Πώς να προετοιμάσετε αρχεία για 3D εκτύπωση: STL, STEP, ανοχές και κλίμακα

Ένα σωστά προετοιμασμένο μοντέλο 3D εξοικονομεί χρόνο, υλικό και χρήματα. Για ένα διακοσμητικό αντικείμενο συχνά αρκεί να μπορεί το αρχείο να ανοίξει στον slicer. Για ένα λειτουργικό εξάρτημα, όμως, καθοριστική σημασία έχουν η κλίμακα, η σωστή μορφή, τα πάχη των τοιχωμάτων, τα διάκενα μεταξύ των εξαρτημάτων και το αν το μοντέλο είναι πραγματικά εκτυπώσιμο.

Αυτός ο οδηγός συνοψίζει τι πρέπει να ελέγξετε πριν στείλετε αρχεία για 3D εκτύπωση ή πριν κάνετε slicing στο σπίτι. Είναι χρήσιμος για τεχνικά εξαρτήματα, καλύμματα, βάσεις, ανταλλακτικά, πρωτότυπα και μικρές σειρές.

Γρήγορη λίστα ελέγχου

Πριν από την εξαγωγή ή την παραγγελία, ελέγξτε κυρίως τα εξής:

• Το μοντέλο έχει τη σωστή κλίμακα, ιδανικά σε χιλιοστά.
• Το αρχείο περιέχει πραγματικό στερεό σώμα και όχι μόνο επιφάνειες χωρίς πάχος.
• Η γεωμετρία είναι κλειστή, χωρίς τρύπες, επικαλύψεις και ελεύθερες ακμές.
• Τα λεπτά τοιχώματα δεν είναι λεπτότερα από ό,τι μπορεί να διαχειριστεί η επιλεγμένη τεχνολογία.
• Οι λειτουργικές επιφάνειες έχουν σχεδιασμένο διάκενο και όχι ακριβή επαφή μηδενικού διάκενου.
• Οι σημαντικές διαστάσεις αναφέρονται σε σημείωση ή σχέδιο.
• Για μηχανικά εξαρτήματα, ιδανικά στέλνετε τόσο STEP όσο και STL.
• Σε συναρμογές πολλών εξαρτημάτων είναι σαφές ποιο πρέπει να είναι ξεχωριστό εξάρτημα και ποιο ένα ενιαίο εκτύπωμα.

STL, STEP ή 3MF: τι να στείλετε

STL

Το STL είναι η πιο συνηθισμένη μορφή για 3D εκτύπωση. Περιγράφει την επιφάνεια του μοντέλου ως ένα πλέγμα τριγώνων. Είναι απλό, υποστηρίζεται πρακτικά από όλους τους slicer και αρκεί πλήρως για πολλές παραγγελίες.

Έχει όμως περιορισμούς. Το STL δεν αποθηκεύει μονάδες, χρώματα, υλικό ή το ιστορικό του μοντέλου. Αν το μοντέλο έχει εξαχθεί σε ίντσες και ο slicer το φορτώσει ως χιλιοστά, το εξάρτημα μπορεί να είναι 25,4 φορές μικρότερο. Γι’ αυτό είναι σημαντικό, μετά την εισαγωγή, να ελέγξετε τουλάχιστον μία γνωστή διάσταση.

Το STL είναι κατάλληλο όταν:

• εκτυπώνετε ένα έτοιμο μοντέλο χωρίς περαιτέρω τροποποιήσεις,
• πρόκειται για διακοσμητικό αντικείμενο, απλή βάση ή κουτί,
• δεν χρειάζεται να αλλάξετε τις διαστάσεις σε CAD,
• το μοντέλο έχει ήδη διορθωθεί και ελεγχθεί.

STEP

Το STEP είναι μορφή CAD για ακριβέστερη ανταλλαγή τεχνικών μοντέλων. Δεν είναι τριγωνικό πλέγμα, αλλά περιγραφή ογκομετρικής γεωμετρίας. Έτσι τροποποιείται, μετριέται και ελέγχεται ευκολότερα.

Στα λειτουργικά εξαρτήματα, το STEP είναι συχνά πιο πολύτιμο από το ίδιο το STL. Αν χρειάζεται να τροποποιηθεί μια οπή, να αλλάξει το πάχος τοιχώματος, να προστεθεί λοξότμηση ή να ελεγχθεί μια συναρμογή, η εργασία με αρχείο STEP είναι σαφώς ευκολότερη. Οι σύγχρονοι slicer μπορούν συχνά να ανοίξουν απευθείας αρχεία STEP, αλλά κατά την προετοιμασία της εκτύπωσης αυτά και πάλι μετατρέπονται σε εκτυπώσιμο πλέγμα.

Στέλνετε STEP κυρίως όταν:

• πρόκειται για τεχνικό εξάρτημα με ακριβείς διαστάσεις,
• το εξάρτημα πρέπει να εφαρμόζει σε άλλο εξάρτημα,
• αναμένετε συμβουλευτική, τροποποίηση ή βελτιστοποίηση,
• έχετε συναρμογή πολλών εξαρτημάτων,
• θέλετε να διατηρήσετε ποιοτική γεωμετρία για μελλοντικές αλλαγές.

Η καλύτερη πρακτική για εκτύπωση κατά παραγγελία είναι απλή: στείλτε το STEP ως αρχικό τεχνικό μοντέλο και το STL ως προεπισκόπηση του τρόπου με τον οποίο φανταστήκατε την εξαγωγή για εκτύπωση.

3MF

Το 3MF είναι χρήσιμο όταν θέλετε να μεταφέρετε περισσότερα από το ίδιο το σχήμα. Μπορεί να περιέχει πληροφορίες για πολλά αντικείμενα, τη θέση τους, τα χρώματα, τα υλικά και, μερικές φορές, τις ρυθμίσεις του slicer. Είναι πρακτικό για εκτύπωση πολλών υλικών, προετοιμασμένα έργα και μοντέλα με πολλά μέρη σε μία επιφάνεια εκτύπωσης.

Σε μια συνηθισμένη παραγγελία τεχνικού εξαρτήματος, όμως, δεν αντικαθιστά το STEP. Αν κάποιος πρέπει να ελέγξει ή να τροποποιήσει το εξάρτημα σε CAD, εξακολουθήστε να στέλνετε και STEP.

Κλίμακα: το συχνότερο λάθος είναι η μονάδα

Στην πράξη, η 3D εκτύπωση προετοιμάζεται σε χιλιοστά. Ακόμη κι αν σχεδιάζετε σε εκατοστά ή ίντσες, ρυθμίστε την εξαγωγή για εκτύπωση σε χιλιοστά και ελέγξτε τη διάσταση μετά την εισαγωγή.

Πρακτική διαδικασία:

1. Στο CAD σημειώστε μία γνωστή διάσταση, για παράδειγμα πλάτος 80 mm.
2. Εξάγετε το μοντέλο ως STL ή STEP.
3. Ανοίξτε το αρχείο στον slicer ή σε πρόγραμμα προβολής μοντέλων.
4. Ελέγξτε ότι η ίδια διάσταση είναι 80 mm και όχι 80 ίντσες, 8 mm ή 2032 mm.

Αν το μοντέλο έχει λάθος μέγεθος, μην διορθώνετε ένα λειτουργικό εξάρτημα υπολογίζοντας κατά προσέγγιση ποσοστά στον slicer. Επιστρέψτε στο CAD, ρυθμίστε σωστά τις μονάδες και κάντε ξανά εξαγωγή. Η αλλαγή κλίμακας στον slicer έχει νόημα για διακοσμητικά, φιγούρες ή μακέτες. Σε εξαρτήματα με οπές, σπειρώματα και επιφάνειες έδρασης μπορεί να αλλάξει τα διάκενα και να καταστρέψει τη λειτουργία.

Οι ανοχές και τα διάκενα δεν είναι το ίδιο

Η ανοχή δηλώνει πόσο μεγάλη απόκλιση από την προβλεπόμενη διάσταση είναι ακόμη αποδεκτή. Το διάκενο είναι το σκόπιμο κενό μεταξύ δύο εξαρτημάτων, ώστε να εφαρμόζουν, να μετακινούνται ή να περιστρέφονται μεταξύ τους.

Παράδειγμα: αν σχεδιάσετε έναν πείρο 10,00 mm και μια οπή 10,00 mm, αυτό δεν είναι καλός σχεδιασμός για τη συνηθισμένη 3D εκτύπωση. Ακόμη κι αν η εκτύπωση είναι πολύ ακριβής, η επιφάνεια δεν θα είναι απολύτως λεία και η οπή συχνά θα βγει ελαφρώς μικρότερη. Για την εισαγωγή του πείρου, πρέπει να μεγαλώσετε την οπή ή να μικρύνετε τον πείρο.

Ενδεικτικές αρχικές τιμές για πλαστικά εξαρτήματα:

Χρήση	Προτεινόμενο αρχικό διάκενο
Σφιχτή εφαρμογή μετά τη ρύθμιση	0,1 έως 0,2 mm
Συνήθης εισαγωγή σε εκτύπωση FDM	0,3 έως 0,5 mm
Πιο ελεύθερη ολίσθηση ή άρθρωση σε FDM	0,5 έως 0,8 mm
Λεπτότερη εκτύπωση ρητίνης	0,1 έως 0,3 mm
Μεγαλύτερα εξαρτήματα ή μακρύτερες επιφάνειες	προσθέστε περιθώριο ανάλογα με το μήκος επαφής

Θεωρήστε τα ως σημείο εκκίνησης και όχι ως καθολικό πρότυπο. Το υλικό, ο προσανατολισμός εκτύπωσης, η βαθμονόμηση του εκτυπωτή, το μέγεθος του εξαρτήματος και η μετεπεξεργασία μπορούν να αλλάξουν το αποτέλεσμα. Σε μια σειρά ή για ακριβότερο εξάρτημα, αξίζει να εκτυπώσετε πρώτα ένα μικρό δοκιμαστικό δείγμα με διάφορα διάκενα.

Πρακτικά παραδείγματα διακένων

Καπάκι για κουτί

Αν το καπάκι πρέπει να εφαρμόζει σε κουτί εκτυπωμένο με FDM, μην ξεκινήσετε με μηδενικό διάκενο. Για απλή εφαρμογή, δοκιμάστε, για παράδειγμα, 0,3 mm σε κάθε πλευρά. Σε ένα μικρό καπάκι μπορεί να είναι αρκετό, ενώ σε μεγαλύτερο κάλυμμα ίσως χρειαστεί περισσότερο λόγω παραμόρφωσης στις γωνίες.

Στρογγυλός πείρος σε οπή

Για πείρο διαμέτρου 10 mm, σχεδιάστε την οπή ανάλογα με την επιθυμητή συμπεριφορά. Για πιο σφιχτή χειροκίνητη εισαγωγή, μπορεί να είναι κατάλληλη οπή 10,2 έως 10,3 mm. Για ελεύθερη περιστροφή, μπορεί να είναι καλύτερα 10,5 mm ή περισσότερο. Στις οπές μετά από εκτύπωση FDM, υπολογίστε ότι η εσωτερική διάμετρος μπορεί να βγει μικρότερη από αυτή του μοντέλου.

