Technologia drukowania przestrzennego może sprawiać wrażenie niepokojąco zaawansowanej, wyjętej żywcem z filmu sci-fi. Elementy powstają „z niczego” i tworzone są „w powietrzu”, warstwa po warstwie. Projektowanie takich detali musi być więc bardzo skomplikowane i zaawansowane, prawda?
Nic bardziej mylnego.
Etap projektowy wydruku 3D jest w zasadzie analogiczny do procesu tworzenia elementów pod maszyny CNC (oparte o obróbkę ubytkową). W obu przypadkach konieczny jest wirtualny model produkowanej części, z prawidłowo zdefiniowaną geometrią.
Różnica między tymi dwoma metodami pojawia się dopiero przed wysłaniem projektu na maszynę. Druk 3D wymaga dodatkowego, pośredniczącego kroku – programu, który potnie geometrię na płaszczyzny i pozwoli prawidłowo zaplanować nakładanie warstw. Taki program nazywamy „slicerem”.
Podajemy to raczej w ramach ciekawostki, bo „slicer” jest narzędziem pośredniczącym i nie wpływa na sam proces projektowania części.
Co w takim razie wpływa na ilość pracy projektanta? Przede wszystkim to, od jakiego punktu startuje.
Projekt odtwórczy – inżynieria odwrotna
To klasyczny przypadek inżynierii odwrotnej, w którym bazujemy na oryginalnym elemencie, jego lustrzanej wersji (np. prawe i lewe lusterko) lub posiłkując się dokumentacją techniczną 2D. Mówimy wtedy o projekcie odtwórczym.
Niektóre, prostsze detale można odtworzyć na podstawie kilku kluczowych wymiarów, takich jak gabaryty, umiejscowienie otworów i ich średnice itp. (np. wałki, tuleje). Do stworzenia projektu wystarczy więc klasyczna miara i suwmiarka. Dla większej dokładności możemy dodatkowo skorzystać ze szczelinomierza lub mikrometru.
Zdarza się też, że dysponujemy zdjęciami lub rysunkami technicznymi naszego wzorca. Z całą pewnością nie zaszkodzi dostarczyć taką dokumentację swojemu wykonawcy.
Znacznie częściej trafiają się jednak na tyle skomplikowane detale, że wymagają specjalnego traktowania.
Na szczęście, na ratunek przychodzą nam skanery 3D, przy pomocy których zbieramy informacje o geometrii powierzchni trudnych elementów. W rezultacie otrzymujemy chmurę najważniejszych punktów, które w dalszym etapie obróbki są przetwarzane przez inżyniera na wirtualną wersję obiektu.
Projekt twórczy – praca „od zera”
Jeśli naszym punktem wyjściowym jest jedynie, mniej lub bardziej, sprecyzowana wizja projektu, to bardzo przydatne okażą się elementy, które będą docelowo współpracować z drukowaną częścią (jeśli takie w ogóle istnieją). Przykładowo, mogą to być podzespoły elektroniczne, wtyczki, wyświetlacze, standardowe mocowania itp. (zazwyczaj wystarczą bryłowe modele CAD tych części).
Należy pamiętać, że stopień dopasowania takich współistniejących komponentów gra tu często istotną rolę, dlatego tolerancje powierzchni styku trzeba określić już na etapie projektowania.
Łatwo w tym miejscu zauważyć, że bez detalu wzorcowego sprawy nieco się komplikują. Dlatego z doświadczenia wiemy, że dla jak najlepszego efektu warto zaopatrzyć się w materiały pomocnicze. Może to być wizja grafika (co nie zawsze jest wykonalne 1 do 1 w druku 3D), model poglądowy z plasteliny lub zdjęcia i grafiki, które posłużą jako inspiracje i wskazówki, do tego, jakich efektów oczekujemy.
Projekt mieszany – praca pośrednia
Szczególny przypadek projektowy to taki, w którym klient potrzebuje zmodyfikować istniejącą część lub dorobić jakiś element do istniejącej konstrukcji. Mówimy wtedy o pracy pośredniej, czyli takiej, która zaczyna się od etapu odtwórczego – skanowanie oryginalnego detalu lub konstrukcji, aby uzyskać kluczowe geometrie jako punkt odniesienia. Po czym przeradza się w projekt twórczy w momencie, gdy opracowujemy modyfikacje pożądane przez klienta lub dorabiamy element współpracujący.
Jak widać po opisanych wyżej, trzech głównych kategoriach, punkt startowy determinuje ilość oraz rodzaj pracy projektowej.
Tylko kto ją będzie wykonywał?
Własny zespół projektowy
Najważniejsza sugestia, jaką możemy skierować do klientów z własnym zespołem projektowym (bez doświadczenia w modelowaniu części pod druk 3D), dotyczy samej natury tej metody. Tworzywo nie jest tu usuwane jak w rzeźbiarstwie, tylko stopniowo dodawane – trochę jak w lepieniu z gliny. Przypominamy o tym w prawie każdym wpisie, aby wyczulić naszych czytelników na ten istotny aspekt druku 3D. Zmiana sposobu myślenia (z ubytkowej na naddatkową) odsłoni przed konstruktorami nowe drogi i poszerzy projektowe możliwości.
Ograniczenia związane z obróbką ubytkową całkowicie znikają, co pozwala na praktycznie dowolne kształtowanie elementów w przestrzeni.
Oprócz tej bazowej zasady podzielimy się serią praktycznych wskazówek i porad, którymi warto kierować się, projektując swoje części:
- Software – odpowiedni program typu CAD to podstawa. W Cubic Inch korzystamy z Inventora firmy AutoDesk, ale godne uwagi są też produkty takie jak Fusion 360, Solidworks czy FreeCad.
- Limity – to dość oczywiste, ale nie zaszkodzi o tym przypomnieć. Projektując element, pamiętaj o ograniczeniach maszyny. Upewnij się, jakie gabaryty ma komora drukująca oraz jakie są limity technologii, z której korzysta Twój wykonawca.
- Otwory – szczególnie te znajdujące się w płaszczyźnie czołowej stanowią spore wyzwanie dla drukarek 3D i są bardziej podatne na deformacje. Można zniwelować ten efekt, odpowiednio obracając element na czas druku. Jeśli jednak Twój detal posiada otwory w różnych płaszczyznach, należy zastanowić się jeszcze przed drukiem, które z nich mają dla Ciebie najistotniejsze znaczenie.
- Tolerancje – drukowane elementy często wchodzą w skład maszyn lub większych konstrukcji, dlatego znajomości dokładności druku jest bardzo ważna. W przypadku MJF, z którego korzystamy, producent deklaruje +/-0.03% (minimum +/-0.3 mm na każde 10 cm). Dlatego na maksymalnych wielkościach, jakie dopuszcza maszyna, (czyli ok. 30 cm) dokładność wykonania to nawet +/- 1 mm. Dokładamy jednak wszelkich starań, aby utrzymywać kalibrację maszyny na najwyższym poziomie.
- Krawędzie – unikaj ostrych krawędzi i kantów. Programy typu CAD mają funkcję wygładzania krawędzi. Jest to więc kwestia kilku kliknięć, aby pozbyć się trudnych do wykończenia geometrii. Ponadto, o ile dla obróbki CNC zaokrąglenia wklęsłe wynikają z użytego narzędzia, a wypukłe są trudne do wykonania, to w druku 3D (MJF) wyoblenia nie stanowią problemu. Dodają za to Twoim elementom atrakcyjności i są przyjemniejsze w dotyku.
- Gwinty – warto pamiętać, że technologia druku przestrzennego umożliwia także wykonywanie połączeń gwintowych. Otwiera to szereg możliwości i zastosowań dla projektantów i konstruktorów. W zależności od zastosowania zalecamy modelować i drukować nacięcie gwintu już od rozmiaru M4 (w technologii MJF). Dla bardziej wymagających połączeń warto pomyśleć o wkładkach gwintowanych.
- Wtrysk – jeśli części, które projektujesz, mają być docelowo wykonywane w technologii wtrysku, pamiętaj o ograniczeniach tej metody – np. struktury przestrzenne, które są puste w środku, czy też odpowiednie pochylenia ścian. Daj znać swojemu konstruktorowi, że docelową technologią będzie właśnie wtrysk, aby finalny model przygotowany z myślą o druku 3D nie wymagał żmudnych przeróbek.
Nasi konstruktorzy na ratunek
Brak własnych projektantów to jeszcze nie koniec świata – w Cubic Inch oferujemy pełną projektową opiekę. Nasi konstruktorzy dysponują odpowiednimi narzędziami i umiejętnościami, aby „od A do Z” zająć się Twoim tematem.
Bez względu na to, jaki jest Twój punkt startowy – czy będzie to praca twórcza, czy odtwórcza – pomożemy sporządzić niezbędną dokumentację techniczną i wykonamy model 3D. Przed realizacją projektu przekażemy wizualizację do akceptacji i, przy pomocy analizy MES, wykonamy niezbędne testy wytrzymałościowe (jeśli takie są wymagane). Słowem, przełożymy Twój pomysł na rzeczywistość.
Bo tak naprawdę, wszystko zaczyna się od dobrego pomysłu!
Poznaj naszą usługę projektowania 3D!
