2. Εκτύπωση 3D

Αρχές τρισδιάστατης εκτύπωσης και τρισδιάστατης μοντελοποίησης

3D εκτυπωτές

Η τρισδιάστατη εκτύπωση είναι η διαδικασία μετατροπής ενός τρισδιάστατου υπολογιστικού μοντέλου σε πραγματικό αντικείμενο. Πρόκειται για μια σχετικά νέα τεχνολογία που εξελίσσεται ραγδαία και εκπλήσσει με τις δυνατότητες και την προσαρμοστικότητά της. Αν μέχρι πολύ πρόσφατα η τρισδιάστατη εκτύπωση ήταν μια πραγματική καινοτομία, τώρα αυτές οι τεχνολογίες εφαρμόζονται σε όλο και πιο ποικίλους τομείς της ζωής. Δεν εκτυπώνονται μόνο μεμονωμένα εξαρτήματα, αλλά και κατασκευές μηχανών ή σπιτιών. Όλο και περισσότερο, η τρισδιάστατη εκτύπωση χρησιμοποιείται στην ιατρική. Η εκτύπωση και αναπαραγωγή δοντιών, γνάθων και άλλων οστών ή τμημάτων τους δεν αποτελεί πλέον την τελευταία ανακάλυψη. Οι ερευνητές εργάζονται ενεργά για την εκτύπωση και χρήση ανθρώπινου δερματικού ιστού και καρδιάς. Αυτό θα επιτρέψει την αποφυγή της αναμονής για το όργανο δότη, θα μειώσει τον κίνδυνο απόρριψης ή μόλυνσης του οργάνου και θα περιορίσει άλλους παράγοντες.

Το υλικό που χρησιμοποιείται για την εκτύπωση διαφέρει ανάλογα με τον σκοπό του μοντέλου. Αυτά τα υλικά εξελίσσονται μαζί με την ίδια την τεχνολογία. Η απλή τρισδιάστατη εκτύπωση πραγματοποιείται με τη τήξη ενός ρολού πλαστικού. Οι ίνες άνθρακα χρησιμοποιούνται για την εκτύπωση προτύπων που πρέπει να είναι εξαιρετικά ελαφριά αλλά ανθεκτικά. Άλλα υλικά χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία μηχανών ή σπιτιών, όπου υπάρχουν ιδιαίτερα υψηλές απαιτήσεις αντοχής, ανθεκτικότητας στην υγρασία κ.λπ. Στην ιατρική, πρωτοπόρος στην εκτύπωση ανθρώπινων οργάνων ήταν η σουηδική εταιρεία Cellink, η οποία εφηύρε το υλικό εκτύπωσης για ανθρώπινα όργανα.

^{Εικόνα 10. Εκτύπωση εξαρτημάτων αυτοκινήτου με τρισδιάστατο εκτυπωτή}

^{Εικόνα 11. Εκτύπωση κατασκευής σπιτιού με τρισδιάστατο εκτυπωτή}

^{Εικόνα 12. Εκτύπωση οργάνου με τρισδιάστατο εκτυπωτή}

Διαδικασία Εκτύπωσης 3D

Η διαδικασία εκτύπωσης μπορεί να απεικονιστεί από την ακολουθία που φαίνεται στο Σχήμα 13:

^{Σχήμα 13. Διαδικασία 3D εκτύπωσης}

Αφού το μοντέλο δημιουργηθεί από το πρόγραμμα μοντελοποίησης, πρέπει να αποθηκευτεί σε μορφή *.STL. Αυτή η μορφή είναι για 3D εκτύπωση. Με αυτόν τον τρόπο, το πρόγραμμα αναγνωρίζει τις πληροφορίες στο αρχείο και διαιρεί το ίδιο το μοντέλο σε στρώσεις. Ο 3D εκτυπωτής ξεκινά να λειτουργεί από τη χαμηλότερη στρώση, συμπληρώνοντας όλες τις πληροφορίες. Στη συνέχεια προχωρά στην επόμενη στρώση μέχρι να εκτυπωθούν όλες οι στρώσεις κάθετα.

Είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τα βασικά μέρη ενός 3D εκτυπωτή για να κατανοήσουμε τη διαδικασία εκτύπωσης.

Μπορεί να υπάρχουν διάφορες τροποποιήσεις εκτυπωτών ανάλογα με τις ανάγκες, τον τύπο, την τιμή και άλλα κριτήρια. Ωστόσο, τα βασικά μέρη παραμένουν τα ίδια. Από προεπιλογή, ένας τέτοιος εκτυπωτής αποτελείται από ένα καρούλι υλικού (1). Μπορεί να είναι πλαστικό, μέταλλο, γυαλί ή άλλα. Επίσης, η κεφαλή εκτύπωσης (2) κινείται εγκάρσια και κατά μήκος. Το εκτυπώσιμο ύψος του μοντέλου ρυθμίζεται από ένα συρόμενο υπόβαθρο (Σχήμα 14).

