3D-друк у великих масштабах

3D-друк у великих масштабах
Всім знавцям адитивних технологій вже давно відома технологія селективного лазерного спікання [Selective laser sintering, SLS]. Саме вона відкрила можливість 3D-друку великого масштабу. Кожна людина по-своєму трактує поняття «масштаб». Для когост - це ступінь розміру форм споруди, для когось - кількість вироблених деталей і т.д.
Перевірити можливості технології селективного лазерного спікання вирішила компанія по 3D-друку Formlabs, яка розташована в штаті Массачусетс. Вона використовувала свій SLS 3D-принтер Fuse 1 і принтер SLA Form 2 для виготовлення павільйону FUSE, конструкції з нейлону й склопластику, площа якої становить 14 кв. м і вміщає трьох чоловік всередині.
«Щоб продемонструвати можливості технології SLS в справі, ми вирішили побудувати великий павільйон, який послужить унікальним місцем для проведення зборів на конференції FUSE 2017 року», - пояснює розробник компанії Formlabs Амос Дадлі. «Ми використовували SLS принтер Fuse 1 для виробництва більше 100 унікальних конструкційних деталей, які потім чотири дні збирали, щоб побудувати структуру, що накриває площу в 14 кв. м. ».

Всі тривимірні форми можна абстрактно уявити в вигляді точок, ребер і граней - так друкований об'єкт представлений в STL-файлі. Зазвичай ми робимо розробку з досить великою роздільною здатністю, таким, щоб при роздруківці деталі потрібного розміру сітка зникала. Але що, якщо використовувати пористого структури в нашу користь, автоматично переводячи STL в структуровану систему?
Кожна точка перетину граней перетворюється в з'єднувальний вузол, кожна грань стає розпіркою, а кожна грань - панеллю. Це дає нам свободу створювати майже будь-яку форму на масштабах, що перевищують людський.
Створювати великі предмети - це цікаво, і ми почали розробку з того, що просто збільшували популярні об'єкти. Ми відразу ж подумали про збільшення Стенфордського кролика і логотипу Formlabs. Але потім, після деяких дебатів інженери зупинилися на тому, що ви бачите на фотографіях: абстрактно виглядає форма з майже плавними кривими, опорними стержнями і великими панелями.

Форма вражає, але і масштаб. Павільйон має розміри 14 кв.м в ширину і 2,6 кв.м в висоту і може вміщати трьох осіб всередині. Цей великий розмір вимагав від інженерів Formlabs враховувати деякі міркування, в тому числі про те, скільки буде потрібно стін для павільйону, і з яких матеріалів вони повинні бути зроблені.
Інженери вибрали матеріали, які допоможуть створити потрібну структуру, яка досить сильно виступає в усі сторони, і не вимагає підтримки кабелями або колонами. Сполучні вузли були роздруковані на принтері Formlabs Fuse 1 з матеріалу Nylon 12 - легкого, жорсткого і надзвичайно міцного інженерного термопластика.
Для розпірок вони вибрали порожнисті трубки зі скловолокна. Найважчою частиною структури стали панелі з щільного поліетилену (HDPE), вони важили майже 45 кг. До того, як додати панелі, весь павільйон міг легко підняти одна людина.
Проте, виробництво обладнання та матеріалів було лише одним ключовим моментом. Інженери також повинні були використовувати правильне програмне забезпечення для проектування, щоб гарантувати, що 3D-принтер буде створювати щось міцне і функціональне. У зв'язку з цим розробники використовували Rhino для перетворення основної поверхні NURBS в просторовий каркас, що дало жорсткість поверхні і структуру.
Для створення форми вони використовували параметричний дизайн, що дозволило вибирати кількість граней і ребер, апроксимуючих її на льоту. Це важливо, оскільки роздільна здатність тісно пов'язана з вартістю і складністю складання.
У Rhino інженери використовували скриптову систему Grasshopper для створення моделей конекторів і довжин ребер. Система генерації модуля працює з 3D-сіткою, яку можна намалювати в будь-якому CAD-редакторі. Скрипт бере до уваги кути з прилеглими гранями, щоб не допустити перетинів наших круглих ребер. Він також призначає деталі номер, який потім автоматично наноситься на кожен коннектор. 
Всі 144 коннектора розміром до 8 см, зроблених з Nylon 12, ми роздрукували за один захід, що тривав 36 годин. Технологія СЛП не вимагає капців для моделей, тому весь друкований обсяг можна використовувати для друку сотень унікальних деталей за раз. Інженери сподіваються, що коннектори павільйону символізують майбутні можливості масового виробництва на замовлення, в якому кожна деталь може відповідати унікальним вимогам.
Члени команди Formlabs вважають, що 3D-павільйон показує, що технологія 3D-друку Formlabs може бути застосована до дизайну інтер'єру, меблів, скульптурі і т. д.