Obserwując kolejny wydruk 3D powstający na mojej drukarce niezmiennie jestem zachwycony dokładnością i szybkością ruchów elementów drukarki. Głowica drukująca przemieszcza się wysuwając z siebie roztopiony materiał, układając dokładnie zaplanowane poszczególne warstwy.
Precyzja ruchu i kolejno układające się linie potrafią zahipnotyzować. Ale czy na pewno drukarka jest tutaj najważniejsza?
Technologia druku 3D została wynaleziona około 50 lat temu. Technologia FDM (czyli druk przyrostowy, warstwa po warstwie, z topionego materiału) została opatentowana jeszcze w wieku XX, a dzisiejszy boom na bardziej dostępny druk 3D (przez bardziej dostępny rozumiem tutaj tańszy, a przez to możliwy do użycia przez hobbystów) wynika z wygaśnięcia tego patentu.
Drukarki są gorsze i lepsze. Moja (Ender 3v2) nie należy do najlepszych. Jest za to jedną z najbardziej popularnych i przez to podatnych na wszelkiego rodzaju modyfikacje usprawniające. Rynkowym liderem (jeżeli chodzi o jakość druku w tej technologii) wydają się być drukarki firmy Prusa.
Każda z drukarek działa na bardzo podobnej (jeśli nie identycznej) zasadzie. Materiał trzeba roztopić, a następnie ułożyć w warstwy w ten czy inny sposób, aby ostatecznie otrzymać zaprojektowany obiekt.
Ale czy drukarka to wszystko?
Hipnotyzująca praca drukarki nie wynika jednak z niej samej, a z tego jak prowadzona jest głowica. To z kolei wynika nie tylko z samego projektu. Ogromny wpływ na to jak będzie ostatecznie wyglądał wydruk, a nawet na to ile czasu zajmie jego powstanie ma slicer.
Co to takiego? Slicer to oprogramowanie, którego zadaniem jest „pocięcie” obiektu 3D na warstwy (stąd nazwa – „slicer” czyli „krajalnica” :)) i przetworzenie ich na zestaw komend sterujących drukarką. Z jednej strony wkładamy plik 3D, z drugiej wyskakuje tzw. „G-code” czyli komendy sterujące głowicą, ekstruderem, silnikami krokowymi obsługującymi osie drukarki, wentylatorami.
Dostępnych jest co najmniej kilka programów tego typu. Swoją przygodę zacząłem od programu Cura, aktualnie używam Prusa Slicer. To co potrafią można by określić jako magię :), gdyby nie to, że ich działanie to implementacja wielu, naprawdę wielu prac naukowych. W kolejnych wersjach programów implementowane są algorytmy matematyczne opisywane w artykułach naukowców, którzy opracowali na przykład tzw. „lightning infill”.
Druk 3D w dużej mierze opiera się na takim wypełnieniu obiektu, które z jednej strony zapewni jego wymaganą wytrzymałość i sztywność, a z drugiej zredukuje ilość potrzebnego materiału i czas samego druku. Wydruki 3D bardzo rzadko są całkowicie wypełnione, na ogół wewnątrz ułożony został jakiś geometryczny wzór. „Lightning infill” to wypełnienie redukujące wypełnienie niemal do zera, pozwalające na nadrukowywanie kolejnych warstw przy użyciu podpór w kształcie „drzewek” (nadaje się np. do dużych obiektów, gdzie całkiem nieistotna jest ich wytrzymałość).
A niby matematyka już się skończyła…
Foto: lppicture/Pixabay