Η τρισδιάστατη εκτύπωση είναι ένας τομέας που έχει αποκτήσει σημαντική κινητικότητα τα τελευταία χρόνια. Οι αρχές λειτουργίας της είναι αρκετά πιο παλιές και βασίζονται στον τρόπο λειτουργίας των εργαλειομηχανών που συναντούμε σε εργοστάσια και της σχεδίασης μερών με τα εργαλεία CAD/CAM (σχεδίαση και κατασκευή με τη βοήθεια υπολογιστή), που είναι βασική ύλη εδώ και δεκαετίες στα προγράμματα σπουδών στις σχολές μηχανικών.
Ακούγοντας τον όρο εκτύπωση, κάποιος νομίζει ότι όπως με τους κοινούς εκτυπωτές παίρνει μία συσκευή, που με το που θα βγει από το κουτί συσκευασίας είναι έτοιμη να λειτουργήσει στις πλήρεις της δυνατότητες.
Με τους τρισδιάτατους εκτυπωτές όμως αυτό είναι πολύ μακριά από την πραγματικότητα. Η τεχνολογία τους ουσιαστικά είναι ακόμη υπό εξέλιξη, υπάρχουν πάρα πολλές παράμετροι που εμπλέκονται και ελάχιστοι διαθέσιμοι αυτοματισμοί. Συνήθως, μάλιστα, ο ίδιος ο εκτυπωτής απαιτεί συναρμολόγηση βίδα βίδα για όλα του τα εξαρτήματα!
Ο εκτυπωτής στις φωτογραφίες (aurora = αυγή) είναι από τους ελάχιστους που είναι έτοιμος σε δύο μεγάλα μέρη που απλά ενώνονται. Μάλιστα, στην κοινότητα της τρισδιάστατης εκτύπωσης που βασίζεται αρκετά στη λογική των Ελεύθερων Προτύπων και Κώδικα, κάτι τέτοιο ίσως να θεωρείται και μειονέκτημα, από πρακτικής άποψης όμως έχεις σε λιγότερο από μισή ώρα μία έτοιμη συσκευή.
Πως δουλεύει όμως στην πράξη; Ο εκτυπωτής δημιουργεί τρισδιάστατα αντικείμενα βάζοντας σε στρώσεις πάχους μικρότερου του χιλιοστού λειωμένο πλαστικό που τροφοδοτείται μέσω ειδικών νημάτων. Υπάρχει η επιφάνεια εκτύπωσης που κινείται μπρος πίσω (άξονας y), η κεφαλή εκτύπωσης που κινείται δεξιά αριστερά (άξονας x) και πάνω κάτω (άξονας z).
Το πώς θα κινηθεί και τι ποσότητες λειωμένου νήματος θα αφήνει σε κάθε σημείο το καθορίζει το πρόγραμμα «τεμαχισμού» του εκτυπωτή. Στο πρόγραμμα αυτό φορτώνουμε ένα από τα έτοιμα σχέδια που μπορούμε να βρούμε σε ελεύθερες βιβλιοθήκες στο διαδίκτυο (πχ https://www.thingiverse.com), ή ακόμη και στον υπολογιστή μας με Windows 10 που έχει μερικά τρισδιάστατα μοντέλα αντικείμενων στο φάκελο «Αντικείμενα 3D» και αυτό δημιουργεί – τεμαχίζει σε στρώσεις το μοντέλο, ώστε να μπορεί η κεφαλή να εκτελέσει τις εντολές (δημοφιλές πρόγραμμα τεμαχισμού https://ultimaker.com/software/ultimaker-cura).
Τα νήματα που συνήθως χρησιμοποιούνται σε αρχική φάση είναι το θερμοπλαστικό PLA που κατασκευάζεται από ανανεώσιμους πόρους (αραβόσιτο, σακχαρότευτλα), είναι μη τοξικό, βιοδιασπώμενο και έτσι δεν επιβαρύνει το περιβάλλον. Επίσης υπάρχουν και άλλα νήματα με ειδικές συνθέσεις για μεταλλική, διάφανη ή όψη ξύλου, με άλλης τεχνολογίας και σύνθεσης πλαστικό που να αντέχει σε υψηλές θερμοκρασίας ή να είναι κατάλληλο για τρόφιμα.
