Druk 3D w astronomii amatorskiej - dyskusja, pomysły, realizacje

kuba_mar · 14 Stycznia 2016

Od pewnego czasu myślałem o założeniu tematu poświęconego drukowi 3D i jego potencjalnemu zastosowaniu w astronomii amatorskiej. Oczywiście szczególnie odnosi się to do wszelkiego rodzaju majsterkowania czy modyfikacji sprzętu. Sam interesuje się tą techniką hobbistyczne, ale także wykorzystuję ją w badaniach naukowych jakie prowadzę. Na początek chciałbym krótko przedstawić tematykę druku 3D z nadzieją, że uda się zapoczątkować jakąś ciekawą dyskusję.

Najważniejszą sprawą jeśli chodzi o samą technikę druku 3D jest fakt, że pojęcie to odnosi się do szerokiej gamy różnych metod, które łączy fakty przyrostowego (addytywnego) tworzenia danego obiektu. Część osób, które gdzieś o niej słyszały może nie zdawać sobie sprawy jak bardzo są one zróżnicowane pod względem rodzaju materiału i sposobu jego przetwarzania. Obecnie najczęściej wykorzystywane są trzy metody – stereolitografia (stereolitography – SLA), selektywne spiekanie laserowe (selective laser sintering – SLS) oraz osadzanie stopionego materiału (fused deposition modeling – FDM).

Stereolitografia opiera się na utwardzaniu światłoczułej żywicy za pomocą wiązki światła laserowego. Obiekt wytwarzany jest na platformie roboczej umieszczonej w zbiorniku zawierającym ciekłą żywicę. Na początek umieszczona jest ona tuż pod jej powierzchnią. Układ optyczny kieruje wiązką tworząc najpierw obrys a następnie wypełnienie przekroju. Platforma ulega obniżeniu, wałek wyrównuje powierzchnię żywicy i tworzona jest kolejna warstwa aż do zbudowania całego obiektu. Bardzo podobna do stereolitografii jest metoda DLP (digital light processing). Różnica wynika z zastosowania prostszego układu optycznego i bardziej klasycznego źródła światła.

Selektywne spiekanie laserowe wykorzystuje spiekanie proszku polimerowego, ceramicznego czy metalicznego przy użyciu wiązki światła laserowego. Konstrukcja urządzenia jest analogiczna do tego w stereolitografii z tym, że zbiornik wypełniony jest odpowiednim proszkiem.

Osadzanie stopionego materiału jest obecnie najtańszą, a więc też najpopularniejszą metodą druku 3D. Wykorzystuje ona jako materiał wyjściowy termoplastyczne polimery uformowane w postaci tak zwanego filamentu, a więc żyłki o ustandaryzowanej średnicy (1,75 mm lub 3,00 mm). Filament wprowadzany jest do ogrzewanej głowicy, gdzie ulega stopieniu i w postaci ścieżku ulega wytłoczeniu budując daną warstwę.

FDM wykorzystywany jest we wszystkich tanich drukarkach 3D, których ceny zaczynają się powiedzmy od 1-2 tys. zł (bardzo proste zestawy do samodzielnego złożenia, nie polecam). Jeśli chodzi o materiały dostępne w postaci filamentów to standardowo stosuje się dwa – PLA (polilaktyd) oraz ABS (poli(akrylonitryl-co-butadien-co-styren)). Z doświadczenia mogę powiedzieć, że PLA jest przyjemniejszy w wydruku. Nie daje nieprzyjemnego zapachu podczas drukowania i co najważniejsze otrzymany przedmiot nie ulega takiemu skurczowi jak ten z ABS. Teoretycznie trochę gorzej w porównaniu do ABS obrabia się mechanicznie (szlifowanie, wiercenie), ale osobiście nie było to dla mnie problemem. W ostatnim czasie dostępna jest coraz szersza gama różnych filamentów jak choćby nylon, poliwęglan (lexan), PVA (poli(alkohol winylowy) – rozpuszczalny w wodzie) czy filamenty gumowe. Można już kupić takie ciekawe materiały jak domieszkowane proszkami metali (brąz, miedź), włóknami (drewno, bambus), dodatkami mineralnymi (kreda, gips) czy grafenem (do drukowania ścieżek przewodzących!).

Po tych kilku słowach wstępu przedstawię może kilka ciekawych elementów i konstrukcji, które zaprojektowałem i zbudowałem na własne potrzeby za pomocą drukarki FDM 3D tak, abyście mieli choć zarys możliwości tej metody.

Pierwsza konstrukcja to stojak na szpule z filamentami. Składa się z elementów skręcanych prętami 8 mm. Całość jest bardzo solidna i wytrzymałaby znacznie więcej niż ciężar nawet kilku szpuli (standardowo 750 g materiału na jednej). Do tego przygotowałem uchwyty na szpule z osadzonymi łożyskami, dzięki czemu filament mógł się łatwo z nich rozwijać wraz z pobieraniem go przez drukarkę.

Kolejna konstrukcja to skręcana forma do otrzymywania jednocześnie czterech elementów w postaci sześcianów 20x20x20 mm. Można ją całkowicie rozłożyć i złożyć ponownie w celu wydobycia gotowych produktów. Całość skręcana jest z zastosowaniem prętów 3 mm. Widać więc wyraźnie, że można wydrukować również dość małe elementy z wysoką dokładnością, choć wymaga to większej praktyki i doświadczenia w optymalizacji metody.

