PRUMYSL.CZ KONSTRUKTER.CZ 3D-TISK.CZ MATEMATIKA.CZ HLEDAME.CZ

Tiskneme mašinky aneb Stereolitografický 3D tisk v rukou pokročilého modeláře (rozhovor)

Sdílejte tento článek na Twitteru
10. 4. 2017, napsal | 1 komentář

Ač u některých českých modelářů po léta vládly zejména stolní FDM/FFF tiskárny na tavené termoplasty, stále častěji se u nich lze setkat také s přesnější metodou stereolitografie. Můžou za to jak pomalu se snižující ceny těchto 3D tiskáren, tak jejich rostoucí spolehlivost a lepší dostupnost v Česku. Na praktické zkušenosti se světlocitlivou pryskyřicí tvrzenou laserem se nad atraktivním modelem parní lokomotivy ptal Tomáš Vít železničního modeláře Luboše Domalípa.

Modelařině se věnuje už dvě desítky let. Luboš Domalíp staví funkční modely v měřítku 1 : 45 převážně z mosazného plechu technologií fotoleptání. Asi před třemi měsíci přešel z nejrozšířenější technologie 3D tisku FDM/FFF na stereolitografii. Zvolil si 3D tiskárnu Form 2, kterou jsme nedávno podrobili redakčnímu testu. Jaké jsou jeho zkušenosti s novou technologií?

Parní lokomotiva 310.0 v měřítku 1 : 45 (modelová velikost „0“) má 175 milimetrů na délku, 90 milimetrů na výšku a její hmotnost je 0,5 kilogramu

Máte asi roční zkušenost se stolním 3D tiskem z tavených termoplastů. Co vás vedlo k přechodu na stereolitografii? Kde využijete jejích výhod?

Tvarově složité díly se doposud musely vyrobit ručně a poté rozmnožit pomocí odlévání pryskyřice do silikonových forem, což byl často zdlouhavý proces s ne vždy ideálním výsledkem. 3D tisk s FDM technologií jsem začal používat jako efektivnější alternativu této výroby. Velice rychle jsem ovšem narazil na limity FDM tisku – a to jak z pohledu možné složitosti tvaru, tak hlavně kvůli rozlišení a výsledné kvalitě povrchu. Proto se FDM výtisky uplatnily pouze na konstrukčních dílech, které jsou někde uvnitř modelu, ale nejsou přímo viditelné. Už od počátku jsem ale počítal s tím, že FDM bude jen přestupní stanicí na stereolitografii (STL). I tak to ale byl veliký pokrok a úspora času, protože bylo možné získat díl ve stejný den, jako byl navržen, což do té doby nebylo běžnými postupy možné. Přechod na stereolitografii byl tedy nevyhnutelným krokem, aby bylo možné rozšířit využitelnost 3D tisku i na pohledové díly s dokonalou kvalitou povrchu a velmi jemnými detaily.

Abych však nebyl zcela nevděčný, FDM tiskárna rozhodně nepůjde do starého železa, ale stále bude mít své místo. Nejen kvůli nižším provozním nákladům, ale zejména kvůli obrovské houževnatosti a odolnosti termoplastů, což je často velmi důležitá vlastnost u tvarově nepříliš složitých namáhaných dílů. FDM výtisky také často používám u různých montážních přípravků, kde se naprosto výborně uplatňují.

Kde konkrétně při stavbě modelů využíváte stereolitografických výtisků a z jakého světlocitlivého materiálu tisknete?

Výtisky přijdou na řadu vždy, je-li třeba vyrobit tvarově složitý díl, často osazený velkým množstvím detailů. Jeho opakovaná ruční výroba by teda zabrala neúnosné množství hodin a ani kvalita by nebyla ideální. Také už jsem ale například tiskl ozubená šneková kola modulu 0,5, která jsem podrobil nepřetržité dvoudenní zátěži ve svých převodovkách. Byl jsem velice mile překvapen, že s přehledem obstály a nedošlo k žádnému fatálnímu opotřebení, jak jsem původně čekal.

