σχεδιασμού / παραγωγής / αξιολόγησης / επανάληψης. Βρήκα τον εαυτό μου να εκτυπώνω επανειλημμένα ένα εξάρτημα, προσαρμόζοντας ξανά το σχέδιο και την εκτύπωση. Η εκτύπωση με νήμα ήταν σχετικά φθηνή. Επιπλέον, ιδιαίτερα όταν δοκιμάζω το πάνω ή το κάτω μέρος του κουτιού μου, θα μπορούσα να ρυθμίσω την ποιότητα εκτύπωσης χαμηλή και να πάρω ένα χρησιμοποιήσιμο αποτέλεσμα σε περίπου 4 ώρες. Η ρύθμιση του εκτυπωτή με την υψηλότερη ποιότητα ολοκληρώνει το ίδιο στοιχείο σε λίγο περισσότερο από 8 ώρες.

Τι έμαθα στην πορεία

Ο εκτυπωτής Lulzbot αποστέλλεται με μια έκδοση του Cura, του προ-επεξεργαστή του. Παρόλο που το Cura περιλαμβάνει δεκάδες παραμέτρους που μπορούν να προσαρμοστούν, χρησιμοποιώντας τα προεπιλεγμένα προφίλ παρήγαγαν σταθερά καλά αποτελέσματα. Αλλά ο προσανατολισμός της συνιστώσας μου περιλάμβανε πολλές επιλογές. Δεδομένου ότι στην κορυφή του κουτιού μου περιλαμβάνονται εσοχές, για παράδειγμα, έπρεπε να χρησιμοποιήσω υποστηρίγματα. Θα μπορούσα να τυπώσω το καπάκι είτε όρθιο είτε ανεστραμμένο. Ούτε ήταν λάθος επιλογή. Αφού προσπαθούσα και τα δύο σε πρωτότυπα, έφτασα τελικά στην εκτύπωση του κιβωτίου με το εσωτερικό προς τα πάνω και αυτόματα δημιουργημένο στήριγμα γεμίζοντας τις εξωτερικές εσοχές.

Κάτω μέρος του καπακιού κουτιού στο Cura για τον εκτυπωτή νημάτων Lulzbot που δείχνει το πλέγμα γεμίσματος σε κίτρινο χρώμα και υποστηρίζει τις περιοχές των προεξοχών στο aqua.

Επίσης, συνειδητοποίησα ότι ενώ χρειάζονταν υποστηρίξεις για το σχεδιασμό μου, έκαναν πιο δύσκολο τον τερματισμό. Εξαφανίστηκαν αρκετά εύκολα, αλλά άφησαν παρατυπίες στην επιφάνεια που ήταν δύσκολο να απομακρυνθούν με άμμο, ιδιαίτερα σε περιοχές με εσοχές. Τελικά πέρασα αρκετές ώρες για το τρίψιμο του άνω και κάτω ημίσεος της θήκης μου για να αφαιρέσω τις γραμμές του νήματος και να ομαλήσω το εξωτερικό. Έχω δουλέψει με αμμοχάλικες από μεσαία πίσσα σε εξαιρετικά λεπτό 2000 υγρό / ξηρό χαρτί. Μόλις λείπετε, τελείωσα την θήκη με μερικά στρώματα ακρυλικού ψεκασμού.

Υλικά Υλικά

Εκτυπώσεις πρώιμων νημάτων σε πλαστικό ABS. Σημειώστε την διόγκωση των πλευρών:

Οι πρώτες μου εκτυπώσεις έσπρωξαν στη μέση, έτσι ώστε το κέντρο κάθε πλευράς να ήταν ψηλότερο από τις γωνίες. Το τρίψιμο αυτού του επίπεδου με το άλλο μισό ήταν ένας σημαντικός πονοκέφαλος. Είχα επιλέξει πλαστικό ABS για τις πρώτες δοκιμές μου, δεδομένου ότι είναι σκληρό και ανθεκτικό. Αποδεικνύεται ότι είναι επίσης αρκετά επιρρεπείς σε στρέβλωση. Για τις επόμενες δοκιμές μου, επέλεξα ένα προϊόν που ονομάζεται nGen από το ColorFabb. Το γεγονός αυτό στρεβλώθηκε πολύ λιγότερο και παρήγαγε ένα σταθερό, σταθερό και (με φινίρισμα) ελκυστικό προϊόν.

