- Οι δομές υποστήριξης (supports) αποτελούν βασικό πρόβλημα στο 3D printing, καθώς η αφαίρεσή τους είναι χρονοβόρα, μπορεί να προκαλέσει παραμορφώσεις και οδηγεί σε σπατάλη πλαστικού.
- Ερευνητές του Πανεπιστημίου Twente ανέπτυξαν τη «μέθοδο κυματισμού» (wave-propagation strategy), όπου η κεφαλή του εκτυπωτή ακολουθεί μονοπάτια που μοιάζουν με ομόκεντρους κύκλους, παρέχοντας στήριξη σε προεξέχοντα τμήματα.
- Η νέα τεχνική επιτρέπει οριζόντιες εκτυπώσεις 90 μοιρών χωρίς supports, μειώνοντας τη σπατάλη υλικών, βελτιώνοντας την ποιότητα και είναι ήδη διαθέσιμη σε δημοφιλή προγράμματα slicers.
Στο 3D Printing ο σχεδιασμός των αντικειμένων είναι το πρώτο βήμα που θέλει φαντασία και ταλέντο, όμως στο επόμενο βήμα περνάμε στην πραγματική εκτύπωση, η εφευρετικότητα και οι γνώσεις μηχανικής είναι απαραίτητες. Οι 3D εκτυπωτές ξεκινούν από κάτω και σιγά σιγά χτίζουν το μοντέλο που εκτυπώνουμε προς τα πάνω, ένα στρώμα κάθε φορά. Όμως, στα μοντέλα μας υπάρχουν και σημεία που δεν έχουν κάτι από κάτω για να πατήσουν, για αυτό και χρειαζόμαστε εκτύπωση και υποστήριξης για αυτά τα σημεία, η οποία αφαιρείται όταν τελειώσει η εκτύπωση. Αν δεν βάλουμε την υποστήριξη (supports), το λιωμένο πλαστικό δε θα έχει που να ακουμπήσει μέχρι να ψυχθεί και άρα θα πέσει πάνω στην επιφάνεια εκτύπωσης, χαλώντας πρακτικά το αντικείμενο που φτιάχνουμε. Φανταστείτε να χτίζετε ένα γέφυρα από τούβλα: αν τοποθετήσετε τούβλα στον αέρα χωρίς στήριξη, θα πέσουν. Το ίδιο συμβαίνει με το πλαστικό νήμα κατά την εκτύπωση. Λιώνει, κρέμεται ή σπάει πριν ολοκληρωθεί το μοντέλο. Αυτός είναι και ο βασικότερος κανόνας του 3d printing, που πρέπει να κατανοήσει κανείς καλά, πριν μπει στον χώρο.
Το μεγάλο πρόβλημα: Γιατί τα supports είναι «πονοκέφαλος»;
Τα supports λοιπόν, είναι προσωρινές δομές που υποστηρίζουν τα αιωρούμενα τμήματα της εκτύπωσης και τα αφαιρούμε όταν τελειώσει. Η αφαίρεση των supports όμως δεν είναι πάντα εύκολη, αν και πλέον έχουμε τεχνικές για να κάνουμε τη ζωή μας λίγο πιο άνετη. Σε πολύ σύνθετες εκτυπώσεις όμως, με πολλές λεπτομέρειες, μπορεί η αφαίρεση να είναι μια χρονοβόρα διαδικασία, μέχρι να αφαιρεθούν όλα τα υπολείμματα, ενώ μπορεί να αφήσουν και παραμορφώσεις στην εκτύπωση. Ταυτόχρονα, καταναλώνουν αρκετό πλαστικό για την εκτύπωσή τους, το οποίο τελικά πετάμε. Όποιος έχει ασχοληθεί έστω και λίγο με το 3D printing, ξέρει πως τα support μπορούν να γίνουν πονοκέφαλος.
