Druk 3D wielkoformatowy - jak powstają naprawdę duże wydruki?

Mały detal wrzucasz na stół drukarki, kilka godzin później go zdejmujesz i po sprawie. Przy obiekcie wysokim na dwa metry ta metoda ma jedną drobną wadę: potrzebujesz drukarki mniej więcej wielkości szafy.

Można oczywiście kupić naprawdę dużą maszynę. Można też podejść do problemu trochę rozsądniej i zaprojektować duży obiekt tak, żeby powstał z wielu mniejszych elementów. Tylko wtedy druk 3D wielkoformatowy przestaje być po prostu drukowaniem. Zaczyna się projektowanie podziałów, łączeń, konstrukcji, montażu, obróbki powierzchni i transportu.

Przerabialiśmy to między innymi przy produkcji około dwumetrowego odwzorowania istniejącego produktu. Punktem wyjścia był niewielki fizyczny obiekt. Finałem - kilkaset wydrukowanych elementów, które po złożeniu miały wyglądać jak jedna rzecz, a nie jak puzzle po ciężkim weekendzie.

Druk 3D wielkoformatowy nie zawsze oznacza wielką drukarkę

Hasło „druk 3D wielkoformatowy” sugeruje trochę, że gdzieś stoi gigantyczna drukarka, do której wrzucamy model dwumetrowego obiektu i następnego dnia wyciągamy gotową rzecz.

Czasem rzeczywiście używa się maszyn o bardzo dużym polu roboczym. Ale w wielu projektach bardziej praktyczne jest coś innego: podzielenie obiektu na elementy, które można wydrukować na mniejszych maszynach, a później precyzyjnie połączyć.

To daje sporą swobodę. Możemy produkować kilka części równocześnie, łatwiej zareagować na nieudany wydruk, wykorzystać standardowe materiały i nie uzależniać całego projektu od jednej ogromnej maszyny.

Problem w tym, że ktoś musi wcześniej wymyślić, jak podzielić dwumetrową rzecz na kilkadziesiąt albo kilkaset kawałków, żeby po złożeniu nadal była dwumetrową rzeczą.

Ctrl+P tutaj nie wystarczy.

Dwumetrowego obiektu nie wrzucasz po prostu na drukarkę. Najpierw trzeba zdecydować, gdzie go podzielić, jak ustawić części na maszynach i jak później połączyć je z powrotem w jedną bryłę. Każda kreska podziału na ekranie za chwilę stanie się prawdziwym łączeniem w warsztacie.

Wszystko zaczyna się od modelu 3D

Jeżeli klient dostarcza gotowy model CAD przygotowany do produkcji, mamy dobry początek. Ale często punktem wyjścia jest coś zupełnie innego: fizyczny produkt, wizualizacja, model marketingowy albo istniejący przedmiot, który trzeba powiększyć.

W jednym z naszych projektów zaczęliśmy od skanu 3D rzeczywistego produktu w małej skali. Skan dał nam geometrię, ale nie był jeszcze gotowym plikiem produkcyjnym. Model trzeba było oczyścić, poprawić i przygotować w Fusion 360, a następnie przeskalować do docelowej wielkości około dwóch metrów.

I właśnie tutaj zaczyna się pierwsza pułapka.

Jeżeli powiększysz obiekt dziesięć razy, nie oznacza to, że możesz po prostu powiększyć dziesięć razy każdy jego parametr. Grubości ścianek, sposób łączenia, sztywność konstrukcji czy tolerancje zaczynają działać zupełnie inaczej.

Model, który świetnie wygląda na ekranie, nadal może być fatalnym modelem produkcyjnym.

Duży obiekt trzeba najpierw pociąć. Wirtualnie

Załóżmy, że gotowy obiekt ma około dwóch metrów wysokości, a pole robocze drukarki jest wielokrotnie mniejsze. Trzeba więc zdecydować, gdzie przebiegną podziały.

Nie robimy ich losowo.

Każda linia podziału oznacza późniejsze łączenie, potencjalnie słabszy punkt konstrukcji i miejsce, które trzeba będzie obrobić. Jednocześnie części muszą mieścić się na drukarkach i być ustawione tak, żeby dało się je sensownie wydrukować.

W naszym przypadku finalny model został podzielony na około 200 elementów.

To już nie jest jeden wydruk. To mała produkcja seryjna, tylko że na końcu wszystkie wyprodukowane części mają stworzyć jeden obiekt.

I tutaj bardzo szybko można sobie zrobić piekło.

Tu zaczyna być widać, po co były wszystkie łączenia zaprojektowane wcześniej na ekranie. Pióro-wpust ustawia kolejne fragmenty względem siebie, a wewnętrzne łączniki skręcane śrubami spinają konstrukcję mechanicznie. Z zewnątrz finalnie nie będzie widać żadnego z nich.

Łączenia są ważniejsze, niż wyglądają

Najprostszy pomysł brzmi: wydrukujemy kawałki, a potem je skleimy.

Da się.