Η εκτύπωση μπλε FDM έκλεισε

Έμαθα επίσης ότι οι εκτυπωτές νήματος τυπικά εκτυπώνονται με ένα γεμιστικό πλέγματος αντί για στερεό πλαστικό. Αυτό εξοικονομεί χρόνο πλαστικού και εκτύπωσης χωρίς δραστική απώλεια αντοχής. Αλλά αυτό έκανε πιο δύσκολο να βιδώσω το πάνω και το κάτω μέρος της θήκης μου. Το εσωτερικό πλέγμα δεν υποστηρίζει πολύ καλά τα νήματα. Η λύση ήταν σπειροειδείς θερμαινόμενες ορειχάλκινες παρενθέσεις από την McMaster-Carr. Χρησιμοποιώντας ένα συγκολλητικό σίδερο, αυτά γλίστρησαν τακτοποιημένα σε τυπωμένες οπές και λειώθηκαν σταθερά στη θέση τους.

Blue FDM Ανοίξτε την εκτύπωση, εμφανίζοντας θερμαινόμενα ένθετα ορείχαλκου

Μετάβαση στο SLA

Όπως η Lulzbot περιλαμβάνει το Cura με τους εκτυπωτές Taz, το Formlabs περιλαμβάνει το Preform με τη φόρμα 1+ με τον εκτυπωτή ρητίνης / στερεολιθογραφίας. Η διαδικασία είναι σχεδόν ίδια. Εισαγάγετε το στοιχείο ως αρχείο STL, καθορίστε τύπο ρητίνης και επίπεδο ποιότητας, ρυθμίστε τις απαραίτητες υποστηρίξεις και δημιουργήστε το αρχείο G-Code που θα αποσταλεί στον εκτυπωτή. Ωστόσο, το PreForm υποθέτει ότι ο εκτυπωτής Formlabs συνδέεται απευθείας με τον υπολογιστή. Όταν ορίσετε τη διαμόρφωση, απλά κάντε κλικ σε μια επιλογή μενού για να στείλετε τις εντολές στον εκτυπωτή.

Καπάκι κουτιού στο Preform για τον εκτυπωτή Form1bs Form1 + SLA που δείχνει παραγόμενα υποστηρίγματα

Αλλά πριν μπορέσω να εκτυπώσω την περίπτωσή μου, έπρεπε να κάνω μια μικρή προσαρμογή στο σχέδιο. Όπου μπορούσα να χρησιμοποιήσω ένθετα θερμότητας με νήμα με τα πλαστικά νήματα, αυτά τα ένθετα δεν λειτουργούν με εκτυπώσεις SLA με βάση ρητίνες. Αντ 'αυτού, η Formlabs συνιστά τη δημιουργία θυλάκων στα οποία ένα παξιμάδι θα ολισθαίνει οριζοντίως. Το παξιμάδι μπορεί να κολληθεί στη θέση του και στη συνέχεια η βίδα εισάγεται μέσα από μια οπή από πάνω. Αυτό ακούγεται δύσκολο, αλλά τελικά ήταν πολύ εύκολο να το κάνουμε αυτό στο Fusion 360. Επιπλέον, ήμουν ενθουσιασμένος από την ποιότητα των τρυπών και των τσεπών στην τελική εκτύπωση. Ήταν τέλεια σχήματος και μεγέθους. Στην πραγματικότητα, η συνολική ποιότητα των εκτυπώσεων Formlabs ήταν απλά καταπληκτική. Οι πλευρές και τα άκρα ήταν απότομες, σαφώς καθορισμένες και ισχυρές. Οι εκτυπώσεις SLA είναι δύσκολο να νικήσουν.

Αλλά υπάρχουν επιφυλάξεις. Η ρητίνη SLA είναι δαπανηρή. ένα λίτρο κανονικής λευκής ρητίνης κοστίζει $ 149. Και η εκτύπωση είναι αργή. Κάθε πλευρά της θήκης μου χρειάστηκε περίπου 9 ώρες για εκτύπωση σε μεσαία ποιότητα. Στην υψηλότερη ποιότητα, ο χρόνος εκτύπωσης εκτιμάται σε 15 ώρες! Τέλος, ειδικά με τη φόρμα 1+, αυτή είναι μια πολύ ακατάστατη διαδικασία. Η νεώτερη φόρμα 2 χρησιμοποιεί κασέτες ρητίνης που μειώνουν το χάος. Η ρητίνη είναι κολλώδης και μπορεί να προκαλέσει ερεθισμό του δέρματος, έτσι συνιστώνται τα γάντια. Τα εξαρτήματα βγαίνουν από τον εκτυπωτή επικαλυμμένα με υπολειμματική ρητίνη και αυτό πρέπει να αφαιρεθεί, συνήθως με πολλά λουτρά αλκοόλης. Τέλος, οι εκτυπώσεις είναι αρκετά μαλακές από τον εκτυπωτή και πρέπει να σκληρυνθούν σε υπεριώδη ακτινοβολία. Έχω θεραπεύσει το κάτω μέρος της θήκης μου κάτω από μια λάμπα UV που έχει σχεδιαστεί για τη θεραπεία βερνίκι νυχιών. Αυτό χρειάστηκε περίπου μία ώρα. Τοποθετήστε το πάνω μισό σε ένα δοχείο από γυάλινο δοχείο γεμάτο με νερό. Τοποθετημένο στο ηλιακό φως, το μέρος θεραπεύεται σε 15 λεπτά. Προφανώς, η βύθιση του τμήματος στο νερό για τη σκλήρυνση επιταχύνει τη διαδικασία.