Ανάλογα με τον εκτυπωτή και την κατηγορία του, supports βάζουμε από μια γωνία κλίσης 45 μοιρών και άνω, ενώ οι πιο ικανοί εκτυπωτές μπορεί να την γλιτώσεις και στις 70 μοίρες.
Η Μέθοδος Κυματισμού (Wave-Propagation Strategy)
Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Twente της Ολλανδίας ανέπτυξαν μια νέα στρατηγική που αλλάζει τα δεδομένα. Την ονόμασαν “wave-propagation strategy” ή αλλιώς μέθοδο κυματισμού, και δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Additive Manufacturing Letters.
Η βασική ιδέα πίσω από αυτήν την τεχνική είναι αρκετά απλή και πολύ έξυπνη στην εφαρμογή. Αντί να εκτυπώνουμε ευθύγραμμα τμήματα που κρέμονται στον αέρα, η κεφαλή του εκτυπωτή ακολουθεί μονοπάτια που μοιάζουν με ομόκεντρους κύκλους, σαν αυτούς που δημιουργεί ένα βότσαλο όταν πέφτει σε μια ήρεμη λίμνη.
Φανταστείτε το από ψηλά: ρίχνετε μια πέτρα στο νερό και βλέπετε τα κύματα να απλώνονται κυκλικά, το ένα μετά το άλλο, πλήρως συνδεδεμένα μεταξύ τους. Αυτό ακριβώς κάνει και ο εκτυπωτής με το νήμα. Κάθε στρώμα εκτυπώνεται σαν “μέτωπο κύματος”, δηλαδή μια καμπύλη γραμμή που βασίζεται στην ήδη εκτυπωμένη επιφάνεια από κάτω.
Πρόκειται για ένα φαινόμενο που βασίζεται στην Αρχή του Huygens από τη Φυσική, δηλαδή κάθε σημείο ενός κύματος, λειτουργεί σαν πηγή μικρότερων κυμάτων. Στην περίπτωση του 3D printing όμως, κάθε εκτυπωμένη γραμμή δίνει στήριξη στην επόμενη, ακόμα και όταν το σχήμα που τυπώνουμε, εξέχει στον αέρα.
Τι αλλάζει στην πράξη;
Με αυτή τη μέθοδο μπορούμε να εκτυπώσουμε οριζόντιες προεξοχές σε γωνία 90 μοιρών, δηλαδή να είναι εντελώς οριζόντιες και χωρίς κανένα στήριγμα (support). Μέχρι και σήμερα, αυτό θεωρούνταν αδύνατο για τους συνηθισμένους εκτυπωτές τριών αξόνων.
Αυτή η τεχνική μπορεί έχει ξεκάθαρα πλεονεκτήματα. Δεν έχουμε σπατάλη υλικών για τα supports, ενώ η τεχνική μπορεί να δουλέψει ήδη στους συνηθισμένους FDM εκτυπωτές που έχουν εκατομμύρια χρήστες στα γραφεία τους και στα σπίτια τους.
Το γεγονός πως δεν χρειαζόμαστε τα supports γλιτώνει πάρα πολλά χρήματα στον χρήστη, ενώ δεν έχουμε και πλαστικά που πετάμε, κάτι που φυσικά ωφελεί το περιβάλλον. Ταυτόχρονα, οι εκτυπώσεις έχουν καλύτερη ποιότητα, αφού δεν υπάρχουν παραμορφώσεις από τα supports στα σημεία επαφής με την εκτύπωση, οπότε έχουμε πιο καθαρή επιφάνεια.
Μπορώ να Δοκιμάσω τη Μέθοδο Κυματισμού Τώρα;
Ναι, η νέα μέθοδος είναι ήδη διαθέσιμη σε τροποποιημένες εκδοχές δύο από των πιο δημοφιλών προγραμμάτων slicers. Ο λόγος για το Prusa Slicer και το Orca Slicer. Η εφαρμογή WaveOverhangs είναι ένα παράδειγμα υλοποίησης που μπορεί να δοκιμάσει κανείς άμεσα.
