Tlačíme lokomotívy alebo Stereolitografickú 3D tlač v rukách pokročilého modelára (rozhovor)

Prevzaté so zvolením www.3d-tisk.cz.

Aj keď u niektorých českých modelárov po roky vládli hlavne stolné FDM/FFF tlačiarne na tavené termoplasty, stále častejšie je možné stretnúť u nich tiež presnejšiu metódu stereolitografie. Môžu za to ako pomaly sa znižujúce ceny týchto 3D tlačiarní, tak ich rastúca spoľahlivosť a lepšia dostupnosť v Česku. Na praktické skúsenosti so svetlocitlivou živicou tvrdenou laserom sa nad atraktívnym modelom parnej lokomotívy sme sa pýtali modelára Luboša Domalípa.

Modelárstvu sa venuje už dve desiatky rokov. Luboš Domalíp stavia funkčné modely v mierke 1 : 45 prevažne z mosadzného plechu technológiou fotoleptania. Asi pred tromi mesiacmi prešiel z najrozšírenejšej technológie 3D tlače FDM/FFF na stereolitografiu. Zvolil si 3D tlačiareň Form 2. Aké sú jeho skúsenosti s novou technológiou?

 

Máte asi ročnú skúsenosť so stolnou 3D tlačou z tavených termoplastov. Čo vás viedlo k prechodu na stereolitografiu? Kde využijete jej výhody?

Tvarovo zložité diely sa doposiaľ museli vyrobiť ručne a potom rozmnožiť pomocou odlievania živice do silikónových foriem, čo bol často zdĺhavý proces s nie vždy ideálnym výsledkom. 3D tlač s FDM technológiou som začal používať ako efektívnejšiu alternatívu tejto výroby. Veľmi rýchlo som ale narazil na limity FDM tlače – a to ako z pohľadu možnej zložitosti tvaru, tak hlavne kvôli rozlíšeniu a výslednej kvalite povrchu. Preto sa FDM výtlačky uplatnili len na konštrukčných dieloch, ktoré sú niekde vnútri modelu, ale nie sú priamo viditeľné. Už od začiatku som ale počítal s tým, že FDM bude len prestupnou stanicou na stereolitografiu (STL). Aj tak to ale bol veľký pokrok a úspora času, pretože bolo možné získať diel v rovnaký deň, ako bol navrhnutý, čo do tej doby nebolo bežnými postupmi možné. Prechod na stereolitografiu bol teda nevyhnuteľným krokom, aby bolo možné rozšíriť využiteľnosť 3D tlače aj na pohľadové diely s dokonalou kvalitou povrchu a veľmi jemnými detailmi.

Aby som však nebol úplne nevďačný, FDM tlačiareň rozhodne nepôjde do starého železa, ale stále bude mať svoje miesto. Nielen kvôli nižším prevádzkovým nákladom, ale hlavne kvôli obrovskej húževnatosti a odolnosti termoplastov, čo je často veľmi dôležitá vlastnosť u tvarovo nepríliš zložitých namáhaných dielov. FDM výtlačky tiež často používam pri rôznych montážnych prípravkoch, kde sa úplne výborne uplatňujú.

Kde konkrétne pri stavbe modelov využívate stereolitografické výtlačky a z akého svetlocitlivého materiálu tlačíte?

Výtlačky prídu na rad vždy, ak je treba vyrobiť tvarovo zložitý diel, často osadený veľkým množstvom detailov. Jeho opakovaná ručná výroba by teda zabrala neúnosné množstvo hodín a ani kvalita by nebola ideálna. Tiež už som ale napríklad tlačil ozubené závitové kolesá modulu 0,5, ktoré som podrobil nepretržitej dvojdennej záťaži vo svojich prevodovkách. Bol som veľmi milo prekvapený, že s prehľadom obstáli a nedošlo k žiadnemu fatálnemu opotrebovaniu, ako som pôvodne čakal.

Zatiaľ som používal štandardnú čiernu živicu od výrobcu tlačiarne (Formlabs). Hlavne preto, že keď dôjde k odretiu farby počas používania modelu, nie je hneď vidieť pôvodný povrch dielu. Chystám sa ale testovať aj pokročilejšie materiály, pretože vďaka nim nepochybne ešte rozšírim možné uplatnenie výtlačkov.

 

Okrem vyššej kúpnej a prevádzkovej ceny stereolitografickej tlačiarne si kedysi užívatelia-jednotlivci často sťažovali tiež na vyššiu zmetkovitosť pri tvrdení živíc. Akú máte úspešnosť dokončovania výtlačkov?