Οπή για βίδα

Σε μια αυτοκοχλιούμενη βίδα, μην εκτυπώνετε τελικό μετρικό σπείρωμα χωρίς προσεκτική μελέτη. Συχνά είναι καλύτερο να σχεδιάσετε μια οπή-οδηγό, να δοκιμάσετε τη διάμετρο σε δείγμα και, ενδεχομένως, να χρησιμοποιήσετε ένθετο σπειρώματος. Για επαναλαμβανόμενο βίδωμα, τα ορειχάλκινα ένθετα θερμικής εισαγωγής είναι πιο αξιόπιστα από ένα πλαστικό σπείρωμα.

Κουμπωτό κλείδωμα

Στις ελαστικές ασφάλειες, λάβετε υπόψη την κατεύθυνση των στρώσεων. Το εξάρτημα είναι ασθενέστερο μεταξύ των στρώσεων από ό,τι στο επίπεδο της στρώσης, επομένως μια λεπτή γλωττίδα με λάθος προσανατολισμό μπορεί να σπάσει. Προσθέστε ακτίνα στη ρίζα της ασφάλειας, αποφύγετε τις αιχμηρές εσωτερικές γωνίες και υπολογίστε ένα πρωτότυπο.

Πάχη τοιχωμάτων και μικρές λεπτομέρειες

Το μοντέλο πρέπει να έχει όγκο. Μια επιφάνεια χωρίς πάχος, όπως ένα κέλυφος από πρόγραμμα οπτικοποίησης, δεν αποτελεί από μόνη της εκτυπώσιμο εξάρτημα. Κάθε τοίχωμα πρέπει να είναι αρκετά παχύ ώστε να μπορεί να το δημιουργήσει ο εκτυπωτής.

Σε μια συνηθισμένη εκτύπωση FDM με ακροφύσιο 0,4 mm, είναι λογικό να σχεδιάζετε τα τοιχώματα ως πολλαπλάσια του πλάτους εξώθησης. Αντί για τοίχωμα 0,55 mm, είναι πρακτικότερο να χρησιμοποιήσετε 0,8 mm, 1,2 mm ή 1,6 mm. Για στιβαρές βάσεις, συχνά είναι καλύτερο να ξεκινήσετε περίπου από 2 έως 3 mm, ανάλογα με το φορτίο και τη γεωμετρία.

Στις λεπτές επιγραφές, αυλακώσεις και ανάγλυφα, λάβετε υπόψη ότι ο slicer δεν μπορεί να εκτυπώσει λεπτομέρεια μικρότερη από αυτή που επιτρέπουν το ακροφύσιο, το υλικό και το ύψος στρώσης. Κάτι που φαίνεται ωραίο στην οθόνη μπορεί να εξαφανιστεί ή να ενωθεί στο εκτυπωμένο αντικείμενο.

Κλειστή γεωμετρία: το μοντέλο πρέπει να είναι εκτυπώσιμο

Ο slicer πρέπει να αναγνωρίζει τι βρίσκεται στο εσωτερικό και τι στο εξωτερικό. Γι’ αυτό το μοντέλο πρέπει να είναι κλειστό, ογκομετρικό και απαλλαγμένο από σφάλματα στο πλέγμα.

Ελέγξτε κυρίως τα εξής:

• τρύπες στην επιφάνεια,
• ελεύθερες ακμές,
• ανεστραμμένα κανονικά διανύσματα,
• εσωτερικά επικαλυπτόμενα τοιχώματα,
• διπλές επιφάνειες,
• πολλά σώματα που απλώς αγγίζονται σε ένα σημείο ή μια ακμή,
• εξαιρετικά μικρά θραύσματα μετά την εξαγωγή ή τη σάρωση.

Στα μοντέλα CAD, είναι καλύτερο να διορθώνετε το πρόβλημα στην πηγή και όχι αργότερα στο STL. Η αυτόματη επιδιόρθωση του πλέγματος μπορεί να βοηθήσει, αλλά σε ένα τεχνικό εξάρτημα μπορεί ταυτόχρονα να αλλάξει τη διάσταση ή να αφαιρέσει μια λεπτομέρεια που ήταν λειτουργική.

Εξαγωγή STL: ποιότητα πλέγματος χωρίς υπερβολικά μεγάλο αρχείο

Κατά την εξαγωγή STL συνήθως ρυθμίζετε την πυκνότητα του τριγωνικού πλέγματος. Τα διάφορα προγράμματα χρησιμοποιούν διαφορετικές ονομασίες, όπως chord height, deviation, angle tolerance, refinement ή resolution.

Η υπερβολικά χονδροειδής εξαγωγή μετατρέπει έναν κύλινδρο σε εμφανές πολύγωνο. Η υπερβολικά λεπτομερής εξαγωγή δημιουργεί τεράστιο αρχείο που ανοίγει αργά, χωρίς η εκτύπωση να είναι απαραίτητα καλύτερη, επειδή οι περιορισμοί προέρχονται από το ακροφύσιο και την τεχνολογία.

Προτεινόμενη διαδικασία:

• Για τεχνικά εξαρτήματα χρησιμοποιείτε δυαδικό STL.
• Σε εμφανή τόξα και κυλίνδρους επιλέγετε υψηλή ποιότητα εξαγωγής.
• Σε απλά γωνιώδη εξαρτήματα δεν χρειάζεται υπερβολικά λεπτό πλέγμα.
• Μετά την εξαγωγή, εξετάστε το μοντέλο στον slicer, ιδιαίτερα τις κυκλικές και καμπύλες επιφάνειες.
• Αν το STL έχει μέγεθος εκατοντάδων megabyte και πρόκειται για απλό εξάρτημα, η εξαγωγή είναι πιθανότατα υπερβολικά λεπτομερής.

Ως πρακτικό σημείο εκκίνησης, στις συνηθισμένες εξαγωγές CAD μπορείτε να χρησιμοποιήσετε απόκλιση περίπου 0,01 έως 0,05 mm για μικρά και μεσαία εξαρτήματα. Σε μεγάλα διακοσμητικά εξαρτήματα μπορεί να αρκεί πιο χονδροειδής ρύθμιση. Για ακριβή μικρά σχήματα ή λείες εμφανείς καμπύλες, επιλέξτε λεπτομερέστερη εξαγωγή και επαληθεύστε το αποτέλεσμα με προεπισκόπηση.

Ο προσανατολισμός εκτύπωσης αποτελεί μέρος του σχεδιασμού

Το μοντέλο δεν είναι έτοιμο μόνο και μόνο επειδή έχει το σωστό σχήμα. Στην 3D εκτύπωση έχει σημασία και ο τρόπος με τον οποίο θα τοποθετηθεί στην επιφάνεια εκτύπωσης.

Ο προσανατολισμός επηρεάζει:

• την αντοχή προς την κατεύθυνση του φορτίου,
• την ποιότητα της επιφάνειας,
• την ακρίβεια των οπών,
• την ποσότητα των υποστηρίξεων,
• τον κίνδυνο παραμόρφωσης,
• την ορατότητα των στρώσεων.

Όταν σχεδιάζετε μια βάση που θα δέχεται εφελκυσμό ή κάμψη, σκεφτείτε προς τα πού θα κατευθύνονται οι στρώσεις. Όταν σχεδιάζετε ένα εμφανές κάλυμμα, αποφασίστε ποια πλευρά πρέπει να είναι η πιο όμορφη και πού μπορούν να μείνουν σημάδια από τις υποστηρίξεις. Αν δεν είστε βέβαιοι, προσθέστε στην παραγγελία μια σημείωση που να αναφέρει ποια επιφάνεια είναι λειτουργική και ποια εμφανής.