Λευκή εκτύπωση SLA

Τελικά, ήμουν ευγνώμων που αποφάσισα να αρχίσω με τον εκτυπωτή νημάτων. Ενώ οι εκτυπώσεις ρητίνης είναι πανέμορφες, ο χρόνος και η χάλια που εμπλέκονται θα ήταν πολύ απογοητευτικό όταν στενεύουν σε ένα τελικό σχέδιο.

Στο ShopBot

Συνειδητοποιώ ότι η επόμενη εκδοχή της θήκης μου θα εκτυπωθεί σε ξύλο, έκανα μια προσαρμογή του σχεδιασμού στο Fusion 360. Ανησυχούσα για την ικανότητα του ξύλου να συγκρατήσει ένα κομμάτι του δρομολογητή που περιστρέφεται στις 12.000 σ.α.λ. Έτσι διπλασιάστηκα το πάχος του τοίχους τοίχου, πηγαίνοντας από 3mm σε 6.

Μετά την αποθήκευση του αρχείου CAD σε μορφή STL, έβαλα στη συνέχεια το vCarve Pro, τον προ-επεξεργαστή του ShopBot. Η εκμάθηση της χρήσης του Cura για το Lulzbot Taz και Preform για το έντυπο 1+ ήταν σχετικά απλή. Δεν είναι έτσι με vCarve. Ξεκινάμε καθορίζοντας τις διαστάσεις του αποθέματος από το οποίο θα δημιουργηθεί ένα στοιχείο. Για να κρατήσω το κόστος κάτω έκοψα τμήματα 2 × 6 "σε 6" και το χρησιμοποίησα για τα πρώτα μου πειράματα.

Εσωτερικό καπακιού κουτιού στο vCarve Pro μεσαίο κινούμενο σχέδιο στο εσωτερικό του φινιρίσματος:

Η μεγαλύτερη πρόκληση στο vCarve έγκειται στη δημιουργία "διαδρομών εργαλείων". Μόλις ένα αντικείμενο εισαχθεί, μπορεί να σπάσει σε μεμονωμένους φορείς και στη συνέχεια αυτά τα διανύσματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να καθορίσουν τι κάνουν τα bits. Ένας σχεδιασμός πρέπει να καθοριστεί με συγκεκριμένα καθήκοντα. Για κάθε εργασία πρέπει να επιλέξετε ένα κατάλληλο bit και στη συνέχεια να προσδιορίσετε τη διαδρομή που θα ακολουθήσει το κομμάτι μέσω του ξύλου. Οι εργασίες στο διάδρομο εργαλείων περιλαμβάνουν την εκσκαφή του εσωτερικού χώρου, τη λεπτή ρύθμιση του εσωτερικού χώρου, το κόψιμο του εξωτερικού προφίλ και τη διάτρηση των κατάλληλων οπών κλπ. Τελικά χρησιμοποίησα 3 κομμάτια δρομολογητή (μύλος άκρου 1/4 ", 1/8" άκρο σφαιρών) και 2 τρυπάνια (1/8 "και 1/16"). Προσθέτοντας την πολυπλοκότητα, υπάρχουν επιλογές για κάθε bit. Πόσο γρήγορα θα γυρίσει, πόσο γρήγορα θα μετακινηθεί μέσα στο ξύλο, πόσο θα κόψει μια επικάλυψη με την προηγούμενη κλπ. Ευτυχώς, οι vCarve προεπιλογές λειτούργησαν πολύ καλά για μένα από αυτή την άποψη.

ShopBot χαλικώνοντας πρώιμο πρωτότυπο σε πεύκο:

Ευτυχώς, vCarve Pro κάνει επίσης μια μεγάλη δουλειά του να απεικονίσει τι θα κάνει κάθε περικοπή. Η κίνηση κάθε μπιτ είναι κινούμενη στην οθόνη. Μετά από μεγάλη δοκιμή και λάθος, άρχισε να έχει νόημα. Έκοψα τα πρώτα πειραματικά μου κομμάτια σε πεύκα και ευχάριστα έκπληκτος για την ποιότητά τους, παρά τα χαρακτηριστικά του μαλακού ξύλου πεύκου. Όταν έκανα τελική εκτύπωση σε κεράσι, ήμουν έκπληκτος από τα καθαρά, καλά καθορισμένα σχήματα σε ένα πολύ περίπλοκο αντικείμενο. Συνειδητοποίησα επίσης ότι ήμουν υπερβολικά συντηρητικός στον επανασχεδιασμό του πάχους του τοίχου. Ίσως όχι σε πεύκο, αλλά σε σκληρό ξύλο τα αποτελέσματα θα ήταν καλά με τοίχους 3 χιλ.