Pokiaľ ide o úspešnosť tlače, môžem podľa mojej doterajšej skúsenosti povedať, že je dokonca vyššia ako pri mojej FDM tlačiarni, kde dochádzalo omnoho častejšie napríklad k odlúpnutiu od podložky počas tlače. Presnú štatistiku som zatiaľ nerobil, ale odhadujem percento neúspešnosti maximálne do 5 %. Občas sa napríklad stalo, že som zle napolohoval diel v PreForme (pozn.: originálna aplikácia pre prípravu tlače od Formlabs), takže v určitom mieste výtlačku došlo k drobnej tvarovej deformácii dielu, ale väčšinou to ani nebolo tak zásadné, aby diel nešlo použiť. Aplikácia PreForm je tak pokročilá, že pred odoslaním údajov do tlačiarne upozorní užívateľa, že diel nemá dostatočný počet podpôr pre úspešnú tlač a je potrebné nejaké doplniť.

Ako ľahké a časovo náročné je opracovanie výtlačkov zo živice od dočasných podpôr u vašich modelov? Aké povrchové úpravy ďalej využívate? Kombinujete výtlačky pri stavbe s inými materiálmi?

Odstránenie a opracovanie dočasných podpôr nie je vôbec náročné. Hlavne preto, že si v PreForme môžem zvoliť umiestnenie podpory na také miesta, aby sa výtlačok potom pohodlne začisťoval. Na odstránenie používam kliešte dodané priamo s tlačiarňou a následne ľahko dočisťujem ihlovými pilníkmi. Všetko ide veľmi ľahko a rýchlo. Pre modelára je to úplne bežná rutina, pretože aj diely odlievané zo živice do foriem sa museli následne začisťovať a opracovávať. Takže nič, čo by výrazne pridávalo prácu.

Za zásadný rozdiel medzi FDM a STL technológiou považujem použité materiály a ich rozdielne vlastnosti. Následné opracovanie termoplastov, ako sú ABS, PLA alebo PET, bolo prakticky nemožné, pretože materiál sa okamžite zahrieval a začínal sa pod pilníkom žmoliť. Fotocitlivá živica má úplne odlišné vlastnosti, je homogénna a je možné ju veľmi dobre brúsiť alebo vŕtať, prípadne aj rezať závity, čo je pre praktické využitie veľmi dôležité. Daňou za to je ale vyššia krehkosť výtlačku, preto je vždy potrebné myslieť na to, ako a kde bude diel použitý. Výrobca tlačiarne ponúka tiež pokročilejšie živice, takže to samozrejme nejde takto zjednodušovať. Zatiaľ ma svojimi vlastnosťami veľmi nadchla vzorka odolnej živice Durable, ale popravde by som uvítal, keby boli všetky typy živíc prefarbené, pretože transparentné prevedenie mi príliš nevyhovuje. Aj tak ich určite čoskoro tiež vyskúšam.

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.

 

3D modely na tlač si navrhujete sám? Ktorú aplikáciu pre navrhovanie ste si obľúbili?

Modely si navrhujem sám, najčastejšie v aplikácii Rhino3D, pretože sa mi pre tieto účely zdá byť najvhodnejšia. Použitie pokročilých CAD nástrojov by bolo pre také využitie úplne zbytočné, nehovoriac o tom, že ani zďaleka nie som taký zdatný konštruktér, aby som bol toho schopný. Pokiaľ potrebujem nakresliť nejaký normalizovaný konštrukčný diel, napríklad ozubené koleso, obľúbil som si pre tieto účely FreeCAD, ktorý v tomto smere opäť úplne spĺňa moje požiadavky.

Staviate železničné modely len pre radosť, alebo ich ponúkate aj záujemcom o kúpu?

Modely samozrejme staviam hlavne pre radosť. Vzhľadom k tomu, že sa jedná o menšinovú mierku a v Česku bohužiaľ nie sú takmer žiadni výrobcovia, ktorí by ponúkali české modely v tejto mierke a modelovej kvalite, ponúkam svoje modely tiež prípadným záujemcom. Väčšinou svojim kolegom modelárom, pretože modelárov venujúcich sa tejto veľkosti je ako šafranu, tak sa väčšinou všetci vzájomne poznáme. Medzi železničnými modelármi patrí veľkosť „0“ medzi tie väčšie mierky, teda je aj náročnejšia na priestor. To je hlavný dôvod, prečo nie je masovo rozšírená.

Pozn. redakcie: V prípade bližšieho záujmu o túto mierku môžete navštíviť webové stránky modelára Luboša Domalípa.

Ako ste spokojný s možnosťami 3D tlače pri pokročilom modelovaní? Vidíte zásadný posun oproti ére, kedy sme túto možnosť po ruke nemali?

Možnosťami 3D tlače som samozrejme úplne ohromený. Na modeli, ktorý je na obrázkoch, sa pracovalo viac ako rok. Po vyskúšaní tlačiarne Form 2 však stálo za to celý projekt za dva mesiace od základu prepracovať a nahradiť veľkú časť dielov výtlačkami, čo viedlo k neobvyklému zlepšeniu v oblasti detailov. Tým sa model priblížil svojej skutočnej predlohe, čo je vždy tá najzákladnejšia snaha modelára.

