Tworzenie wytrzymałych i funkcjonalnych prototypów jest obiektem zainteresowania większości potencjalnych odbiorców. Mimo to niewielka ilość dostępnych systemów pozwala na wytwarzanie modeli wystarczająco trwałych, aby mogły sprostać stawianym im wymaganiom testowym
W ciągu ostatnich kilku lat, świat szybkiego prototypowania przeszedł ogromne przeobrażenia, podlegając nieuniknionym skutkom „zmiany pokoleń”. Stale rosnące potrzeby szybkiego i łatwego wykonywania użytecznych i funkcjonalnych modeli sprawiły, że firma Stratasys Inc. powołała do życia dział, którego zadaniem było sprostanie nowym oczekiwaniom. Tak oto do nowej generacji przedsiębiorstw produkujących biurowe maszyny rapid prototyping, dołączyła grupa Dimension Printing.
Podczas gdy firma Stratasys Inc. wciąż projektuje i wytwarza wysokiej klasy maszyny prototypujące metodą nanoszenia i osadzania rozpuszczonego tworzywa (Fused Deposition Modeling) takie jak: FDM Vantage, FDM Titan czy FDM Maxum, nowo powstały dział, w oparciu o tą samą technologię, produkuje odpowiednio zmodyfikowane konstrukcyjnie drukarki, zapewniając tym samym ich bardzo atrakcyjną cenę.
Technologia
Cechą charakterystyczną technologii FDM jest jej odrębność od wielu innych warstwowych metod prototypowania. Podczas gdy większość z nich wykorzystuje laser bądź światło UV do utwardzania fotopolimerowych warstw żywicy lub też technologię „drukarską” do zestalania materiału, w technologii FDM stosuje się ruchomą w osiach X–Y głowicę, która samoczynnie pobiera materiał (tworzywo ABS) i wytłacza go przez podgrzane końcówki. Nakładany naprzemiennie materiał modelowy (bądź podporowy) osadzany jest na podstawie modelowej, która wraz ze 
stołem roboczym opuszcza się stopniowo w osi Z o grubość naniesionej warstwy.
RODZINA drukarek Dimension serii BST/SST 768 oraz BST/SST 1200
Drukarki 3D
Rodzinę drukarek Dimension tworzą dwie podstawowe serie: 768 oraz 1200, z czego każda z nich dostępna jest w dwóch wariantach: BST (Breakaway Support Technology) – z technologią podpór odłamywanych oraz SST (Soluble Support Technology) – z technologią podpór rozpuszczalnych. W rezultacie mamy cztery różne urządzenia, dzięki czemu klient może wybrać model najbardziej odpowiedni dla swoich potrzeb.
Drukarki Dimension posiadają szereg zalet i cech charakterystycznych dla typowych urządzeń biurowych. Nawet wygląd zewnętrzny obu serii zaprojektowany został z myślą o pełnej integracji z otoczeniem. Zasilanie drukarek jest jednofazowe (230V), a maszyny nie emitują oparów ani pyłów i nie wymagają instalacji urządzeń pochłaniających. Połączenie drukarek z komputerem realizowane jest za pośrednictwem stan-dardowego protokołu sieciowego TCP/IP oraz kabla Cat-5 (UTP). Również niewielka ilość ciepła wytwarzana przez te urządzenia oraz względnie cicha praca świadczą o tym, że mamy do czynienia z urządzeniami biurowymi. Materiał modelowy i podporowy w postaci żyłki o średnicy 1,8 mm, nawinięty jest na szpule i zamknięty w kasetach chroniących go przed wilgocią. Ładowanie materiału jest procesem automatycznym – kasety z tworzywem wsuwane są do slotów znajdujących się z przodu urządzenia.
Proces wydruku
Pierwszą czynnością jest podłączenie urządzenia do sieci lokalnej bądź bezpośrednio do komputera za pomocą skrosowanego kabla UTP. Jest to bardzo proste, gdyż wystarczy mu jedynie przypisać wydzielony adres IP. Dostępne do użytku na licencji wielostanowiskowej oprogramowanie Catalyst EX™ umożliwia import plików STL, orientuje bryłę, dzieli ją na warstwy, generuje podpory (jeśli są konieczne) i opracowuje ścieżki układania warstw materiału w celu zbudowania wiernego modelu z tworzywa ABS. Jeżeli celem jest maksymalne wykorzystanie przestrzeni roboczej urządzenia, wówczas możliwe jest złożenie kilku elementów w jeden pakiet.
Program Catalyst EX™ obsługuje kolejkowanie, co oznacza, że każdy użytkownik z odpowiednimi uprawnieniami i lokalnie zainstalowanym oprogramowaniem, wysyłając swoją pracę do wydruku ma możliwość obejrzenia kolejki oczekujących prac, czasu trwania procesów budowy, a nawet odczytania ilości dostępnych materiałów i statusu pracy urządzenia. Wszystkie drukarki Dimension mają wbudowany własny komputer PC bazujący na systemie Linux. Każda nadesłana praca zapisywana jest przez urządzenie na dysku twardym. Oznacza to, że przesłane informacje nie zostaną utracone w momencie awarii zasilania lub sieci.