W końcu zestaw różnych elementów, tym razem z gotowych trójwymiarowych modeli komputerowych. Mamy więc pewną obudowę do elektroniki i przełączników (mniej więcej 110x50x30 mm) czy jakieś elementy konstrukcyjne. Do tego mniejsze (średnica 22 mm) oraz większe (średnica 65 mm) koła zębate. Tak więc metoda przyda się też do wytwarzania przedmiotów do zastosowań konstrukcyjnych i mechanicznych czy w elektronice.

Na sam koniec liczę na dyskusję w zakresie waszych pomysłów i propozycji zastosowania druku 3D w danych rozwiązaniach w astronomii amatorskiej. Jeśli ktoś miałby jakieś pytania to chętnie postaram się odpowiedzieć. A może ktoś z was też zajmuje się drukiem 3D?

Edytowane 14 Stycznia 2016 przez kuba_mar

Pimo · 14 Stycznia 2016

W moim Newtonie silnik krokowy jest zamocowany do wyciągu właśnie wspornikiem zaprojektowanym w Inventorze i wydrukowanym.

Rozwiązanie bezproblemowe, sprawdzone tak w gorących jak i mroźnych okolicznościach przyrody.

Do tego jeszcze zrobiłem sobie w 3D pokrywkę na tył tuby, bo orginalna zasłaniała śruby do kolimacji.

Dodaję nienajlepszej niestety jakości zdjęcie.

DexterX · 14 Stycznia 2016

Z PLA fajnie się drukuje za grosze różne dekielki, zaślepki, obudowy i przede wszystkim maski Bahtinova. Do tego polecam!

Do zastosowań w montażach itp. odradzam - PLA przy +50 stopniach staje się zbyt plastyczny (wystarczy, że silnik krokowy się zagrzeje i mocowanie się odkształci, przetestowane).

ABS jest nieczuły na wyższe temperatury, ale z drugiej strony jest elastyczny z założenia i wymaga do wydruku grzanego stołu - ze względu na kurczenie wydruk dużo trudniejszy i trudniej utrzymać precyzję wymiarów całego elementu.

Inne materiały to drukarki w cenie luksusowego samochodu albo mieszkania - abstrakcja.

Za to są tanie frezarki numeryczne radzące sobie dobrze z ALU. Koszt materiału wyższy, za to wykonane przy ich pomocy elementy w porównaniu do palstiku - wieczne.

Edytowane 15 Stycznia 2016 przez DexterX

AdamK · 14 Stycznia 2016

Za to są tanie frezarki numeryczne radzące sobie dobrze z ALU. Koszt materiału wyższy, za to wykonane przy ich pomocy elementy w porównaniu do palstiku - wieczne.

Sorry, że trochę nie w temacie: co to znaczy tanie frezarki numeryczne? Każdy może mieć własną...?

DexterX · 14 Stycznia 2016

W moim Newtonie silnik krokowy jest zamocowany do wyciągu właśnie wspornikiem zaprojektowanym w Inventorze i wydrukowanym.

Rozwiązanie bezproblemowe, sprawdzone tak w gorących jak i mroźnych okolicznościach przyrody.

Do tego jeszcze zrobiłem sobie w 3D pokrywkę na tył tuby, bo orginalna zasłaniała śruby do kolimacji.

Dodaję nienajlepszej niestety jakości zdjęcie.

WP_20160114_001.jpg

Wydruk ABS oczywiście? Bo mi PLA jak plastelina się gięło po tym jak silnik uzyskał temperaturę rzędu 50 - 60 stopni.

DexterX · 14 Stycznia 2016

Sorry, że trochę nie w temacie: co to znaczy tanie frezarki numeryczne? Każdy może mieć własną...?

Tak:) Są, ale 3x droższe od prostych drukarek 3d.

http://www.aliexpress.com/store/product/Latest-6040Z-S80-cnc-6040-Z-S80-cnc-router-with-1-5KW-VFD-spindle-for-engraving/800587_864340397.html

Edytowane 15 Stycznia 2016 przez DexterX

Pimo · 14 Stycznia 2016

Najwidoczniej tak - zdałem się na znajomego, który rozpoczynał biznes z wydrukami, miał powiedziane, że będzie albo mroźno, albo gorąco od silnika :-)

DexterX · 14 Stycznia 2016

To ok - przyznaję ABS jak widać się sprawdza. Zresztą przecież sporo elementów samych drukarek włącznie z mocowaniami silników jest wydrukowana z ABS.

Edytowane 15 Stycznia 2016 przez DexterX

kuba_mar · 2 Lutego 2016

Ostatnio w wolnej chwili przygotowałem taki model rakiety Falcon 9 w skali 1:500. Może nie jest to bezpośrednio związane z ATM, ale jakoś tam z astronomią/astronautyką już tak Jak na pierwsze podejście wydruk wyszedł całkiem nieźle, ale można jeszcze go dopracować.

Ura · 2 Lutego 2016

Jeszcze zapomnieliście dodać drukarek 3d co drukują proszek/klej typu Zcorp i drukarek drukujących żywicą utrwalaną za pomocą diody UV jedzie głowica - nakłada żywicę cieniutko a następnie leci dioda UV i utrwala, ale one są drogie i raczej do prototypowania a nie takich użytkowych zastosowań domowych.

jeszcze jest opcja taniego laserka CO2 wycinania w PMMA warstw i klejenia w całość, albo skręcania elementów, do takiego naszego astro ATMu no i jeszcze jak jest w miarę mocny można wycinać sklejkę drewnianą - co już może dać sporo w budowaniu chociażby montaży dobsona. - ale to już droższa zabawa, nawet samemu sklecając taki ploter.