^{Σχήμα 14. 3D εκτυπωτής}

Όταν το μοντέλο χωρίζεται σε στρώσεις, η εκτύπωση ξεκινά από τη χαμηλότερη στρώση. Η κεφαλή εκτύπωσης (Σχήμα 15a), αφού λιώσει το υλικό τροφοδοσίας (1) από το καρούλι, εκτυπώνει μία στρώση οριζόντια (Σχήμα 15b). Στη συνέχεια προχωρά στην επόμενη.

^{Σχήμα 15a. Κεφαλή εκτύπωσης}

^{Σχήμα 15b. Εκτυπώνεται μία στρώση}

Τρισδιάστατη μοντελοποίηση

Για να μεταδοθούν οι πληροφορίες στον εκτυπωτή, το αντικείμενο πρέπει πρώτα να μοντελοποιηθεί. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι ο εκτυπωτής «διαβάζει» τις πληροφορίες με συνέπεια, όχι με τον τρόπο που τις βλέπουμε εμείς. Δηλαδή, αν κατά τη μοντελοποίηση σχεδιάσουμε μια γραμμή πάνω σε μια άλλη γραμμή, εμείς βλέπουμε μόνο μία γραμμή, ενώ ο εκτυπωτής εκτυπώνει πρώτα την πρώτη γραμμή και μετά τη δεύτερη γραμμή στο ίδιο στρώμα. Αυτό αυξάνει το κόστος των υλικών και το τελικό μοντέλο μπορεί να είναι ανακριβές. Επομένως, κατά τη μοντελοποίηση, είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί ότι δεν υπάρχουν διπλότυπα στο στρώμα, ότι το πάχος του στρώματος της γραμμής και άλλες παράμετροι έχουν οριστεί σωστά.

Η επιλογή λογισμικού 3D μοντελοποίησης εξαρτάται από πολλούς παράγοντες. Αυτό περιλαμβάνει τον βαθμό εξοικείωσης του χρήστη με τους υπολογιστές, την ικανότητα διαχείρισης ενός προγράμματος προσομοίωσης, τις υπολογιστικές δυνατότητες του υπολογιστή σας, την πολυπλοκότητα του έργου, την άδεια χρήσης του λογισμικού κ.λπ. Τα αδειοδοτημένα και τα ανοιχτού κώδικα προγράμματα μπορούν να διακριθούν ανάλογα με τη «διαθεσιμότητα» του λογισμικού. Τα αδειοδοτημένα προσφέρουν πολύ περισσότερες επιλογές. Τα ανοιχτού κώδικα προγράμματα είναι διαθέσιμα σε κάθε χρήστη, είναι αρκετά ευέλικτα για τα λειτουργικά συστήματα, αλλά είναι πιο πιθανό να έχουν κάποιο «σφάλμα» στο ίδιο το λογισμικό.

Το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο λογισμικό μοντελοποίησης παρουσιάζεται στον παρακάτω πίνακα:

Μία από τις μεγαλύτερες εταιρείες που ασχολούνται με την ανάπτυξη λογισμικού μοντελοποίησης είναι η Autodesk. Περιλαμβάνει τα πακέτα λογισμικού AutoCad, Fusion 360, καθώς και το TinkerCad. Το Tinkercad είναι διαθέσιμο ως μια δωρεάν διαδικτυακή συλλογή εργαλείων λογισμικού που είναι πολύ βολική για χρήση σε σχολεία ή για άλλους εκπαιδευτικούς σκοπούς. Η Autodesk παρέχει υπηρεσίες τόσο για επιχειρήσεις όσο και για εκπαιδευτικούς σκοπούς. Τα εκπαιδευτικά ιδρύματα μπορούν να λάβουν άδεια χρήσης για τα προϊόντα. Δεν πρόκειται για ένα πλήρες πακέτο λογισμικού που είναι επί πληρωμή και προορίζεται για επιχειρήσεις, αλλά για μελέτη, μοντελοποίηση και προετοιμασία ενός μοντέλου για 3D εκτύπωση είναι απολύτως επαρκές.

Κάθε έκδοση του λογισμικού ενημερώνεται συνεχώς και συμπληρώνεται με πρόσθετες λειτουργίες. Οι βασικοί στόχοι είναι η δημιουργία διαισθητικού λογισμικού που να είναι όσο το δυνατόν πιο εύκολο στην εκμάθηση για τον χρήστη. Καθένα από αυτά απαιτεί μια βασική θεωρητική βάση για τη μοντελοποίηση.

Ενισχυμένο με Επαυξημένη Πραγματικότητα