Επίσης, η ερευνητική εργασία είναι ελεύθερα προσβάσιμη στο Additive Manufacturing Letters για όσους θέλουν να εμβαθύνουν στην τεχνική της πλευρά.
Περιμένοντας τον νέο μου 3D εκτυπωτή μέσα στην εβδομάδα, σίγουρα θα γίνει δοκιμή της νέας τεχνολογίας τις επόμενες ημέρες και θα έχει πολύ ενδιαφέρον να δούμε πόσο καλά δουλεύει, αν και στα αρχικά του στάδια. Στο παρελθόν, σε πολύ μεγάλες εκτυπώσεις, έχει χρειαστεί πολύ επιπλέον δουλειά σε εκτυπώσεις μου ώστε να διορθωθούν παραμορφώσεις που έχουν προκληθεί από τα αναπόφευκτα supports.
Γιατί Αυτή η Τεχνολογία Είναι Επανάσταση για τους Ερασιτέχνες;
Το 3D Printing έχει γίνει πολύ προσιτό και ο καθένας μπορεί να αγοράσει έναν ικανοποιητικό εκτυπωτή, που να του προσφέρει τα βασικά εργαλεία για να εκτυπώσει ότι θέλει, με τιμές κάτω των €300. Τα supports όμως μπορούν να αποθαρρύνουν τους νέους χρήστες, αλλά και να εκνευρίσουν και τους πιο έμπειρους. Με την νέα μέθοδο κυματισμού όμως, αυτό το μεγάλο εμπόδιο μειώνεται σημαντικά.
Έτσι, εκτυπώσεις που μέχρι σήμερα θεωρούνταν δύσκολες και απαιτούσαν πιο περίπλοκο σχεδιασμό στα supports για να μην υπάρχουν προβλήματα, ενώ την ίδια στιγμή κατανάλωναν πολύ παραπάνω υλικό, μπορούν να γίνουν πιο εύκολα, με πολύ πιο καθαρό αποτέλεσμα και με σχεδόν μηδενικά απορρίμματα.
Αυτό, σε συνδυασμό με τις νέες τεχνολογίες που έχουν έρθει στο 3D Printing, όπως η τεχνική lightning infill και οι εκτυπωτές με πολλαπλές κεφαλές για εκτυπώσεις πολλών χρωμάτων, θα κάνουν τις εκτυπώσεις πολύ πιο γρήγορες, φέρνοντας επανάσταση στον κλάδο. Για όσους δε το γνωρίζουν, το 3D Printing είναι μια διαδικασία κατά την οποία μια εκτύπωση μπορεί να διαρκέσει πάρα πολλές ώρες ή και μέρες μέχρι να ολοκληρωθεί, ανάλογα με το μέγεθος και την πολυπλοκότητά της.
Το να έχουμε ταχύτερες και πιο απλές διαδικασίες, κάνουν τα πάντα πιο εύκολα και πιο ευχάριστα για όσους ασχολούνται με το 3D Printing, είτε για την δουλειά τους, είτε για την διασκέδασή τους. Για την ιστορία, το κράνος του Iron Man που έχει στα ράφια του στούντιο και ίσως έχετε δει στα review μας, χρειάστηκε λίγο πάνω από 100 ώρες εκτύπωσης και περίπου 2-3 μέρες τριψίματος με γυαλόχαρτο και γέμισμα στα κενά με ειδικό υλικό, ώστε να έχω μια ομαλή επιφάνεια. Πρακτικά, ήταν μια διαδικασία που μου πήρε μια εβδομάδα.
Ακολουθήστε το Techmaniacs.gr στο Google News για να διαβάζετε πρώτοι όλα τα τεχνολογικά νέα. Ένας ακόμα τρόπος να μαθαίνετε τα πάντα πρώτοι είναι να προσθέσετε το Techmaniacs.gr στον RSS feeder σας χρησιμοποιώντας τον σύνδεσμο: https://techmaniacs.gr/feed/.
