2. 3D spausdinimas

3D spausdinimo principai ir 3D modeliavimas

3D spausdintuvai

3D spausdinimas yra procesas, kurio metu trimatis kompiuterio modelis paverčiamas realiu daiktu. Tai gana nauja technologija, kuri sparčiai vystosi ir stebina savo galimybėmis bei prisitaikymu. Jei visai neseniai 3D spausdinimas buvo tikras proveržis, dabar šios technologijos taikomos vis įvairesnėse gyvenimo srityse. Spausdinamos ne tik atskiros detalės, bet ir mašinų ar namų konstrukcijos. Vis dažniau 3D spausdinimas naudojamas medicinoje. Dantų, žandikaulių ir kitų kaulų ar jų dalių spausdinimas ir atkūrimas jau nebėra naujausias atradimas. Tyrėjai aktyviai dirba, kad būtų galima spausdinti ir naudoti žmogaus odos audinius bei širdį. Tai leis išvengti laukimo donorų organų, sumažins organo atmetimo ar infekcijos riziką ir kitus veiksnius.

Spausdinimui naudojama medžiaga skiriasi priklausomai nuo modelio paskirties. Šios medžiagos tobulėja kartu su pačia technologija. Paprastas 3D spausdinimas vyksta lydant plastiko ritę. Anglies pluoštas naudojamas spausdinti modelius, kuriems reikia būti itin lengviems, bet patvariems. Kitos medžiagos naudojamos mašinų ar namų pramonėje, kur keliami ypač aukšti reikalavimai patvarumui, drėgmei ir pan. Medicinoje žmogaus organų spausdinimo inovatorė buvo Švedijos įmonė Cellink, kuri išrado žmogaus organų spausdinimo medžiagą.

^{10 pav. Automobilių dalių spausdinimas 3D spausdintuvu}

^{11 pav. Namų konstrukcijų spausdinimas 3D spausdintuvu}

^{12 pav. Organų spausdinimas 3D spausdintuvu}

3D spausdinimo procesas

Spausdinimo procesą galima pavaizduoti seka, parodyta 13 paveiksle:

^{13 pav. 3D spausdinimo procesas}

Kai modelis sukurtas modeliavimui skirtame programoje, jį reikia išsaugoti *.STL formatu. Šis formatas skirtas 3D spausdinimui. Tokiu būdu programa atpažįsta failo informaciją ir padalina patį modelį į sluoksnius. 3D spausdintuvas pradeda dirbti nuo žemiausio sluoksnio, užpildydamas visą informaciją. Tuomet pereina prie kito sluoksnio, kol visi sluoksniai būna atspausdinti vertikaliai.

Norint suprasti spausdinimo procesą, būtina žinoti pagrindines 3D spausdintuvo dalis.

Gali būti įvairių spausdintuvo modifikacijų, priklausomai nuo poreikių, tipo, kainos ir kitų kriterijų. Tačiau pagrindinės dalys išlieka tos pačios. Pagal nutylėjimą toks spausdintuvas susideda iš medžiagos ritės (1). Tai gali būti plastikas, metalas, stiklas ar kitos medžiagos. Taip pat spausdinimo galvutė (2), judanti skersai ir išilgai. Modelio spausdinimo aukštis reguliuojamas slankiu fonu (14 paveikslas).

^{14 pav. 3D spausdintuvas}

Kai modelis padalijamas į sluoksnius, spausdinimas pradedamas nuo žemiausio sluoksnio. Spausdinimo galvutė (15a paveikslas), ištirpindama medžiagą (1) iš ritės, atspausdina vieną sluoksnį horizontaliai (15b paveikslas). Tuomet pereinama prie kito sluoksnio.

^{15a pav. Spausdinimo galvutė}

^{15b pav. Atspausdintas vienas sluoksnis}

3D modeliavimas

Norint perduoti informaciją spausdintuvui, pirmiausia reikia sukurti modelį. Svarbu atkreipti dėmesį, kad spausdintuvas „skaito“ informaciją nuosekliai, ne taip, kaip ją matome mes. Tai yra, jei modeliuojant nubrėžiame liniją ant linijos, mes matome tik vieną liniją, o spausdintuvas pirmiausia atspausdina pirmąją liniją, o tada antrąją liniją tame pačiame sluoksnyje. Tai padidina medžiagų sąnaudas ir tikrasis modelis gali būti netikslus. Todėl modeliuojant būtina įsitikinti, kad sluoksnyje nėra pasikartojimų, kad linijos sluoksnio storis ir kiti parametrai būtų tinkamai nurodyti.

3D modeliavimo programinės įrangos pasirinkimas priklauso nuo daugelio veiksnių. Tai apima vartotojo kompiuterinį raštingumą, gebėjimą valdyti simuliacijos programą, jūsų kompiuterio skaičiavimo galimybes, projekto sudėtingumą, programinės įrangos licenciją ir t. t. Licencijuotos ir atvirojo kodo programos gali būti išskiriamos pagal programinės įrangos „prieinamumą“. Licencijuotos turi daug daugiau galimybių. Atvirojo kodo programos yra prieinamos kiekvienam vartotojui, yra pakankamai universalios operacinėms sistemoms, tačiau dažniau jose gali būti tam tikrų „klaidų“ pačioje programinėje įrangoje.

Dažniausiai naudojama modeliavimo programinė įranga pateikta žemiau esančioje lentelėje:

Viena didžiausių įmonių, užsiimančių modeliavimo programinės įrangos kūrimu, yra Autodesk. Ji apima AutoCad, Fusion 360, taip pat TinkerCad programų paketus. Tinkercad yra nemokama internetinė programinės įrangos įrankių kolekcija, kuri labai patogi naudoti mokyklose ar kitais mokymo tikslais. Autodesk teikia paslaugas tiek verslo klasei, tiek mokymosi tikslams. Švietimo įstaigos gali gauti produktų licenciją. Tai nėra pilnas programinės įrangos paketas, kuris yra mokamas ir skirtas verslo klasei, tačiau mokymuisi, modeliavimui ir modelio paruošimui 3D spausdinimui to visiškai pakanka.

Kiekviena programinės įrangos versija nuolat atnaujinama ir papildoma papildomomis funkcijomis. Pagrindiniai tikslai – sukurti intuityvią programinę įrangą, kuri būtų kuo lengviau išmokstama vartotojui. Kiekvienai iš jų reikalingas pagrindinis teorinis modeliavimo pagrindas.

Patobulinta naudojant AR