Οι τρεις προηγούμενες παράγραφοι ήδη περιγράφουν τα πολλά στάδια και ρυθμίσεις και συνεπώς τις πολλές παραμέτρους που μπορεί να επηρεάσουν την επιτυχή ή προβληματική εκτύπωση ενός αντικειμένου.
Η πιο σημαντική ρύθμιση είναι η ευθυγράμμιση της επιφάνειας εκτύπωσης σε σχέση με την κεφαλή. Είναι μία διαδικασία χρονοβόρα και απαιτητική αφού η απόσταση ρυθμίζεται με βάση το πάχος μίας κόλλας χαρτιού Α4! και είναι μία διαδικασία που επαναλαμβάνεται συχνά (ύστερα από κάποιες εκτυπώσεις).
Άλλες ρυθμίσεις που επηρεάζουν το αποτέλεσμα, την ταχύτητα και τη σταθερότητα της τελικής εκτύπωσης είναι το ύψος των στρωμάτων τεμαχισμού, το ποσοστό κάλυψης με υλικό του εσωτερικού των μοντέλων (συνήθως δημιουργείται ένα πλέγμα στο εσωτερικό μέχρι 20% του όγκου), η χρησιμοποίηση υποβοηθητικών στηριγμάτων, η δημιουργία πρόσθετης επιφάνειας προσκόλλησης στην επιφάνεια εκτύπωσης η θερμοκρασία που λειώνει το πλαστικό και η οποία διαφέρει από νήμα σε νήμα, η θερμοκρασία στην επιφάνεια εκτύπωσης ώστε να συγκρατείται το εκτυπωμένο μοντέλο και να μην ξεκολλά κατά τη δημιουργία του και άλλα πολλά.
Είναι εμφανές ότι η τρισδιάστατη εκτύπωση απέχει πολύ από την απλή εκτύπωση, η ωριμότητα της τεχνολογίας σίγουρα εξελίσσεται και ίσως σε λίγα σχετικά χρόνια να φτάσουμε στο σημείο να εκτυπώνονται απροβλημάτιστα και χωρίς δικές μας συνεχείς ρυθμίσεις τα αντικείμενά μας.
Ο 3D εκτυπωτής μπορεί να είναι χρήσιμος τόσο σε οικιακούς χρήστες όσο και σε επαγγελματίες. Η συνεχόμενη αύξηση των μοντέλων που κυκλοφορούν και η ταυτόχρονη πτώση της τιμής τους κάνει την αγορά του εκτυπωτή πιο προσιτή.
Ο οικιακός χρήστης μπορεί να δημιουργήσει αντικείμενα που του αρέσουν για το σπίτι, το γραφείο, για δώρο και σταδιακά ο εκτυπωτής από ένα hobby να εξελιχθεί σε δημιουργία λύσεων για καθημερινές ανάγκες.
Για παράδειγμα ας σκεφτούμε πόσα πλαστικά μέρη υπάρχουν στο σπίτι μας, τα οποία με σχεδίαση μπορούμε να τα τυπώσουμε και να τα χρησιμοποιήσουμε σε περίπτωση που φθαρούν (πληροφορίες από τη σελίδα https://www.3dexpert.gr/3dprinters-intro/xrisimotita).
Μπορεί ακόμη να χρησιμοποιηθεί για σχεδίαση αντικειμένων ή και για δημιουργία κοσμημάτων (από πλαστικό ή με τα ειδικά νήματα μεταλλικής υφής) ή πρωτοτύπων για το σχέδιο που θέλουμε να δημιουργήσουμε. Επίσης για μοντελισμό, ή εκτύπωση παιχνιδιών ή φιγούρων από δημοφιλείς ταινίες.
Εδώ εμπλέκεται και το γράμμα Α (Art) στην εκπαίδευση STE(A)M, αφού τα μοντέλα μπορούν να χρωματιστούν ή ακόμη και να εκτυπωθούν τρισδιάστατα καλούπια, ώστε να δημιουργηθούν στη συνέχεια αντικείμενα από πχ εκπαιδευτικό πηλό ή και σιλικόνη θερμοκόλλας όπως φαίνεται στις εικόνες με το mini-vader. Μάλιστα σε αυτή τη σύνθεση φωτογραφιών, φαίνεται ότι στην εκτύπωση υπήρχαν κάποια κενά στις στρώσεις που αποδίδονται στο ότι το νήμα χρειαζόταν μία θερμοκρασία λίγο μεγαλύτερη (από 200οC σε 202οC), τα οποία καλύφθηκαν αρχικά με στόκο, στη συνέχεια η φιγούρα πέρασε με σπρέι αστάρι και βάφθηκε με πινέλο και ακρυλικό χρώμα και βερνίκι νυχιών για γυάλισμα.