Tylko przy dużym obiekcie samo klejenie szybko zaczyna być mało zabawne. Elementy muszą ustawić się względem siebie we właściwej pozycji, geometria nie może zacząć „uciekać”, a konstrukcja musi przetrwać przenoszenie, transport i użytkowanie.

Dlatego przy naszym dużym obiekcie zastosowaliśmy połączenia typu pióro-wpust oraz zaprojektowane specjalnie wewnętrzne łączniki skręcane śrubami.

Pióro-wpust pomagało pozycjonować kolejne fragmenty względem siebie. Wewnętrzne łączniki odpowiadały za mechaniczne spięcie konstrukcji.

Nagle okazuje się więc, że projektując wydruk 3D, projektujemy również coś, czego po skończeniu pracy prawdopodobnie nikt nigdy nie zobaczy.

I bardzo dobrze.

Jeżeli klient ogląda gotowy obiekt i zastanawia się nad konstrukcją jego wewnętrznego łącznika, prawdopodobnie coś poszło nie tak.

200 elementów oznacza 200 okazji, żeby coś się spieprzyło

Przy pojedynczym wydruku niepowodzenie boli umiarkowanie. Przy produkcji kilkuset części trzeba już zacząć myśleć procesowo.

Pliki trzeba nazwać. Elementy policzyć. Wiedzieć, które zostały wydrukowane, które są aktualnie na maszynach, które trzeba powtórzyć i do którego fragmentu konstrukcji należą.

Do tego dochodzi zwykła rzeczywistość druku FDM. Dysza może się zatkać. Filament może się skończyć. Element może odkleić się od stołu. Wydruk może wyglądać świetnie przez dziewięć godzin, a w dziesiątej postanowić rozpocząć samodzielną karierę jako spaghetti.

Shit happens.

Dlatego przy dużych projektach równie ważne jak sam modelowanie jest zaplanowanie produkcji. Kilka drukarek pracujących równolegle daje możliwość rozłożenia ryzyka i przyspieszenia całego procesu.

Jeżeli jedna część się nie uda, powtarzamy jedną część. Nie cały dwumetrowy obiekt.

To jest jedna z największych zalet modułowego podejścia do dużych wydruków.

Przy dużym wydruku jedna bryła szybko zamienia się w małą produkcję seryjną. Części trzeba wydrukować, policzyć, oznaczyć i wiedzieć, czego brakuje. Jeżeli jeden z około 200 elementów się nie uda, powtarzamy właśnie ten element, a nie cały dwumetrowy obiekt.

Dlaczego przy dużych wydrukach materiał ma znaczenie?

PLA jest świetnym materiałem do ogromnej liczby zastosowań. Łatwo się drukuje, jest dostępne i daje przewidywalne rezultaty. Ale jeżeli gotowy obiekt ma pracować w trudniejszych warunkach, wybór materiału trzeba dopasować do jego rzeczywistego zastosowania.

Nasz około dwumetrowy obiekt miał być używany na zewnątrz, dlatego został wykonany z ABS.

Przy takim projekcie materiał wpływa nie tylko na samą wytrzymałość. Znaczenie mają również temperatura, promieniowanie UV, późniejsza obróbka, klejenie, szpachlowanie i lakierowanie.

Dlatego pytanie „z czego to wydrukować?” powinno pojawić się dopiero po pytaniu „co się z tym później będzie działo?”.

Jeżeli obiekt ma przez dwa dni stać w klimatyzowanym wnętrzu, wymagania są inne niż wtedy, gdy ma być wożony samochodem, wystawiany na słońce, przenoszony przez kilka osób albo stać na zewnątrz.

Materiał wybieramy do problemu. Nie odwrotnie.

Po wydrukowaniu dopiero zaczyna się druga połowa roboty

To jest chyba największe nieporozumienie związane z dużymi wydrukami 3D.

Kiedy ostatnia drukarka kończy pracę, projekt nie jest skończony.

Mamy stos części.

Trzeba je złożyć, skręcić, skleić tam, gdzie jest to potrzebne, sprawdzić geometrię i przygotować powierzchnię. Przy obiekcie składającym się z około 200 fragmentów liczba linii łączenia robi się całkiem imponująca.

Jeżeli gotowy produkt ma wyglądać jak jedna bryła, te linie muszą zniknąć.

Zaczyna się więc szpachlowanie, szlifowanie, poprawianie, ponowne szpachlowanie, podkład i kolejne szlifowanie.

A później ktoś znajduje jeszcze jedną linię.

Oczywiście dokładnie na środku najbardziej widocznej powierzchni.

Welcome to production.

Warstwy druku też nie znikają od patrzenia

Surowy wydruk FDM ma charakterystyczną strukturę warstw. W przypadku technicznego elementu ukrytego wewnątrz urządzenia często nikomu to nie przeszkadza.

Przy dużym obiekcie ekspozycyjnym sytuacja wygląda inaczej.

Jeżeli finalna powierzchnia ma przypominać normalny produkt wykonany przemysłowo, druk 3D jest tylko metodą stworzenia geometrii. Później trzeba tę technologię wizualnie schować.