Ακριβώς τι είναι 2.5D

Οι εκτυπωτές Lulzbot και FormLabs, όπως και οι ανταγωνιστές τους, είναι συσκευές 3D. Αλλά οι περισσότερες περιγραφές των δρομολογητών CNC τις περιγράφουν ως 2.5D. Χρειάστηκε λίγος χρόνος για να εντοπιστεί αυτό που σημαίνει, αλλά στο τέλος, κάνει τη διαφορά. Βοηθά να σκεφτόμαστε έναν τοπογραφικό χάρτη ενός τοπίου. Μια συσκευή 2.5D επιτρέπει μόνο ένα σημείο Ζ σε οποιαδήποτε συντεταγμένη XY. Με άλλα λόγια, δεν υπάρχει τρόπος να απεικονίσουμε ή να παράγουμε ένα σπήλαιο ή μια προεξοχή από γκρεμό σε έναν κόσμο 2.5D. Οι 3D εκτυπωτές επιλύουν αυτό το πρόβλημα με υποστήριξη και γεφύρωση.

Ο σχεδιασμός της θήκης μου έσπασε τον κανόνα αυτό με δύο τρόπους. Αυτές οι εσοχές που είχα δημιουργήσει για καρύδια με τον εκτυπωτή SLA είναι σαν τις σπηλιές. Δεν υπάρχει τρόπος να το κάνετε σε ένα δρομολογητή CNC. Ευτυχώς, οι βίδες ξύλου ήταν μια μεγάλη λύση. Αλλά στην κορυφή του καπακιού υπήρχαν εκείνες οι κοιλότητες όπου οι διακόπτες έβγαζαν το καπάκι. Χρησιμοποιούσα τον δρομολογητή για να καθαρίσω το εσωτερικό της θήκης, αλλά δεν μπορούσα να επεξεργαστώ τις κοιλότητες στο πάνω μέρος του καπακιού. Υπάρχει όμως μια τεράστια λύση σε αυτό το πρόβλημα: αναστροφή του αποθέματος με προσεκτική καταγραφή των αξόνων XY.

ShopBot κοπή τελικό εσωτερικό καπάκι:

Το να σκέφτομαι πώς να το κάνω αυτό έκανε το κεφάλι μου κακό για λίγο, αλλά στο τέλος, ήταν αρκετά εύκολο. Στο vCarve Pro έβαλα 2 κύκλους, με διάμετρο 9,5mm και ακριβώς τοποθετημένο στην κεντρική γραμμή του κουτιού. Αυτά ήταν ακριβώς το σωστό μέγεθος για μια ράβδο 3/16 ". Το πρώτο μου εργαλείο διάτρησε τις κοιλότητες στην κορυφή. Στη συνέχεια διέγραψα αυτές τις τρύπες, πηγαίνοντας περίπου 5 χιλιοστά μέσα στο "τραπέζι πάλης", την επιφάνεια εργασίας του ShopBot. Με την ανώτερη επιφάνεια του καπακιού γεμάτη, ανέστρεψα το απόθεμα και έβγαζα τη ράβδο για τις ράβδους μέσα από τις τρύπες στο απόθεμά μου και κάτω στην πλάκα χαλάρωσης. Το καπάκι μου ήταν τώρα ακριβώς τοποθετημένο για την κατεργασία του εσωτερικού.

Cherrywood CNC εκτύπωση

Δοκιμές χρόνου

Ενώ η ποιότητα της εκτύπωσης είναι πολύ χαμηλότερη, ο εκτυπωτής με ίνες μπορεί να βγάλει πολύ πιο γρήγορα ένα δοκιμαστικό πρωτότυπο. Αυτό είναι ένα τεράστιο πλεονέκτημα. Σε έναν τέλειο κόσμο θα χρησιμοποιούσε έναν εκτυπωτή όπως ο Taz για δοκιμές πρωτότυπων και στη συνέχεια θα παράγει το τελικό στοιχείο χρησιμοποιώντας έναν εκτυπωτή SLA ή έναν δρομολογητή CNC.

ShopBot: 8 ώρες

Μόλις ήξερα τι έκανα στο vCarve Pro, πόσο καιρό πήγε για να φτιάξει μια ελκυστική τελική έκδοση μόνο στην κορυφή της περίπτωσης κυκλώματος μου; Στο ShopBot χρειάστηκαν περίπου 8 ½ ώρες.

