Kako da uz pomoć 3D štampe brže i lakše napravite sopstvenog robota?

Ukoliko se spremate za učešće na Eurobot takmičenju, evo saveta koji vam mogu pomoći u procesu prototipovanja i razvoja robota.

Luka Štilić - 10. Januar, 2018.

Nacionalno takmičenje iz robotike se približava i ono što će takmičarima sigurno zafaliti je vreme. 

Tehnologija 3D štampe na ovim projektima je tu pre svega da vam uštedi vreme. Ovde pominjem robotičare, ali naravno da se ovo odnosi na sve koji projektuju neki hardver ili mehaniku. U poređenju sa tradicionalnim načinom izrade vreme dolaska do funkcionalnog uređaja je višestruko kraće, cena značajno umanjena, a sve to ostavlja prostora da se više puta isprobaju različita rešenja.

Mi iz tima APE.Robotics smo tokom nekoliko godina takmičenja naučili da je iterativni pristup nešto što će vam doneti optimalno rešenje pre nego pokušaj da se sve odradi iz prvog puta. Pogotovo u situaciji kada nemate iskustva i kada većinu procesa radite po prvi put. Niska cena izrade uvek ostavlja prostora da se malo više pažnje obrati i na estetiku, ali i na proizvodnju rezervnih delova.

Rad sa majstorima vs. 3D štampa

Ukratko, naše iskustvo se može podeliti u dve faze.

U prvoj smo delove pravili od drvenih ploča i tražili majstore da nam obrađuju delove od metala, a druga faza je kada smo upoznali 3D štampu i manji deo elemenata ostavili od metala. Razlika je bila izuzetno primetna, jer smo kao neiskusan tim mašinaca dobili priliku da pravimo greške i da na taj način učimo.

Alat je upravo bila tehnologija 3D štampe. Najbitnije pouke koje želimo da prenesemo tiču se odabira materijala, orijentacije modela prilikom štampe, debljine i dimenzije elemenata kao i povezivanje delova.

Koji materijal koristiti?

Ključna stvar je odabrati dobar materijal. Mi smo se u većini slučajeva opredeljivali za ABS plastiku, koja nije najpovoljnija za štampanje, jer zahteva nešto složenije uslove (podlogu koja se greje, veću temperaturu štampe i kontrolisane spojnje uslove), međutim mehaničke karakteristike su povoljne za većinu problema na Eurobot takmičenju. Lepa osobina je to što omogućava i urezivanje navoja, pa se automatski rešava i problem pričvršćivanja elemenata. Metalni šrafovi se ovde koriste bez problema, bitno je samo obratiti pažnju na to da se rupa koja se ostavlja za šraf ostavi malo manjom od prečnika šrafa.

Druge mogućnosti su PLA plastika, koja ima slabije mehaničke karakteristike, ali se lakše obrađuje, i treća opcija je PET-G i koja je optimalan izbor, koji nismo stigli da isprobamo tokom takmičenja, ali ostala iskustva pokazuju tako.

Orijentacija modela

Orijentacija modela u prostoru za štampu će uticati na kvalitet, ali i na potrošnju materijala, kao i na vreme štampe.

Kako biste izbegli štampanje nepotrebnog potpornog materijala potrebno je da deo orijentišete tako da najveća površina “leži” na radnoj podlozi. Time ćete obezbediti najbolje prijanjanje dela za podlogu i umanjićete mogućnost odlepljivanja delova i neuspele štampe. Takođe treba obratiti pažnju na to ukoliko deo ima prepuste i njihov ugao je manji od 45° u odnosu na podlogu,  u tom slučaju obavezno štampajte potporni materijal.

Ukoliko na modelu imate rupe ili otvore, i bitno vam je da zadrže svoju kružnost, orijentišite delove tako da se rupe ili otvori nalaze u X-Y ravni.

Najbitnija stvar prilikom orijentacije jeste da imate na umu da je deo najslabiji po Z osi. Tako da ukoliko deo trpi veće naprezanje orijentišite ga tako da po Z osi trpi najmanje sile kako ne bi došlo do raslojavanja. Više o tome možete videti na ovde.

Vreme štampe je kratko u odnosu na obradu predmeta na strugu, ili CNC mašini. Tu razliku možete videti u tome što nakon izrade računarskog modela možete pustiti deo da se štampa, čak i preko noći, što nije slučaj sa majstorima koji moraju neprestano da opslužuju mašinu. Da ne pominjemo da se prvo sa istim majstorima morate dogovoriti za termin kada su slobodni, jer i oni imaju projekte i planove pa se u sve to treba uklopiti i dogovoriti, a do tad mogu proći dani, a nekad i nedelje. Sa druge strane, štampač ima samo one planove i redosled koje mu vi zadate.

Ukoliko nemate iskustva, preporuka je da koristite ~70% radne površine za štampu (poželjno je da se delovi nalaze na sredini). Tako ćete moći kroz više iteracija da odštampate potrebne delove dok u slučaju da iskoristite čitavu radnu površinu i time uposlite štampač u narednih 12 ili više sati možete doći u situaciju da vam se jedan deo odlepi, a samim tim i onemogući nesmetanu dalju izradu ostalih delova.

Takođe, u zavisnosti od uređaja na kom radite možete imati poteškoća da kalibrišete podlogu tako da se svuda ravnomerno delovi “lepe”. Ukoliko adekvatno ne kalibrišete radnu površinu, velika je verovatnoća da će vam se deo odlepiti od podloge u toku štampe.

Povezivanje i debljina elemenata

Elemente je, kao što smo rekli, sasvim normalno povezivati šrafovima. ABS plastika bez problema trpi ovakav način povezivanja. Lepak, na koji je većina nas u startu pomislila unosi problem rasklapanja i naravno u nekim situacijama može da nagrize plastiku, ili nešto što se nalazi u blizini.

Proceniti debljine zidova i generalno dimenzije nosećih elemenata od plastike zaista nije lako. Mi smo se vodili time da jedino o čemu vodimo računa je da ako imamo elemente koji se uklapaju uvek ostavimo oko 0.5mm dodatnog prostora.

Međutim, ove greške se dešavaju u početku i preporučujem da negde zapišete naučeno. Mi smo se trudili da koristimo GrabCAD alat i pratimo sve te standarde. GrabCAD nudi veliku bazu već gotovih modela, ali ono što je izuzetno bitno je da je to u isto vreme i alat za verzionisanje i kolaborativni rad. Kao što je git za programere.

Uvek možete da pogledate šta je bila prethodna verzija, a ako ima potrebe i da se vratite na nju. Uz sve ovo postoji dobra integracija sa većinom alata za kompjutersko 3D modelovanje, pa je rad na ovaj način veoma olakšan, a omogućena je i kolaboracija.

3D modeliranje

3D modeliranje, izrada računarskih modela (CAD), je prvi korak na putu ka izradi fizičkog dela. Postoje različiti softveri koje možete koristiti (jedan od najpopularnijih i najjednostavnijih jeste SketchUp, a ukoliko ste programerski orijentisani OpenSCAD je dobro rešenje) kako biste izradili delove koji su vam neophodni. Ukoliko želite da štampate delove koje nećete koristiti za pravljenje robota, a ne koristite se ni jednim CAD softverom, Thingiverse je sajt sa besplatnom bazom 3D modela koji su skoro uvek namenjeni za izradu 3D štampom. Tu ujedno možete pronaći savete za izradu modela kao i korisne prakse u 3D štampi.

Kako bih rezimirao celokupan tekst i ujedno ostavio nekoliko saveta, moja preporuka je: