3D tisk | DIY

Video: Vytiskli jsme velikonoční vajíčka na stereolitografické 3D tiskárně SL1

  • Z domácí 3D tiskárny se dnes už na zadek nikdo neposadí
  • MSLA je ale úplně jiná liga. Vytiskli jsme vajíčka z pryskyřice
  • Podívejte se na time-lapse, jak to vlastně funguje

Velikonoce jsou sice už za námi, ručně malované kraslice ale budou dekorovat kdejakou poličku ještě nějaký ten čas. A jelikož máme 21. století a emancipace už často smazala všechny možné rozdíly, svá vajíčka si může vyzdobit i kdejaký chlap.

Aby nedošlo k mylným interpretacím předchozí věty, tady jsme na technickém webu Živě.cz, zajímá nás tedy jen jeden jediný možný typ vajec: ty z polylaktidových vláken, akrylonitrilbutadienstyrenu, polyethylentereftalátu nebo třeba z epoxidové pryskyřice s monomery a fotoiniciátory.

Vytiskneme velikonoční vajíčko z pryskyřice

Pro ty, kteří v dětství chodili za školu, pro jistotu upřesním, že výčet sloučenin výše sice může na první pohled připomínat výbavičku kdejaké varny pervitinu, ale je to jen zdání, jedná se totiž o chemické názvy základních termoplastických hmot PLA, ABS a PET pro populární FFF/FDM 3D tisk a fotocitlivou pryskyřici pro stereolitografický tisk.

Jak se tiskne na MSLA mašině od přípravy po praní a vytvrzování. Šest hodin v pěti minutách včetně time-lapse:

A jelikož z malé domácí 3D tiskárny, jejíž hlava nanáší na prohřátou desku vlákénko nataveného plastu, se už dnes posadí na zadek snad jen ti, kteří byli posledních dvacet let v kryospánku, oprášil jsem doma mašinu Original Prusa SL1 a její mycí a vytvrzovací stanici Original Prusa CW1 a vytiskl dva exempláře velikonočního vajíčka Wavy Complex od Antonína Noska. Dnes si ukážeme, jak to celé probíhalo a hlavně jak to dopadlo.

I po letech magie a sci-fi

SL1 je prvním modelem dnes už světoznámé pražské fabriky na tiskárny Prusa Research, který používá namísto plastových strun tekutou pryskyřici a metodu MSLA. Technologie Mask Stereolitography působí i po letech tak trochu jako magie a science fiction, tištěný předmět totiž pomaličku a v relativní tichosti roste z kádinky naplněné kapalinou s viskozitou plnotučné smetany, jako by jej tvarovala jakási neznámá fyzikální síla.

Klepněte pro větší obrázek
Z toho modrošedého bazénku za pět hodin vylezou velikonoční vajíčka

Tato smetana může mít různé barevné odstíny a na chemické úrovni je to právě ona epoxidová pryskyřice s monomery a fotoiniciátory, které reagují na UV záření. Když byste tedy kádinku položili na okenní parapet a nechali pár dnů působit ospalé jarní Slunce, smetana postupem času ztvrdne jako beton.

Namísto Slunce ultrafialový zářič

Stejný princip vytvrzování používají i MSLA tiskárny, Slunce ale nahrazují silným UV zářičem, který vše zrychlí o několik řádů. Součástí zářiče je i poloprůhledný monochromatický displej, který funguje jako maska a zobrazuje se na něm aktuální vrstva k tisku.

Klepněte pro větší obrázek
Maskovací poloprůhledný LCD displej a UV zářič pod ním. Jak vidno, nyní je na displeji testovací maska s logem Prusa Research.

Jak to funguje v praxi? Dno kádinky s tekutou tiskovou hmotou je průhledné. SL1 používá výměnnou transparentní fólii FEP, kterou tiskař napne pomocí série šroubů. Kádinka je postavená nad maskovacím displejem a samotná tisková deska je pak nad kádinkou a pohybuje se jen vertikálně pomocí přesného krokového motoru a hřídele.

Klepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázek
Sklopný maskovací displej, kádinka s transparentní fólií na dně a celá sestava včetně tiskové desky, kterou krokový motor posouvá po hřídeli vzhůru 

Vrstvička po vrstvičce

Na začátku tisku se deska zanoří do kádinky těsně k průhlednému dnu. Kdyby první vrstva představovala vzor hvězdičky, na poloprůhledném displeji se vykreslí obrazec, který skryje okolí, kterým UV světlo neprojde, zatímco tvar hvězdy uprostřed zůstane prázdný. Na tenkou vrstvičku fotociltivé pryskyřice tedy bude působit světlo a začne okamžitě tvrdnout.

Podívejte se na časosběrné video tisku velikonočních vajíček:
(5 hodin, 1 snímek/min)

Jakmile bude hotovo, kádinka se o pár stupňů sklopí, zatvrdla vrstva se odlepí od FEP fólie a zůstane pouze na tiskové desce. Ta se posune o jeden krok vzhůru a vše začne znovu. Kompletní předmět se může skládat až z několika tisíc podobných vrstviček.

Jako by to bylo odlité z formy a ne z tiskány

Stereolitografický tisk má díky tomuto postupu několik principiálních výhod. Tou klíčovou je kvalita a homogenita. Není tu totiž žádná tisková hlava, která jako splašená čivava poskakuje sem a tam a jednotlivé vrstvičky doslova vyšívá vytlačováním a pokládáním tenkého vlákénka plastu.

Vrstvy vytvrzené pryskyřice jsou při MSLA tisku prakticky homogenní bez vnitřní struktury. Hotový výrobek proto svými mechanickými vlastnostmi připomíná spíše vstřikolis a další průmyslové technologie výroby plastových předmětů.

Klepněte pro větší obrázek
K vajíčkům jsem vyrobil i věž na Petříně, která patří k referenčním/testovacím tisům pro SL1

A nejen to, MSLA dokáže být také o pár řádů přesnější. Horizontální tiskový detail je dán v podstatě jen chemickými vlastnostmi pryskyřice a rozlišením masky. V případě SL1 je to 5,5“ LCD panel s 2 530 × 1 440 pixely, což odpovídá zhruba 0,047 mm na pixel vrstvičky.

Zatímco horizontální rozlišení je dáno už od výroby, tiskař může nastavit detail v ose Z – výšku kroku, o který se posouvá tisková deska vzhůru. SL1 teoreticky zvládá krok o výšce pouhých 0,01 mm, v praxi se ale používají spíše kroky 0,025-0,1 mm.

Proč tisknout jedno vajíčko, když mohu mít za stejný čas rovnou dvě

Jelikož se celá plocha s rozměry 120 × 68 mm vytvrzuje v jednom kroku, je úplně jedno, jestli tisknete jednu malou figurku, anebo se jich na tiskovou desku vejde třeba několik desítek. Bude to trvat úplně stejnou dobu. To je další principiální výhoda oproti FFF/FDM, kde naopak dobu prodlužuje jakýkoliv další pohyb tiskové hlavy a desky.

Klepněte pro větší obrázek
Proč mít jen jednu Eiffelovku, když jich mohu mít za stejný čas rovnou patnáct!

Rozřežeme vajíčka na 1 300 vrstviček

Tak, hrubou teorii bychom měli a teď už jdeme na ta velikonoční vajíčka. Model jsme stáhli ve standardním formátu STL pro 3D, potřebujeme jej ale připravit pro tisk na konkrétním zařízení. To znamená, že potřebujeme nastavit kvalitu, rozměry, orientaci a další parametry a podle této konfigurace nakonec předmět rozřezat na ony drobné vrstvičky – bitmapy pro maskovací displej, které bude tiskárna vytvrzovat jednu za druhou.

Klepněte pro větší obrázek
PrusaSlicer a náhled modelu na tiskové desce mašiny SL1

Tomuto procesu se v tiskařské hantýrce říká slicování, a jelikož si vajíčka vyrobíme na mašině SL1, použijeme základní program pro tiskárny Prusa Research PrusaSlicer. Jedná se v podstatě o jednoduchý 3D prohlížeč s možností specifických úprav modelu pro tisk. K těm nejtypičtějším patří dopočítávání tzv. podpěr, které se u 3D tisku používají jako lešení pro stabilizaci těch částí, které by se jinak zhroutily.

Klepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázek
Nařezaný model na vrstvičky a náhled po jednotlivých krocích, ve kterých mohu zkontrolovat, jestli na sebe korektně navazují a SL1 je dokáže bezchybně vytvrdit na sebe

Tvar našich vajíček ale umožňuje tisk bez podpěr a dalších specialit, vrstvičky na sebe totiž hezky navazují, a tak ušetříme tiskový materiál a na závěr nebudeme muset na modelu cokoliv odlamovat a případně i zabrušovat jakékoliv neduhy.

Čím více času, tím tvrdší

Nastavil jsem normální kvalitu tisku s výškou vrstvy 0,05 mm a lehce navýšil dobu osvitu jedné vrstvy na 8 sekund. PrusaSlicer poté odhadl dobu tisku na necelých pět hodin. Delší osvit sice může zvýraznit vrstvičky, protože vytvrzení bude silnější, zatímco měkčí vrstvy by se více slily dohromady, ale zase budu mít jistotu, že se z použitého šedého resinu skutečně něco vynoří.