2 ώρες για να ρυθμίσετε το vCarve Pro 1 ώρα για να προετοιμάσετε το απόθεμα και να το τοποθετήσετε στο ShopBot 4 που παρακολουθήσατε ώρες για να κάνετε μηχανές και στις δύο πλευρές 1 ½ ώρες για να τρίψετε το κομμάτι σε ένα τριβείο με ταινία, αγγίξτε το χέρι και τελειώστε με λάδι ξύλου. Πώς συγκρίνεται αυτό με τους 3D εκτυπωτές; Μόλις ήμουν εξοικειωμένος με τον προ-επεξεργαστή Cura, στον εκτυπωτή νήματος Lulzbot Taz το έργο πήρε 9 1/2 ώρες:

LulzBot Taz: 9 ½ ώρες

½ ώρα για εγκατάσταση σε Cura 6 ώρες χωρίς παρακολούθηση για εκτύπωση σε μεσαία ποιότητα 3 ώρες για να αφαιρέσετε τα στηρίγματα, χέρι με άμμο το εξωτερικό και ψεκασμό με καθαρό ακρυλικό. Τέλος, στον εκτυπωτή Form 1 + SLA. Μόλις ήμουν άνετος με το PreForm, προ-επεξεργαστή χρειάστηκαν 13 ώρες:

Μορφή 1+: 9 ώρες

1 ώρα για την εγκατάσταση στο PreForm και την προσθήκη ρητίνης στον εκτυπωτή 9 ώρες αφύπνισης για εκτύπωση σε μεσαία ποιότητα ½ ώρες για να αφαιρέσετε το εξάρτημα από τον εκτυπωτή και αφαιρέστε τα υποστηρίγματα 1 ½ ώρες για να καθαρίσετε τον εκτυπωτή και να θεραπεύσετε το εκτυπωμένο μέρος 1 ώρα για να ολοκληρώσετε επιφανειακή λείανση και ψεκασμό με καθαρό ακρυλικό

Φαίνεται ότι το ShopBot είναι ο σαφής νικητής. Αλλά αυτό είναι για μια τελική εκτύπωση. Τι γίνεται με την παραγωγή ενός ακατέργαστου πρωτοτύπου σε μια επαναληπτική διαδικασία σχεδιασμού. Τα εξαρτήματα μπορούν να εκτυπωθούν σε χαμηλή ποιότητα και τα βήματα τελικής επεξεργασίας εξαλείφονται:

Συμπεράσματα

Ας ξεκινήσουμε με το εκπληκτικό γεγονός ότι μπορείτε να δημιουργήσετε ένα σχέδιο μία φορά σε ένα πρόγραμμα CAD και στη συνέχεια να το χρησιμοποιήσετε για να παράγετε ένα πρωτότυπο ή ένα τελικό δείγμα χρησιμοποιώντας 3 πολύ διαφορετικές διαδικασίες. Η εξοικείωση με ένα πρόγραμμα 3D CAD απαιτεί χρόνο και σημαντική προσπάθεια, αλλά η πληρωμή είναι φανταστική. Εάν μπορείτε να βρείτε τοπική πρακτική άσκηση CAD, επωφεληθείτε από αυτό.

Ας αναγνωρίσουμε επίσης ότι τα υλικά έχουν σημασία. Ορισμένα αντικείμενα μοιάζουν ακριβώς στο πλαστικό. Άλλοι στο ξύλο. Πέρα από αυτό, ενώ το πλαστικό είναι μοντέρνο, το ξύλο έχει μερικά εξαιρετικά χαρακτηριστικά όπως αντοχή στην κρούση και αξιοσημείωτη αντοχή. Μην γράφετε ξύλο απλά επειδή φαίνεται παρωχημένος. Εκτός αυτού, κάθε μία από αυτές τις τεχνολογίες παράγει μέρη που μπορούν να βαφτούν με οποιοδήποτε χρώμα του ουράνιου τόξου.

Τότε υπάρχει ο παράγοντας διασκέδασης. Ενώ η Form1 + παρήγαγε τμήματα υψηλής ποιότητας και μεγαλύτερης διαστασιακής ακρίβειας, η διαδικασία χειρισμού ρητινών και η κατεργασία των εξαρτημάτων είναι, για να χρησιμοποιήσω τον τεχνικό όρο, "icky." Είχα δυσκολία να προθέσω σε αυτό. Ο τύπος εκτυπωτή Formlabs Form2 χρησιμοποιεί κασέτες ρητίνης που θα κάνουν τη διαφορά, αλλά βοηθούν απλώς στη φόρτωση ρητίνης στον εκτυπωτή. Η εκκαθάριση μετά την εκτύπωση θα ήταν σε μεγάλο βαθμό η ίδια. Το ShopBot είναι πολύ διασκεδαστικό για να δουλέψετε, αλλά μια πραγματική πρόκληση. Δεν ήμουν άνετος να τον αφήσω χωρίς επίβλεψη. Εκτός αυτού, κανένα από τα βήματα της μηχανουργικής κατεργασίας δεν πήρε περισσότερα από 45 λεπτά, οπότε δεν είχε νόημα να φύγει. Μπορώ να πω, όμως, ότι η παρακολούθηση της δουλειάς είναι συναρπαστική σε ένα διαλογισμό. Η χρήση ενός εκτυπωτή με νήμα είναι επίσης μαγική, αλλά με διαφορετικό τρόπο. Είναι ωραίο να ξεκινήσετε μια εκτύπωση, να την παρακολουθήσετε και να ολοκληρώσετε και να προχωρήσετε σε άλλα καθήκοντα.