Επίσης, να μην ξεχάσουμε να αναφέρουμε ότι η τρισδιάστατη εκτύπωση είναι μία χρονοβόρα διαδικασία, ένα αντικείμενο μπορεί να χρειαστεί πάρα πολλές ώρες για να γίνει, αφού αποτελείται από στρώσεις ύψους δέκατων του χιλιοστού! Σίγουρα δεν χρειάζεται να είναι κάποιος από πάνω από τον εκτυπωτή συνέχεια, θα πρέπει όμως να υπάρχει τακτικά μία επίβλεψη, ώστε να επέμβει αν κάτι δεν εξελιχθεί σωστά.
Το κόστος αγοράς ενός τρισδιάστατου εκτυπωτή στην Ελλάδα ξεκινά από τα 200+€, με τα μοντέλα στη χαμηλή τιμή να είναι και από τα πιο δημοφιλή παγκοσμίως. Το κόστος των νημάτων είναι περίπου από τα 20€ το κιλό, όμως σε προσφορές ή εκπτώσεις μπορεί να πέσει και στα 12€.
Το ταξίδι στην τρισδιάστατη εκτύπωση είναι σίγουρα ενδιαφέρον, όπως επίσης είναι σίγουρο ότι δεν είναι και ένα ταξίδι σε ήρεμα νερά. Χρειάζεται υπομονή, πολλές δοκιμές με αποτυχίες που μπορεί να απογοητεύουν αν και σε μαθαίνουν νέα πράγματα, αλλά και με επιτυχίες που τις χαίρεσαι καθώς βλέπεις να έρχονται στη ζωή πραγματικά αντικείμενα από ένα κορδόνι πλαστικού νήματος.
Είναι μία δραστηριότητα που χρειάζεται στα αρχικά βήματα αρκετή μελέτη και θέαση οδηγιών και βίντεο από τη μεγάλη διεθνή κοινότητα που ασχολείται με την τρισδιάστατη εκτύπωση, ενώ με τη συνεχή νέα εμπειρία και εξάσκηση -και με τη συγκεκριμένη μηχανή εκτύπωσης με την οποία ασχολείσαι- σίγουρα σταδιακά τα πράγματα θα εξελίσσονται πιο ομαλά, αλλά θα θέτουν και τις προκλήσεις για ακόμη πιο όμορφες ή πολύπλοκες εκτυπώσεις.
(σημ. Όλα τα μοντέλα που εμφανίζονται στις φωτογραφίες δημιουργήθηκαν με τον προσωπικό μου εκτυπωτή JGAurora A5S, με χρήση του προγράμματος τεμαχισμού Cura σε αρχεία μοντέλων που είναι είτε από τα μοντέλα των Windows 10, είτε από τις συλλογές του Thingiverse, είτε έχουν δημιουργηθεί με τροποποίηση υπάρχοντος μοντέλου στην εφαρμογή 3DBuilder των Windows 10 (πχ κάποια μπρελόκ ή ο βιβλιοστάτης με την ονομασία του 1ου Δ.Σ. Λουτρακίου), ή σχεδιάστηκαν στο https://www.tinkercad.com (πχ η αυγοθήκη). Για τις εκτυπώσεις έχει χρησιμοποιηθεί αποκλειστικά νήμα PLA, το παρεχόμενο στην αρχική συσκευασία του εκτυπωτή (κίτρινο) και τα νήματα Athena PLA NEEMA3D (σε ροζ, γκρι, σκούρο κόκκινο, φωτεινό κόκκινο και μαύρο). Για τις βαφές των Millenium Falcon, Mandalorian και Venom ασχολήθηκε ο ανιψιός μου Μάριος).
Δείτε εδώ και τις Χριστουγεννιάτικές κατασκευές (σύνδεσμος ανάρτησης).