Jednou z mála nevýhod MSLA tisku je totiž komplikovanější ladění chyb. Když se vám u FFF/FDM tisku hned na začátku odlepí několik prvních vrstev od podložky, okamžitě to uvidíte, tisk přerušíte, upravíte parametry a začnete znovu.

Klepněte pro větší obrázek
Po nějaké hodině je už deska dostatečně vysoko nad hladinou, aby mohl tiskař zkontrolovat, že vše probíhá podle plánu. Do té chvíle je to jen Schrödingerův MSLA proces, u kterého jsou stejně pravděpodobné všechny možnosti včetně naprostého zklamání.

Tekutá pryskyřice ale není průhledná, čili že tisk probíhá bez komplikací, se dozvíte až tehdy, když se deska začne nořit z kádinky a něco na ní opravdu bude, což může trvat i několik dlouhých hodin. Věcí, které se mohou pokazit, je přitom ohromné množství. MSLA tedy vyžaduje určitou zkušenost, trpělivost a také trošku jiná pravidla při slicování než u FFF/FDM.

Stručně řečeno, začátečník potřebuje trošku toho zenového klidu, hromadu náhradních FEP fólií, které zprvu podrápe jako kočka, dostatek pryskyřice na experimentování a ideálně také ztrátu čichu po prodělaném kovidu, resinové výpary totiž nejsou úplně to pravé ořechové, čím chcete trápit sebe a své blízké.

Povedlo se!

Dnes nad ránem ještě před východem Slunce mě probudil budík, já opatrně nahlédl do technické místnosti a spadl mi kámen ze srdce. Když jsem totiž sjel očima na tiskovou desku zdviženou vysoko nad kádinku, koukaly tam na mě dvě dokonalé kraslice jako šišky na borovici v parku před domem.

Klepněte pro větší obrázek
Velikonoční šišky po pěti hodinách 

Vytvrzování tedy proběhlo v pořádku, tím ale celkový proces zdaleka nekončí. V prvním kroku jsem sice získal svá velikonoční vajíčka, výrobek je ale stále relativně měkký – mohl bych jej snadno poškodit – a obalený zbytky mastné pryskyřice z kádinky.

Klepněte pro větší obrázek
Ne, toto na běžné FFF/FDM 3D tiskárně s takovým detailem nikdy nevyrobíte

Geekové perou v isopropylalkoholu

Dalším krokem je tedy čištění v isopropylalkoholu. Byť bych jej zvládl i ručně a zašpinil si agresivními zbytky pryskyřice celý byt, do boje jsem raději povolal myčku a pec v jednom Original Prusa CW1. Mašina na pár minut roztočila magnetickou vrtulku na dně nádoby s IPA a vejci a zbavila oba modely nečistot.

Klepněte pro větší obrázek
Sedmého dne Bůh stvořil isopropylalkohol, univerzální tekutinu každého makera

S loňským příchodem koronaviru do našich životů začali mnozí míchat dezinfekci a ze všech běžných čistících alkoholů včetně IPA se stalo na jaře nedostatkové a neuvěřitelně drahé zboží na příděl. V případě MSLA si přitom nevystačíte jen s nějakou maličkou lahvičkou pro čištění elektrických obvodů, CD-ROMů a monitorů, ale pro dokonalé praní velkých modelů budete potřebovat i několik litrů IPA. Suma sumárům, je to pekelně drahý prací prostředek, byť jej lze samozřejmě používat opakovaně.

Model tedy máme očištěný, stereolitografické vytvrzení při tisku ale není finální a vajíčka bychom nyní mohli vystavit na vnitřním parapetu okna, kde by pod náporem slunečního svitu a přírodního (byť filtrovaného) UV dozrávala několik dalších dnů.

Ultrafialová pec nakonec

Na to jsem pochopitelně neměl čas, a tak jsem slil alkohol přes sítko zpátky do pětilitrového zásobníku, odstranil z CW1 plechovou prací nádobu a mašina se rázem proměnila ve výkonnou vytvrzovací pec s UV zářivkami a rotující deskou. Postavil jsem na ní svá vejce, zavřel ochranný tmavý kryt, aby ultrafialové paprsky neuvařily i mě, a stiskl knoflík.

Klepněte pro větší obrázek
Pečení beránků nechte maminkám. Geekové pečou pryskyřici.

Za dalších pár minut bylo po všem a vajíčka jsou už téměř dokonalá. I po tomto kroku budou postupně dále dozrávat a lehce měnit své vlastnosti, už nyní je ale mohou osušit a věnovat třeba nadšeným neteřím.

Klepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázek
Velikonoční stereolitografická vajíčka pod stereolitografickou věží na Petříně

MSLA tisk se svými vlastnostmi hodí na výrobu přesně takových předmětů, na přesné prototypování, kde jde o každý detail, a my proto velikonočními vajíčky zdaleka nekončíme. 