Tworzenie modeli odbywa się na plastikowych podstawach modelowych, które wsuwane są w szczeliny na stole roboczym i blokowane za pomocą zacisków. Aby rozpocząć nową pracę, wystarczy zamocować czystą platformę (w pewnym zakresie mogą być one używane wielokrotnie) i postępować zgodnie ze wskazówkami wyświetlanymi na ciekłokrystalicznym panelu zamontowanych po prawej stronie urządzenia. Zasadniczo, system podaje informacje o tym, ile pozostało materiału modelowego i podporowego bądź informuje o czasie, jaki pozostał do końca wydruku. W przeciwieństwie do innych systemów, użytkownik może wykorzystać każdy centymetr sześcienny zakupionego materiału. Jeżeli materiał wyczerpie się przed zakończeniem budowy, praca zosta-nie przerwana. W celu wznowienia wystarczy jedynie wyjąć zużytą kasetę i załadować nową. Grubość warstwy modelowej może być ustawiana na 0,254 mm lub 0,33 mm. W głównej mierze właśnie od tego parametru zależy szybkość tworzenia. Nie mniej jednak wpływ ma również styl budowanej struktury podporowej i sposób wypełnienia grubościennych elementów modelu oraz (co jest oczywiste) – odpowiedni wybór powierzchni stanowiącej podstawę budowanego modelu.
Po zakończeniu pracy, gotowe części wyjmuje się z urządzenia razem z podstawą modelową. Następnie należy ręcznie usunąć modele z podstawy i odłamać przylegający materiał podporowy (wariant BST lub SST). Przy stosunkowo skomplikowanej geometrii, w celu uniknięcia uszkodzenia modelu, struktury podporowe mogą zostać usunięte poprzez rozpuszczenie w lekko alkalicznym roztworze wodnym (wariant SST).
Wyniki
Ponieważ materiałem używanym w drukarkach Dimension jest powszechnie stosowane w przemyśle tworzywo sztuczne ABS, wydrukowane modele mogą być testowane podobnie jak elementy produkcyjne. W praktyce jednak integralność strukturalna zbudowanych na drukarkach Dimension modeli nie jest dokładnie taka sama, jak części z tworzywa ABS formowanych metodą wtrysku. Powód jest oczywisty – swoista słabość samego procesu wytwarzania warstwowego. Wyjściem z sytuacji jest odpowiednia orientacja elementu na stole modelowym, dająca nawet 80% integralności w stosunku do części wytwarzanej metodą tradycyjną.
Ponadto, istnieje możliwość wykonywania wydruków w siedmiu kolorach podstawowych. Materiał dostępny jest standardowo w kolorze białym, oraz niebieskim, żółtym, czarnym, czerwonym, zielonym i stalowo szarym. Jeśli jednak wystąpi potrzeba spełnienia wymagań standardów branżowych lub użycia konkretnych kolorów stosowanych w firmie, to istnieje możliwość zamówienia materiału (minimalnie 5 kaset) w kolorze indywidualnym.
Podsumowanie
Każdy, kto zwrócił uwagę na urządzenia do szybkiego, warstwowego tworzenia prototypów doskonale wie, że każda technologia ma swoje mocne strony, w których bardzo dobrze się sprawdza oraz słabe – w których materiał lub sam proces tworzenia nie jest w stanie sprostać stawianym wymaganiom. Problem polega na tym, że nie powstał jeszcze taki system, którego metoda działania byłaby w stanie spełnić żądania klientów, wynikające z wielu bardzo różnych zastosowań w branży projektowania. Szczerze mówiąc, mało prawdopodobne jest, aby sytuacja ta uległa zmianie w najbliższej przyszłości. Potencjalni użytkownicy stoją więc przed pewnego rodzaju dylematem – która technologia tworzenia prototypów najlepiej spełni ich potrzeby?
Omawiane w artykule drukarki 3D Dimension, do budowy modeli wykorzystują technologię modelowania FDM, na której firma Stratasys Inc. zbudowała swoją reputację. To właśnie dzięki metodzie FDM, małym gabarytom oraz minimalnym wymaganiom, urządzenia te posiadają tak wiele zalet. Prototypy budowane z materiału analogicznego do zwykle używanego w produkcji masowej (tworzywo ABS) są wystarczająco wytrzymałe, aby przejść dość rygorystyczne próby, zarówno mechanicznie jak i cieplne oraz próby w cieczach. Koszty eksploatacji urządzeń sprowadzają się jedynie do zakupu materiałów: modelowego i podporowego oraz podstaw modelowych. W przypadku drukarek serii 1200 – dodatkowy, choć niewielki koszt stanowią wymienne końcówki drukujące. Kolejną zaletą tych urządzeń jest to, że modele gotowe są zaraz po zakończeniu procesu tworzenia. Nie jest wymagany żaden postprocessing utrwalający uzyskany kształt, a jedynie ręczne odłamanie bądź rozpuszczenie struktury podporowej. Cicha praca oraz czysta i łatwa obsługa przy minimalnych wymaganiach dedykują te urządzenia do pracy w otoczeniu biurowym.
Wadą drukarek Dimension jest to, że mogą ono tworzyć modele wyłącznie z tworzywa ABS. Również jakość powierzchni uzyskiwanych modeli nie jest tak wysoka, jak w przypadku innych urządzeń, jednak zupełnie wystarczająca dla zdecydowanej większości zastosowań. W sektorze technologii przemysłowej, w którym szybkie wykonanie funkcjonalnego prototypu może czasem „słono kosztować”, zakup dowolnego modelu drukarki Dimension wydaje się dobrym i rozsądnym rozwiązaniem. Urządzenia są przystępne cenowo, łatwe w obsłudze i zdolne do eksploatacji w warunkach biurowych. Oznacza to, że korzyści uzyskane w procesie badań i rozwoju produktu, są teraz dostępne dla znacznie szerszego grona użytkowników, a nie tylko dla wyspecjalizowanych przedsiębiorstw usługowych bądź dużych i zamożnych firm.
Autor: TEKST: ŁUKASZ MAJEWSKI
ZDJĘCIA: DIMENSION PRINTING GROUP