Zatím jsem používal standartní černou pryskyřici od výrobce tiskárny (Formlabs). Zejména proto, že když dojde k odření barvy během používání modelu, není hned vidět původní povrch dílu. Chystám se ovšem testovat i pokročilejší materiály, neboť díky nim nepochybně ještě rozšířím možné uplatnění výtisků.

U takto malého měřítka zaujme propracovanost detailů, včetně pracoviště strojvedoucího či podvozku

Kromě vyšší pořizovací a provozní ceny stereolitografické tiskárny si dříve uživatelé-jednotlivci často stěžovali také na vyšší zmetkovitost při tvrzení pryskyřic. Jakou máte úspěšnost dokončování výtisků?

Pokud jde o úspěšnost tisku, mohu podle mé dosavadní zkušenosti říct, že je dokonce vyšší než u mé FDM tiskárny, kde docházelo daleko častěji například k odloupnutí od podložky během tisku. Přesnou statistiku jsem zatím nevedl, ale odhaduji procento neúspěšnosti maximálně do 5 %. Občas se třeba stalo, že jsem špatně napolohoval díl v PreFormu (pozn. redakce: originální aplikace pro přípravu tisku od Formlabs), takže v určitém místě výtisku došlo k drobné tvarové deformaci dílu, ale většinou to ani nebylo tak zásadní, aby díl nešel použít. Aplikace PreForm je tak pokročilá, že před odesláním dat do tiskárny upozorní uživatele, že díl nemá dostatečný počet podpor pro úspěšný tisk a je třeba nějaké doplnit.

Všechny díly k tisku na 3D tiskárně Form 2 se nejdříve nachystají v aplikaci PreForm od Formlabs. Její použití si autor modelu pochvaluje jako velmi jednoduché a uživatelsky příjemné

Jak snadné a časově náročné je opracování výtisků z pryskyřice od dočasných podpor u vašich modelů? Jaké povrchové úpravy dále využíváte? Kombinujete výtisky při stavbě s jinými materiály?

Odstranění a opracování dočasných podpor není nikterak náročné. Zejména proto, že si v PreFormu mohu zvolit umístění podpor na taková místa, aby se výtisk poté pohodlně začišťoval. K odstranění používám kleštičky dodané přímo s tiskárnou a následně lehce dočišťuji jehlovými pilníky. Vše jde velice snadno a rychle. Pro modeláře je to naprosto běžná rutina, protože i díly odlévané z pryskyřice do forem se musely následně začišťovat a opracovávat. Takže nic, co by výrazně přidělávalo práci.

Za zásadní rozdíl mezi FDM a STL technologií považuji použité materiály a jejich rozdílné vlastnosti. Následné opracování termoplastů, jako jsou ABS, PLA nebo PET, bylo prakticky nemožné, protože materiál se okamžitě zahřívá a začíná se pod pilníkem žmolit. Fotocitlivá pryskyřice má naprosto odlišné vlastnosti, je homogenní a lze ji velice dobře brousit nebo vrtat, případně i řezat závity, což je pro praktické využití velice důležité. Daní za to je ovšem vyšší křehkost výtisku, proto je vždy potřeba myslet na to, jak a kde bude díl použit. Výrobce tiskárny nabízí také pokročilejší pryskyřice, takže to samozřejmě nelze takto zjednodušovat. Zatím mě svými vlastnostmi velice nadchnul vzorek odolné pryskyřice Durable, ale popravdě bych uvítal, kdyby byly všechny typy pryskyřic probarveny, protože transparentní provedení mi příliš nevyhovuje. I tak jej určitě brzy také vyzkouším.

Výtisky lze velmi dobře kombinovat s jinými materiály. Například pojezd modelu je toho ukázkovým příkladem: Ocelová obruč kola je vyrobena na CNC soustruhu, do ní je vložen a přilepen STL výtisk paprskového kola. Následně je vše v běžném soustruhu vyvrtáno a nalisováno na ocelovou hřídel nápravy. Převodová skříň modelového pohonu je pro změnu výtisk z FDM tiskárny ze struny PETG.

Ukázkový výtisk skříňového kotle lokomotivy z černé pryskyřice s výškou vrstvy 50 mikrometrů. Vlevo je z části nepovedený výtisk (chybí některé prvky), ale vpravo je již nastříkaný vylepšený výtisk – kompletně tisknutý z jednoho kusu, což dokumentuje takřka neomezené tvarové možnosti stereolitografického tisku

3D modely k tisku si navrhujete sám? Kterou aplikaci pro navrhování jste si oblíbil?

Modely si navrhuji sám, nejčastěji v aplikaci Rhino3D, protože se mi pro tyto účely zdá být nejvhodnější. Použití pokročilých CAD nástrojů by bylo pro takové využití naprosto zbytečné, nemluvě o tom, že ani zdaleka nejsem tak zdatný konstruktér, abych toho byl schopen. Pokud potřebuji nakreslit nějaký normalizovaný konstrukční díl, třeba ozubené kolo, oblíbil jsem si pro tyto účely FreeCAD, který v tomto směru opět naprosto splňuje mé požadavky.

Stavíte železniční modely jen pro radost, nebo je nabízíte i zájemcům o koupi?

Modely samozřejmě stavím hlavně pro radost. Vzhledem k tomu, že se jedná o menšinové měřítko a v Česku bohužel nejsou téměř žádní výrobci, kteří by nabízeli české modely v tomto měřítku a modelové kvalitě, nabízím své modely také případným zájemcům. Většinou svým kolegům modelářům, protože modelářů věnujících se této velikosti je jako šafránu, tak se většinou všichni vzájemně známe. Mezi železničními modeláři patří velikost „0“ mezi ta větší měřítka, tudíž je i náročnější na prostor. To je hlavní důvod, proč není masově rozšířeno.

Pozn. redakce: V případě bližšího zájmu o toto měřítko můžete navštívit webové stránky modeláře Luboše Domalípa.

Jak jste spokojen s možnostmi 3D tisku při pokročilém modelaření? Vidíte zásadní posun oproti éře, kdy jsme tuto možnost po ruce neměli?

Možnostmi 3D tisku jsem samozřejmě naprosto ohromen. Na modelu, který je na obrázcích, se pracovalo více než rok. Po vyzkoušení tiskárny Form 2 však stálo za to celý projekt během dvou měsíců od základu přepracovat a nahradit velkou část dílů výtisky, což vedlo k nebývalému zlepšení v oblasti detailů. Tím se model přiblížil své skutečné předloze, což je vždy ta nejzákladnější snaha modeláře.

Když jsem se před lety na průmyslovce poprvé učil modelovat v prvních verzích AutoCADu, vždy jsem snil, jaké by to bylo, kdyby se model z počítače dal jednoduše zhmotnit… a dnes se sen stal skutečností. Vidím v tom jednoznačně obrovský potenciál do budoucna. Obrovská výhoda pro modeláře, jako jsem já, je, že při počtech do 10 vyrobených kusů od jednoho typu modelu není možné investovat do náročnějších technologií, například tlakového vstřikování plastů do kovových forem a podobně. Při tak malých sériích by se nemohly vyplatit.

Domácí stereolitografický tisk je tak naprosto ideálním nástrojem ke kusové výrobě ve špičkové kvalitě za poměrně rozumnou cenu. Každý díl, který vytisknu a nejsem spokojen s jeho funkčností či tvarem, mohu okamžitě vylepšit nebo předělat bez jakýchkoli zmařených nákladů. A hlavně: výsledek mám téměř okamžitě k dispozici v pohodlí své dílny, takže úspory času i prostor pro inovace jsou naprosto nezpochybnitelné.