Τελικά αγόρασα έναν εκτυπωτή νημάτων. Ίσως αν ήμουν καλύτερος πρωτότυπος σχεδιαστής, θα μπορούσα να πάρω ένα σύνθετο κομμάτι δεξιά την πρώτη ή την δεύτερη φορά. Αλλά δεν είμαι. Το χυτήριο λέιζερ Columbus Idea απέχει 30 λεπτά με το αυτοκίνητο από το σπίτι μου. Ήταν απλά πάρα πολύ ενοχλητικό να τυπώσω ένα κομμάτι, να συνειδητοποιήσω ότι είχα κάνει ένα λάθος ή δύο σκουλαρίκια, να ξανασχεδιάσω στο σπίτι και να επιστρέψω για να το εκτυπώσω ξανά.

Αλλά για την τελική μου εκτύπωση, αυτή που θα χρησιμοποιήσω, επέλεξα τον εκτυπωτή SLA. Παράγει ένα όμορφο αποτέλεσμα και ελαχιστοποιεί την ανάγκη μου να ξοδεύω χρόνο για τρίψιμο. Ένα κομμάτι λείανσης και δύο στρώσεις ακρυλικού ανθεκτικού στην υπεριώδη ακτινοβολία (για να αποτρέψουμε τη ρητίνη να γίνει εύθρυπτη) και ήμουν στο δρόμο μου. Τούτου λεχθέντος, η περίπτωση που εκτυπώνεται σε κεράσι είναι αυτή που είμαι πιο περήφανος. Έπρεπε να ξεπεράσω σημαντικά εμπόδια για να το ολοκληρώσω (2.5D είναι ένα) και το αποτέλεσμα στο κεράσι μοιάζει και αισθάνεται μεγάλη. Μου αρέσει το ξύλο. Καλέστε μου ένα πρωτότυπο με μια παλιομοδίτικη αίσθηση ομορφιάς!

