• aIMG_20181018_123407crop.jpg
  • IMG_4625.JPG



Tässä jutussa esitellään pintaraapaisu siitä, miten piirretään yksinkertainen 3D malli ja tulostetaan se toimivaksi osaksi. Esimerkkinä tehdään ura-auton kevyt etuvanne. Etuvanteiksi myydään ns. delrin vanteita, jotka ovat kevyitä muovivanteita, kaupan hinta voi olla jopa 10euroa/pari ja paino noin 0,35g. Nykytekniikan avulla harrastelija voi melko helposti suunnitella ja tulostaa sellaisen vanteen kuin haluaa ja painokin tulee olemaan murto-osan kaupan kevytvanteista.



Käytän tässä esimerkissä Rhino3D ohjelmaa. Tämä ohjelma on maksullinen, hinta oli viimeeksi noin tonnin luokkaa. Ilmaisia ohjelmia ovat esimerkiksi Maya ja Google ScetchUp. Eli nollabudjetillakin pääsee liikkeelle.

Linkkejä:

Rhino3D

Autodesk Maya

SketchUp



Aloitetaan etuvanteen piirtäminen. Piirrän ensin ulkokehän ja asetan kehän keskustan koordinaatiston nollakohtaan GridSnapin avulla. Rhinossa on suoraan työkalupalkissa työkalu putken piirtämiselle. Asetan ensin keskipisteen, sitten sisäkehän ja ulkokehän tai putken seinämäpaksuuden. Lopuksi syötetään putken korkeus käsin tai vedetään korkeus hiirellä gridiä käyttäen. Kuvassa olevan vanteen ulkokehän mitat ovat halkaisija 14,4mm ja leveys 8mm. Kehän paksuus 0,2mm.



Ulkokehän sisälle piirretään pienempi putki akselille. Reiän kooksi asetetaan 2,3mm ja ulkokehäksi 4,5mm. Korkeudeksi 4,5mm. Asetan reiän koon pienemmäksi kuin standardi 2,38, koska haluan avata reiän myöhemmin tarkkuuskalvaimella 2,38 kokoon. Vaikka määrittelisin sisäreiäksi 2,38 ei käyttämäni 3D tulostustekniikka pystyisi sitä sadasosan tarkkuudella toteuttamaan. Parempi tehdä pienempi reikä ja tehdä tarkkuus mekaanisesti kalvaimella. Huomaa, että oikeaan yläkuvaan olen asettanut kuvan varjostukset päälle, eli ohjelma piirtää muotoihin pinnat.



Seuraavaksi piirretään yksi vanteen piena. Käytännössä tämä on venytetty suorakaide, jonka piirrän gridin avulla. Oleellisina mittoina ovat pienan leveys, o,2mm ja korkeudeksi valitsin 4mm. Pituuden pitää ulottua lieriöiden kaaripintojen ylitse.



Piena leikataan ympyräkaarien mukaan. Rhinossa valitaan Boolean split, leikattavaksi valitaan piena ja leikkauspinnoiksi valitaan lieriöt. Boolean split jakaa pienan kappaleiksi lieriöiden leikkauspintojen suhteen ja voit nyt tuhota lieriöiden sisälle jäävät pinnat ja jättää jäljelle pelkästään lieriöiden väliin jäävän pienan.



Seuraavaksi valmista pienaa monistetaan haluttu määrä lieriöiden väliin. Rhinossa tämä tehdään PolarArray komennolla. Valitsin yhdeksän kopiota keskipisteen ympäri 360 asteen matkalla.



Päätin vielä tehdä lisävahvikkeen pienojen kohdalle. 3D tulostusvaiheessa tämä saattaa antaa hieman paremman pinnanlaadun pienojen kohdalla olevalle ympyrän ulkokehälle.



Lopuksi valitaan kaikki komponentit ja liitetään ne toisiinsa, esim. Rhinossa tähän on BooleanUnion käsky. Ennen liittämistä kaikki pienat ja lieriöt ovat siis omia erillisiä komponenttejaan, mutta komponentit on hyvä liittää ennen lopullisen tulostustiedoston tekemistä. Jos liittämistä ei tee, saattaa tulla ikäviä yllätyksiä tulostuksen puolella.Lopuksi kopioidaan vanne, jotta tulostusvaiheessa saadaan aikaiseksi vannepari.



Talletetaan tiedosto alkuperäisenä ja tulostusta varten kuva talletetaan .stl tiedostoksi. Olen yläkuvassa ladannut Rhinoon tehdyn vanteen .stl tiedoston. Vanne on rakennettu pintamalliksi ja se rakentuu kolmionmallisista pintapolygoneista. Huomaa tämä ero. Alkuperäinen malli koostuu NURBS pinnoista, eli pintoihin sovitetuista matemaattisista kaarista. Matemaattinen malli on erittäin tarkka ja pintoja on helppo leikata, yhdistellä ja muokata. Polygonimallissa on periaatteessa pelkkiä polygonikolmioita ja sen muokkaaminen ei ole kovin joustavaa tai tarkkaa.



Tulostus tehdään tässä tapauksessa Felix printerillä, joka toimii pursottamalla muovia kerroksiksi. Printterin voi ostaa kittinä noin 1200 eurolla veroineen tai valmiina n. 1700euroa. Felix printteriä myy AN-Cadsolutions tampereella. Jos kasaaminen vähääkän epäilyttää, kannattaa ostaa valmis laite. Kasauksessa täytyy olla mieluusti näppituntumaa ja ymmärrystä laitteen toimintamekanismeista ja -periaatteesta. Tietokone tietenkin tarvitaan.