Dlatego wykończenie potrafi pochłonąć bardzo dużo czasu. Im większa powierzchnia, tym więcej szlifowania. Im bardziej błyszczący ma być finalny lakier, tym mniej wybacza podłoże.

Drukarka robi bryłę.

Człowiek robi z niej produkt.

Kolor z monitora to nie kolor z lakierni

Przy realizacjach dla marek „mniej więcej czerwony” zazwyczaj nie jest jednostką występującą w brandbooku.

Gotowy obiekt został więc przygotowany pod lakierowanie i pomalowany w dokładnie określonym kolorze RAL. Na końcu dochodziły elementy identyfikacji i branding, dzięki którym powiększona bryła zaczynała wyglądać jak właściwy produkt, a nie ogromny wydruk z warsztatu.

To kolejny powód, dla którego przy takich realizacjach nie warto patrzeć wyłącznie na cenę kilograma filamentu.

Filament może być jednym z tańszych elementów całej układanki.

Projektowanie, przygotowanie modelu, druk, kontrola części, składanie, konstrukcja wewnętrzna, obróbka powierzchni, lakierowanie i branding to osobne etapy pracy.

A jak przewieźć dwumetrowy wydruk 3D?

To pytanie najlepiej zadać przed, a nie po zaprojektowaniu obiektu.

Brzmi banalnie, dopóki gotowa rzecz nie stoi w warsztacie, a ktoś nie próbuje sprawdzić, czy przejdzie przez drzwi.

Duży obiekt trzeba nie tylko wyprodukować. Trzeba go również wynieść, zabezpieczyć, załadować, przewieźć, rozładować i czasami jeszcze zmontować na miejscu.

Dlatego transport może wpływać na projekt konstrukcji już na etapie modelowania. Czasem warto stworzyć obiekt jako kilka większych modułów skręcanych dopiero na miejscu. Innym razem lepiej złożyć całość wcześniej i przygotować odpowiednią konstrukcję transportową.

Najgorszą strategią jest odkrycie logistyki dzień przed wysyłką.

Been there? Hopefully not.

Czy duży obiekt zawsze warto drukować w 3D?

Nie.

I to jest prawdopodobnie ważniejsze niż wszystko powyżej.

Jeżeli potrzebujesz dwumetrowego prostopadłościanu, drukowanie go przez kilkaset godzin byłoby dość kreatywnym sposobem spalania pieniędzy. Prawdopodobnie szybciej i taniej zrobimy konstrukcję z drewna, MDF-u, aluminium albo innych materiałów.

Druk 3D wielkoformatowy zaczyna robić się naprawdę ciekawy wtedy, kiedy obiekt ma skomplikowaną geometrię, krzywizny, detale albo formę trudną do wykonania klasycznymi metodami.

I nawet wtedy wcale nie musimy drukować wszystkiego.

Duża realizacja może mieć konstrukcję z aluminium, płaskie powierzchnie z płyt, a tylko najbardziej skomplikowane fragmenty wykonane w druku 3D. Możemy dodać elementy frezowane CNC, stalowe mocowania, drewno czy elektronikę.

Nobody cares, że tylko 37 procent obiektu zostało wydrukowane.

Ma działać.

Ile kosztuje druk 3D wielkoformatowy?

Nie istnieje sensowna stawka „za duży wydruk”, bo dwa obiekty o tych samych wymiarach mogą wymagać zupełnie innej ilości pracy.

Na cenę wpływa geometria, przygotowanie lub naprawa modelu 3D, liczba elementów, materiał, czas pracy drukarek, konstrukcja wewnętrzna, sposób łączenia, obróbka powierzchni, lakierowanie, branding, transport i montaż.

Dwumetrowy obiekt, który ma być oglądany z pięciu metrów, jest innym projektem niż dwumetrowy obiekt stojący pół metra od klienta.

Dlatego przy wycenie bardziej interesuje nas co właściwie ma powstać i jak ma być używane niż sama informacja, że ma mieć dwa metry.

Jeżeli masz model 3D - super. Jeżeli masz tylko zdjęcie produktu - też możemy zacząć. Jeżeli masz szkic na serwetce i wiadomość „potrzebujemy tego, tylko dwa metry wysokości”…

No dobra.

To brzmi już całkiem znajomo.

Duży wydruk zaczyna się od małego pytania

Czy da się to zrobić?

Zazwyczaj tak.

Znacznie ciekawsze pytanie brzmi: jak zrobić to sensownie?

Czasem odpowiedzią będzie 200 wydrukowanych elementów, pióro-wpust, specjalne łączniki i kilka drukarek pracujących równolegle. Czasem hybrydowa konstrukcja z aluminium i druku 3D. A czasem powiemy, że drukowanie tego nie ma żadnego sensu i zaproponujemy zupełnie inną technologię.

Bo naszym celem nie jest sprzedawanie kilogramów plastiku.

Naszym celem jest zrobienie tej dziwnej rzeczy, którą ktoś właśnie wymyślił.