Και οι 3 εκτυπώνουν μαζί

3D πρωτοτύπου. Πώς συγκρίνουν

Lulzbot TAZ 6 FormLabs Form1 + ShopBot
Τεχνολογία Πρόσθετη ύλη "Fused Manufacturing Filament Manufacturing" (FFM), γνωστός και ως "Μοντελοποίηση αποστειρωμένης αποθέσεως" (FDM) Πρόσθετη Στερεολιθογραφία Αφαίρεση δρομολόγησης
Επιλογές υλικού και όρια **** *** *****
Τύποι υλικών Δεκάδες τύποι νημάτων, συμπεριλαμβανομένων ABS, πολυαιθυλένιο. Νήματα με ενσωματωμένο μέταλλο ή ίνες ξύλου. Πλούσια χρώματα Τυπικές ρητίνες σε καθαρό, λευκό, γκρι, μαύρο. Ειδικές ρητίνες με διάφορα φυσικά χαρακτηριστικά (σκληρό / εύκαμπτο / υψηλής θερμοκρασίας / χυτεύσιμο) Ξύλο, κόντρα πλακέ, πλαστικό, αλουμίνιο
Περιορισμός σχεδιασμού - πάχος τοιχώματος .5mm. Για εξωτερικό τοίχο, ρεαλιστικά 2mm για αντοχή .5mm. Για εξωτερικό τοίχο, ρεαλιστικά 2mm για αντοχή 2-3mm
Περιορισμός σχεδίασης - προεξοχή χωρίς υποστήριξη (βαθμοί από το επίπεδο) 45 μοίρες 19 μοίρες Δεν είναι δυνατή η παραγωγή προεξοχών με έναν δρομολογητή CNC 2.5D όπως το Shopbot. Εντούτοις, τα εξαρτήματα μπορούν να αναστραφούν με προσεκτική εγγραφή για να χρειαστεί μηχανή από την άλλη πλευρά.
Περιορισμός σχεδιασμού - μήκος γεφύρωσης Μέχρι 35 χιλιοστά 21mm Δεν είναι δυνατή η παραγωγή γέφυρων με δρομολογητή CNC 3 αξόνων όπως το Shopbot
Ελάχιστη διάμετρο οπών Περίπου 0,5 mm. Οι οπές πρέπει να ρυθμίζονται κατά τη φάση του σχεδιασμού ή να σχηματίζουν διατομές για να ληφθεί ακριβές μέγεθος, καθώς το πλαστικό συρρικνώνεται καθώς ψύχεται. .5mm 1,5mm τρυπάνια (ενδεχομένως μικρότερα)
Προπαρασκευαστής εξαρτημάτων / γεννήτρια Gcode **** ***** **
Όνομα εφαρμογής Cura Preform Vcarve
Ευκολία της ξεκούρασης Χρησιμοποιήστε το προφίλ που παρέχεται για το επιλεγμένο νήμα Πολύ εύκολο. Μόνο πρόκληση είναι το μοντέλο τοποθέτησης για τη βέλτιστη διαχείριση των υποστηριγμάτων Η εκμάθηση να καθορίσετε διαδρομές εργαλείων και να επιλέξετε τα κατάλληλα κομμάτια είναι μια προκλητική πρόκληση
Ευκολία στη χρήση Φόρτωση αντικειμένου. Προφίλ φόρτωσης Επιλέξτε υποστήριξη, εάν χρειάζεται. Τυπώνω Επιλέξτε ρητίνη. Φόρτωση αντικειμένου. Ανατολή. Καθορίστε τις υποστηρίξεις αν χρειαστεί. Τυπώνω. Το αρχείο αντικειμένου δεν καθορίζει πλήρως την έξοδο. Τα σφάλματα στον ορισμό των βάθους κοπής ή του μεγέθους του αποθέματος θα αντικατοπτρίζονται στην έξοδο
Λειτουργία εκτυπωτή / δρομολογητή **** ** **
Ευκολία στη χρήση
Ταχύτητα παραγωγής εξαρτήματος 3-4 ώρες χωρίς παρακολούθηση για την παραγωγή του εξαρτήματος δοκιμής 8 ως επί το πλείστον ώρες χωρίς παρακολούθηση για την παραγωγή του δοκιμαστικού στοιχείου 3 παρακολούθησαν ώρες για να παράγουν το συστατικό δοκιμής
Εκκαθάριση μετά την εκτύπωση Αφαιρώντας καλύτερα τα στηρίγματα με κοπτήρες και κατόπιν τρίψιμο. Γραμμές ράχης νήματος είναι προεξέχοντες στις πλευρές, πάνω. Απαιτείται σημαντική λείανση για επαγγελματικά αποτελέσματα. Η αμμοβολή είναι μια εναλλακτική λύση αν οι στρογγυλεμένες γωνίες είναι εντάξει. Αφαιρώντας καλύτερα τα στηρίγματα με κοπτήρες και κατόπιν τρίψιμο. Τα εξαρτήματα είναι κολλώδη από τον εκτυπωτή και πρέπει να πλένονται σε επαναλαμβανόμενα λουτρά αλκοόλης και στη συνέχεια να σκληρύνουν σε υπεριώδη ακτινοβολία. Πρέπει να προσέξετε να καθαρίσετε μικρές οπές ρητίνης. Το "κίτρινο μαγικό" είναι μια εναλλακτική λύση στο αλκοόλ. Ικανό εργαλείο ιδανικό για την κοπή γλωττίδων που συγκρατούν το τελειωμένο τμήμα στο μπλοκ υλικού. Γρήγορη λείανση για καθαρισμό.
Εκκαθάριση χώρου εργασίας μετά την εργασία Σχετικά εύκολο. Καθαρίστε την κεφαλή εκτύπωσης με σκουπίστε με αλκοόλη και προετοιμαστείτε για την επόμενη εκτύπωση. Οι ρητίνες είναι κολλώδεις και ακατάστατες. Το αλκοόλ είναι χρήσιμο για τον καθαρισμό των επιφανειών και των εργαλείων. Καταστήστε το κενό ιδανικό για να αφαιρέσετε τη σκόνη και τα υπολείμματα.