Keď som sa pred rokmi na priemyslovke po prvýkrát učil modelovať v prvých verziách AutoCADu, vždy som sníval, aké by to bolo, keby sa model z počítača dal jednoducho zhmotniť… a dnes sa sen stal skutočnosťou. Vidím v tom jednoznačne obrovský potenciál do budúcnosti. Obrovská výhoda pre modelárov, ako som ja, je, že pri počtoch do 10 vyrobených kusov od jedného typu modelu nie je možné investovať do náročnejších technológií, napríklad tlakového vstrekovania plastov do kovových foriem a podobne. Pri tak malých sériách by sa nemohli vyplatiť.

Domáca stereolitografická tlač je tak úplne ideálnym nástrojom ku kusovej výrobe v špičkovej kvalite za pomerne rozumnú cenu. Každý diel, ktorý vytlačím a nie som spokojný s jeho funkčnosťou či tvarom, môžem okamžite vylepšiť alebo prerobiť bez akýchkoľvek zmarených nákladov. A hlavne: výsledok mám takmer okamžite k dispozícii v pohodlí svojej dielne, takže úspory času aj priestoru pre inovácie sú úplne nespochybniteľné.

 

Chystáte sa rozšíriť uplatnenie 3D výtlačkov vo vašich modeloch? Na aký ďalší zaujímavý modelársky kúsok sa môžeme tešiť?

Zatiaľ som len v začiatkoch, takže k širšiemu uplatneniu 3D výtlačkov nepochybne ešte dôjde. V súčasnosti spolupracujem s ďalšími kolegami na projekte, ktorý zatiaľ nebudem zverejňovať. Napriek tomu, že už sa tento projekt chystá dlhšiu dobu, uplatnil som tu už teraz niektoré tlačené diely, ktoré boli pôvodne zamýšľané k výrobe inými, tradičnými spôsobmi. V budúcnosti by som chcel rozhodne vyskúšať komplexnejšie využitie výtlačkov pri zložitejších zostavách a väčších dieloch. Rád sa tak v budúcnosti podelím o prípadné novo nadobudnuté skúsenosti.

 

Čo by ste odkázali kolegom-modelárom, ktorí o podobnej investícii do 3D tlače uvažujú? A aké rady máte pre použitie stereolitografie?

Všetkým, ktorí váhajú, môžem túto technológiu len a len odporučiť, obmedzenia nie sú takmer žiadne. Kde pri FDM potrebujete rovinu pre prvú vrstvu, u STL tieto starosti odpadajú. Všetky výtlačky na ilustračných fotografiách sú tlačené s vrstvou 50 mikrometrov, tlačiareň však umožňuje aj vrstvu 25 mikrometrov. Tam je povrch absolútne dokonalý. Pre moje potreby – a to som naozaj dosť náročný – však úplne postačuje aj tých 50 mikrometrov, kde je jemná nedokonalosť povrchu vyhladená pieskovaní a nástrekom.

Veľké obavy som mal tiež z prichytenia výtlačku k stavebnej podložke. V skutočnosti sa výtlačky veľmi ľahko odlupujú – omnoho lepšie ako u FDM tlačiarne, kde často musí byť použitá veľmi hrubá sila. Výtlačky sú aj po opláchnutí v isopropylalkohole na dotyk trochu lepkavé, takže rozhodne odporúčam aj štandardné živice osvietiť 60 min pod UV lampou, výtlačok dokonale vyzrie. Stačí bežná UV lampa na nechty za pár sto korún. Jediné, čo som urobil, že som v nej vymenil žiarovky za nové. Mám u nich zaručenú vlnovú dĺžku 405 nm, čo je hodnota odporúčaná výrobcom materiálu.

Keď som zvažoval nákup tlačiarne Form 2, nemal som príliš informácií o praktickom využití. Nemal som tak ani presnú predstavu o tom, čo a s akým výsledkom sa na nej dá tlačiť alebo aké sú vlastne jej obmedzenia. Pretože pre domáceho užívateľa je nákup veľkou investíciou, bola to pomerne lotéria, či splní očakávania, ktoré som do nej vkladal. Zvedavosť a odhodlanie posunúť sa zase o kus ďalej však nakoniec prevážili.

Môžem len dodať, že sa jedná o veľmi praktický nástroj a pomocníka. Po prvýkrát v živote mám pocit, že jediným obmedzujúcim faktorom tlačiarne je skôr moja predstavivosť ako možnosti stroja.

Ďakujeme za rozhovor.

Foto: archív Luboša Domalípa

 

Pozrite sa na video test stereolitografickej tlačiarne Form 2, ktorú používa aj autor modelu parnej lokomotívy:

Form 2: Za stereolitografii přístupnější (recenze stolní 3D tiskárny)