Τι να προσθέσετε στην παραγγελία ή την περιγραφή

Το ίδιο το αρχείο συχνά δεν αρκεί. Για ένα λειτουργικό εξάρτημα, γράψτε μια σύντομη περιγραφή:

• σε τι χρησιμεύει το εξάρτημα,
• ποιες διαστάσεις είναι κρίσιμες,
• με τι πρέπει να εφαρμόζει το εξάρτημα,
• αν πρέπει να είναι άκαμπτο, ελαστικό, ανθεκτικό στη θερμότητα ή αισθητικά προσεγμένο,
• αν είναι σημαντικότερη η τιμή, η ταχύτητα, η αντοχή ή η επιφάνεια,
• αν επιτρέπεται να τροποποιηθεί ο προσανατολισμός, το πάχος ή η λεπτομέρεια για καλύτερη εκτύπωση.

Αν έχετε σχέδιο, επισυνάψτε το. Δεν χρειάζεται να είναι σύνθετη τεχνική τεκμηρίωση. Συχνά αρκεί μια εικόνα με μερικές διαστάσεις, σήμανση των λειτουργικών επιφανειών και μια σημείωση όπως: «αυτή η οπή πρέπει να εφαρμόζει σε βίδα M4» ή «αυτή η επιφάνεια θα εδράζεται σε προφίλ αλουμινίου».

Τα συχνότερα λάθη

• Το μοντέλο έχει λάθος κλίμακα, επειδή το STL δεν περιέχει μονάδες.
• Το εξάρτημα έχει σχεδιαστεί χωρίς διάκενο, οπότε η συναρμογή δεν μπορεί να συναρμολογηθεί.
• Τα λεπτά τοιχώματα εξαφανίζονται στον slicer ή βγαίνουν εύθραυστα.
• Οι κυκλικές επιφάνειες έχουν εξαχθεί υπερβολικά χονδροειδώς και φαίνονται γωνιώδεις.
• Το αρχείο είναι μόνο επιφάνεια χωρίς όγκο.
• Πολλά εξαρτήματα βρίσκονται σε ένα STL χωρίς σαφή διαχωρισμό.
• Η λειτουργική οπή είναι προσανατολισμένη με τέτοιον τρόπο ώστε οι υποστηρίξεις να μειώνουν την ακρίβεια.
• Ο δημιουργός του μοντέλου αλλάζει την κλίμακα στον slicer σε ένα εξάρτημα που πρέπει να εφαρμόζει με ακρίβεια.

Προτεινόμενη διαδικασία για αξιόπιστο αποτέλεσμα

Για ένα διακοσμητικό μοντέλο αρκούν ένα ποιοτικό STL ή 3MF, ο έλεγχος της κλίμακας και η προεπισκόπηση στον slicer. Για ένα τεχνικό εξάρτημα, ακολουθήστε πιο προσεκτικά τα εξής:

1. Σχεδιάστε σε χιλιοστά και με ρεαλιστικό πάχος τοιχωμάτων.
2. Σχεδιάστε τα διάκενα σύμφωνα με την τεχνολογία και τη λειτουργία.
3. Στρογγυλέψτε τις αιχμηρές εσωτερικές γωνίες όπου υπάρχει κίνδυνος θραύσης.
4. Επαληθεύστε ότι το μοντέλο είναι κλειστό ογκομετρικό σώμα.
5. Εξαγάγετε STEP για τροποποιήσεις και STL για προεπισκόπηση εκτύπωσης.
6. Ελέγξτε τις διαστάσεις μετά την εισαγωγή στον slicer.
7. Σε κρίσιμες συναρμογές, εκτυπώστε πρώτα ένα δοκιμαστικό τμήμα.

Τα καλά αρχεία δεν είναι απλώς «ένα αρχείο για λήψη». Είναι πληροφορίες που βοηθούν στην κατασκευή ενός εξαρτήματος ώστε να εφαρμόζει, να αντέχει και να μη χρειάζεται επανεκτύπωση. Τα περισσότερα προβλήματα λύνονται ήδη στο CAD: με σωστές μονάδες, λογικά διάκενα, καθαρή γεωμετρία και σαφείς οδηγίες.