Αλλαγή υλικών Η κεφαλή εκτύπωσης πρέπει να θερμαίνεται για να αφαιρεθεί το παλιό νήμα. Εισάγεται νέο νήμα και πρέπει να περάσουν αρκετά centimeters για να καθαρίσετε το παλιό πλαστικό. Στην ιδανική περίπτωση θα χρειαστείτε ξεχωριστό δίσκο ρητίνης για κάθε τύπο ρητίνης. Αφαιρέστε το 1ο δίσκο, καθαρίστε, τοποθετήστε τον δεύτερο δίσκο, γεμίστε. Ανάλογα με το κρεβάτι εργασίας, μπορεί να συσφίγγεται ή να βιδώνεται νέο απόθεμα.
Ποιότητα στοιχείων *** ***** ****
Ατελής ακρίβεια διαστάσεων Πολύ καλά. Εξοχος. Μπορεί να χρειαστεί μικρή λείανση. Εξοχος. Μπορεί να χρειαστεί μικρή λείανση.
Ολοκληρωμένη ακρίβεια διαστάσεων Εξαρτάται από το επιθυμητό επίπεδο τελειώματος. Η λείανση για την αφαίρεση όλων των ιχνών των γραμμών νήματος θα αλλάξει σημαντικά τις διαστάσεις. Η μικρή λείανση θα αλλάξει διαστάσεις του τμήματος ελαφρώς. Η μικρή λείανση θα αλλάξει διαστάσεις του τμήματος ελαφρώς. Η παραγωγή φινιρίσματος υψηλής στιλπνότητας θα αλλάξει σημαντικά τις διαστάσεις.
Πρόσθετες επιλογές τελειώματος Πριόνια και χρώματα. Εποξειδική επίστρωση XTC-3D μπορεί να κρύψει τις γραμμές νημάτων. Πριόνια και χρώματα Αστάρια, χρώματα, λάδια ξύλου, βερνίκια, πολυουρεθάνη.
Προσπάθεια να τελειώσω Απαιτείται σημαντική χρονοβόρα λείανση Αντιολισθητική λείανση. Επίστρωση με φινίρισμα ανθεκτικό στην ακτινοβολία UV Απαιτείται ελαφριά λείανση.
Αντοχή εξαρτήματος *** **** ***
Δομή υλικού Οι περισσότερες εκτυπώσεις FDM ολοκληρώνονται με τη χρήση ενός συμπληρώματος πλέγματος. Η στερεή εκτύπωση είναι σημαντικά πιο αργή αλλά αυξάνει τη δύναμη.
Αντοχή εφελκυσμού Διαφέρει ανάλογα με τον τύπο πλαστικού. Όπως το ξύλο, κάπως ασθενέστερο σε στρώματα παρά παράλληλα με τα στρώματα. Η εκτύπωση στερεών αυξάνει την αντοχή εφελκυσμού κατά περίπου 5% Διαφέρει ανάλογα με τον τύπο ρητίνης. Ομοιόμορφη αντοχή σε όλες τις διαστάσεις. Με εκτεταμένη έκθεση στο υπεριώδες φως, οι εκτυπώσεις μπορούν να γίνουν εύθραυστες. Διαφέρει ανάλογα με τον τύπο ξύλου. Αργότερα σε κόκκους παρά παράλληλα με τους κόκκους.
Συμπίεση Η εκτύπωση στερεών αυξάνει τη θλιπτική αντοχή έως και 100% Οι εκτυπώσεις είναι σταθερές. Διαφέρει ανάλογα με τον τύπο ξύλου. Περισσότερο ελαστικό από το πλαστικό έως την επαναλαμβανόμενη συμπίεση / απελευθέρωση. Θα χαλάσει.
Περιστροφή Τα στρώματα μπορούν να αποφλοιωθούν όταν στριφογυριστούν απότομα. Η χρήση χαμηλότερου% πληρώματος δεν επηρεάζει σημαντικά την αντοχή στρέψης. Ομοιόμορφη αντοχή όταν στρίβετε. Με εκτεταμένη έκθεση στο υπεριώδες φως, οι εκτυπώσεις μπορούν να γίνουν εύθραυστες. Μπορεί να χωρίσει σε κόκκους κάτω από πολύ ισχυρή ροπή
Επιλογές στερέωσης **** **** ****
Βίδες Το γεμιστικό με πλέγμα κάνει την άμεση χρήση βιδών σε υλικό αναξιόπιστο. Τα θερμικά παρεμβύσματα είναι μια αξιόπιστη λύση Δεν είναι κατάλληλο για άμεση χρήση βιδών στο υλικό. Οι τσέπες για τα καρύδια είναι μια αξιόπιστη λύση. Οι βίδες ξύλου είναι μια παραδοσιακή και αποτελεσματική επιλογή. Τα ένθετα με σπείρωμα προτιμώνται για επαναλαμβανόμενη επανασυναρμολόγηση
Κόλλα Το Superglue, το Εποξειδικό είναι αποτελεσματικό. Διαφέρει ανάλογα με τον τύπο πλαστικού. Το Superglue, το Εποξειδικό είναι αποτελεσματικό. Διαφέρει ανάλογα με τον τύπο ρητίνης Οι κόλλες ξύλου είναι πολύ αποτελεσματικές.


Μπορεί Να Σας Ενδιαφέρει

Διδάγματα από τη σύνοδο κορυφής του Maker

Διδάγματα από τη σύνοδο κορυφής του Maker


Ο δημιουργός Faire Paris Premieres αυτό το Σαββατοκύριακο

Ο δημιουργός Faire Paris Premieres αυτό το Σαββατοκύριακο


Ένας κόσμος δυνατοτήτων

Ένας κόσμος δυνατοτήτων


Φωτογραφίες από το "Build-In" του EFF!

Φωτογραφίες από το "Build-In" του EFF!