Jakub si v průběhu posledního roku – jen co padl přídělový systém po první vlně koronaviru – nakoupil tolik isopropylalkoholu, že by mohl vyčistit monitory v polovině Evropy (případně explozí vypálit celé Brno do základů), a tak SL1 potrápí ještě mnohem náročnějšími výzvami.

Diskuze (12) Další článek: Western Digital by se mohl stát největším výrobcem NAND pamětí. Pokukuje po Kioxii

Témata článku: Technologie, 3D tisk, Video, 3D, Evropa, Slunce, Brno, Tiskárny, DIY, Hřídel, Pryskyřice, PrusaSlicer, Vrstvička, Petřín, Tiskárna, MSL, JSM, IPO, Zadek, MSLA, Schrödinger, Velikonoční vajíčko, Kovid, Jakub, Eiffelovka, Tiskárny na Heureka.cz



Sex manželských párů? Jen výjimečně. Ložnice ovládnou roboti s umělou inteligencí

Sex manželských párů? Jen výjimečně. Ložnice ovládnou roboti s umělou inteligencí

** Sex manželských párů jen při zvláštních příležitostech. ** Ložnice ovládnou sexuální roboti s umělou inteligencí. ** I to je jeden ze závěrů Mezinárodní robotické konference.

Filip KůželJiří Liebreich
RobotiSexUmělá inteligence
Diablo 4 se přidává ke smršti úniků. Podívejte se na hodinové záběry přímo ze hry

Diablo 4 se přidává ke smršti úniků. Podívejte se na hodinové záběry přímo ze hry

Hodina záběrů bez vizuálního pozlátka a zkreslení trailerů.

Michal Maliarov
Diablo IVDiabloRPG
Vědci poprvé zmapovali binární systém s planetou ve třech rozměrech. GJ 896 je pořádně bizarní

Vědci poprvé zmapovali binární systém s planetou ve třech rozměrech. GJ 896 je pořádně bizarní

** Astronomové 14 let studovali dvojici červených trpaslíků GJ 896 ** Okolo jednoho z nich obíhá podivná exoplaneta

Petr Kubala
ExoplanetyVesmír
Nastal pravý čas na výměnu telefonu. Jak poznat, že ten váš už dosluhuje?

Nastal pravý čas na výměnu telefonu. Jak poznat, že ten váš už dosluhuje?

** Jak poznat, že váš telefon má nejlepší dny za sebou? ** Vypadá potlučeně, má pavučinu nebo nedostává aktualizace? ** Ukážeme si, kdy má smysl jeho oprava, a kdy už jen koupě nového

Martin Chroust
Prasklý displejVysloužilý mobilSmartphony
Tuto českou základnu plnou satelitů nesmíte vidět. V Mapy.cz je každá anténa pečlivě vyretušovaná

Tuto českou základnu plnou satelitů nesmíte vidět. V Mapy.cz je každá anténa pečlivě vyretušovaná

** Zapomeňte na rozčtverečkovaná místa, kterých si každý všimne ** Mapy.cz musely dokonale zakrýt desítky parabol ** Základnou se přitom na webu chlubí i její majitel. Kocourkov

Jakub Čížek
ČeskoMapy.czMapy
Google není jen vyhledávač: 15 užitečných funkcí, o kterých možná ani nevíte

Google není jen vyhledávač: 15 užitečných funkcí, o kterých možná ani nevíte

** Google umí kromě vyhledávání i spoustu dalších věcí ** Vybrali jsme více než 15 užitečných funkcí a schopností ** Stačí zadat do vyhledávače ta správná klíčová slova

Karel Kilián
TipyVyhledávačeGoogle
Kurvítka v základní výbavě, výrobci mají umělé zastarávání v malíku. Začalo to bateriemi, pokračuje softwarem

Kurvítka v základní výbavě, výrobci mají umělé zastarávání v malíku. Začalo to bateriemi, pokračuje softwarem

** Nejen mobilní výrobci jsou naučeni rok od roku prodávat stále více telefonů ** Tento trend se však zákonitě musí někdy zastavit ** Jenže, co naplat, když jsou starší zařízení „uměle“ nepoužitelná?

Martin Chroust
Prasklý displejBaterieAktualizace softwaru
Skenujte telefonem. Podívejte se, co všechno umí bezplatná aplikace Microsoft Lens

Skenujte telefonem. Podívejte se, co všechno umí bezplatná aplikace Microsoft Lens

Aplikací pro skenování dokumentů je celá řada, nicméně Lens od Microsoftu těží z napojení na OneDrive nebo možností přímého exportu do Wordu.

Jakub Michlovský
NávodyMobilní aplikaceMicrosoft