Autor modelu kombinuje 3D výtisky s tradičními materiály…

… přičemž sjednocení povrchu zajišťuje dodatečná povrchová úprava: nejprve opískováním, poté nastříkáním kvalitním polomatným lakem. Pro představu o velikosti detailů: na obrázku vpravo jsou imitace šestihranných matic o rozměru M 0,6

Chystáte se rozšířit uplatnění 3D výtisků ve vašich modelech? Na jaký další zajímavý modelářský kousek se můžeme těšit?

Zatím jsem teprve v začátcích, takže k širšímu uplatnění 3D výtisků nepochybně ještě dojde. V současnosti spolupracuji s dalšími kolegy na projektu, který zatím nebudu zveřejňovat. Přesto, že už se tento projekt chystá delší dobu, uplatnil jsem zde již nově některé tisknuté díly, které byly původně zamýšleny k výrobě jinými, tradičními způsoby. V budoucnu bych chtěl rozhodně vyzkoušet komplexnější využití výtisků u složitějších sestav a větších dílů. Rád se tak v budoucnu podělím o případné nově nabyté zkušenosti.

Parní lokomotiva 310.0 Luboše Domalípa modelová velikost „0“

Co byste vzkázal kolegům-modelářům, kteří o podobné investici do 3D tisku uvažují? A jaké rady máte pro použití stereolitografie?

Všem, kteří váhají, mohu tuto technologii jen a pouze doporučit, omezení nejsou téměř žádná. Kde u FDM potřebujete rovinu pro první vrstvu, u STL tyto starosti odpadají. Všechny výtisky na ilustračních fotografiích jsou tisknuty s vrstvou 50 mikrometrů, tiskárna však umožňuje i vrstvu 25 mikrometrů. Tam je povrch absolutně dokonalý. Pro mé potřeby – a to jsem opravdu hodně náročný – však plně postačuje i těch 50 mikrometrů, kde je jemná nedokonalost povrchu vyhlazena pískování a nástřikem.

Velké obavy jsem měl také z přichycení výtisku ke stavební podložce. Ve skutečnosti se výtisky velice snadno odlupují – daleko lépe než u FDM tiskárny, kde často musí být použita velmi hrubá síla. Výtisky jsou i po opláchnutí v isopropylalkoholu na omak trochu lepkavé, takže rozhodně doporučuji i standardní pryskyřice osvítit 60 min pod UV lampou, výtisk dokonale vyzraje. Stačí běžná UV lampa na nehty za pár stokorun. Jediné, co jsem udělal, že jsem v ní vyměnil zářivky za nové. Mám u nich zaručenou vlnovou délku 405 nm, což je hodnota doporučená výrobcem materiálu.

Použitelnost zvolené 3D tiskárny v praxi podle modeláře nejlépe dokládá, že celkem 36 tisknutých dílů výrazně zjednodušilo a urychlilo celý postup stavby

Když jsem zvažoval nákup tiskárny Form 2, neměl jsem příliš informací o praktickém využití. Neměl jsem tak ani přesnou představu o tom, co a s jakým výsledkem se na ní dá tisknout nebo jaká jsou vlastně její omezení. Protože pro domácího uživatele je nákup velkou investicí, byla to poměrně loterie, zda splní očekávání, která jsem do ní vkládal. Zvědavost a odhodlání posunout se zase o kus dál však nakonec převážily.

Mohu jen dodat, že se jedná o velice praktický nástroj a pomocníka. Poprvé v životě mám pocit, že jediným omezujícím faktorem tiskárny je spíše má představivost než možnosti stroje.

Děkujeme za rozhovor.

Foto: archiv Luboše Domalípa

 

Redakční tip: Podívejte se na náš video test stereolitografické tiskárny, kterou používá i autor modelu parní lokomotivy:

Komentáře k tomuto článku

  1. Ráďa napsal:

    To co na tomto dokážou je úžasné. Krásná práce

Přidejte k článku svůj komentář

Komentář podléhá autorizaci ze strany redakce, proto se nezobrazí ihned po vložení. Vyhrazujeme si právo odstranit příspěvky, které jsou v rozporu s dobrými mravy nebo platnou legislativou. Slušnou a konstruktivní diskusi vítáme!