Tulostusohjelma on Repetier-Host ja Felix vaatii driveriksi USB-sarjamuunninpiirin ohjaimen, joka haetaan piirin valmistajan kotisivuilta. Kuvassa Repetier-Host alkusivu.



Piirretyt vanteet haetaan Load näppäimellä tulostusalueelle. Olen kuvassa zuumannut näkymän vanteisiin, jouduin myös kääntämään niitä 90 astetta Z-akselin suuntaisesti.



Seuraavaksi vanteet on valmisteltava printtausta varten "Slicerilla". Tämä ohjelma viipaloi vanteet tulostuskerroksiksi. Jokaisesta kerroksesta luodaan oma G-koodirivi, eli ohjekoordinaatit, joiden mukaan tulostuspään tulee liikkua. Valmista G-koodia voi ohjelmassa simuloida kerroksittain. Jos piirsit vanteen hyvin ja se on yksi yhtenäinen kappale, vältyt yllätyksiltä. Jos 3D mallissasi on epäjohdonmukaisuuksia, ne saattavat näkyä simulointivaiheessa.



Seuraavaksi käynnistetään liikennöinti printteriin ja lämmitetään tulostuspää 195 asteeseen ja tulostuspöytä 70 asteeseen. Tulostusmateriaalina kannattaa käyttää PLA (Polylactic Acid) nauhaa. Myynnissä on myös ABS muovinauhaa, mutta sen käyttäminen on erittäin hankalaa. En missään tapauksessa suosittele ostamaan näihin pursottimiin ABS muovia. Ennen tulostusta on hyvä tarkastaa Z-nollapiste, eli tulostuspään etäisyys tulostusalustaan. Felix printterissä tulostusalusta on alumiinilevy, jolla on voimakas lämpöeläminen. Etäisyys päästä alustaan on hyvä tarkastaa paperiarkilla. Yläkuvassa tulostus, eli muovin pursotus on jo aloitettu ja ohjelma simuloi pursotustapahtumaa ruudulla.



Käytännössä pursotuspää liikkuu hieman simulaation jäljessä. Kriittisin vaihe on tulostusmateriaalin tarttuminen alustaan. PLA materiaalilla tämä sujuu suhteellisen helposti. ABS muovilla kiinnittyminen on todella vaikeata. Kun ensimmäinen kerros on tarttunut, alustan lämmittäminen kannattaa pysäyttää. Jos tulostusnauha ei tartu, tulostuspäähän alkaa muodostua materiaalista pumpulipallo ja tulostus on keskeytettävä, säädettävä Z-akselin korkeus ja yritettävä sen jälkeen uudestaan.



Yläkuvassa on kaappaukset eri simulaation/tulostuksen vaiheista.



Tulostetut vanteet. Tulostusalusta on päällystetty lämpöä kestävällä kaptaaniteipillä. Vanteet lähtevät alustasta irti napsauttamalla.



Seuraavaksi avaan keskireiän 2,38mm tarkkuuskalvaimella. Kalvaamista varten asennan vanteen ER25 kartioholkkiin.



Avarrettava vanne menee siis sorvin kärkipylkkään ja kalvain sorviin. Käytän sorvia vähän niin kuin nurinkurisesti, mutta tämä on tässä tapauksessa tarkin keino tehdä tämä homma.



Kalvaamisen jälkeen vanteille asennetaan putkirenkaat. Käytän omia kovan seoksen eturenkaitani.



Sopivasti istuva rengas tuntuu entisestään jämäköittävän vannetta. Huomaa, miten vanteen seinämä on häviävän ohut.



Vanne istui Hydyn akseliin todella napakasti eikä heilunut tai vipottanut sorvatessa. Sorvasin rengaspinnan tasaiseksi ja pyöristin reunoja.



Molemmat vanteet käyttäytyivät sorvauksessa hyvin ja pysyivät Hudyn akselissa hienosti kiinni ilman tippaakaan pikaliimaa.



Valmiit sorvatut erikoiskeveät eturenkaat.



En pysty sanomaan vielä miltä vanteet tuntuvat ajossa. Kestävyys lienee jonkinmoinen kysymysmerkki, mutta näppituntumalla vanteet tuntuvat todella lujilta.



Tällä tekniikalla pystyy suunnittelemaan ja printtaamaan halutunlaisen vanteen. Pursotustekniikalla on omat rajoituksensa. Kappaleen on mieluusti jatkuttava yhtenäisenä alhaalta ylöspäin ja kovin hienoja muotoja ei ole mahdollista tehdä korkeussuunnassa, koska se koostuu pursotuskerroksista.



Voin suositella ainakin Felix printteriä, hinta-laatusuhde on hyvä ja tulostusalue on laaja (25x20x23cm). Kotimaisena vaihtoehtona kannattaa harkita MiniFactorya. Se on paljon vakuuttavampi esitys, kuin Felix-printteri, mutta tulostusalue on paljon pienempi (14x14x14cm).



Kommentit voi laittaa keskustelualueelle tälle jutulle varattuun polkuun.

Linkki kommenttipolkuun

T: Julius

Ei tapahtumia