17.05.2007, 00:00
Masinad, mis prindivad mudeleid
Ruumilise printimise abil saab arvuteis peitunud seninägematu vormimaailma muuta käega katsutavaks reaalsuseks.
Orange County Choppersi mootorratas loodi täielikult CAD-vahenditega, Jarmo Udras printis selle mootorratta mootori.
Esemete materialiseerimine on meile tuttav muinasjuttudest.
Teaduse ja tehnika areng on ruumilise (3D) printimisena muutunud selle
reaalsuseks, esimesed sellised seadmed jõudsid mullu ka Eestisse.
1990ndate teisel poolel muutusid arvutusvõimsuse kasvu tõttu populaarseks uudsed modelleerimis- ja animeerimistarkvaradega loodud ruumid ja vormid. Need seninägematud keskkonnad jäid enamasti arvutite kõvaketastele ning ainult vähestele neist avanes tee elitaarsete arhitektuuri- ja disainiajakirjade kaante vahele. Selliste keerukate arhitektuursete vormide ja disainilahenduste jäämine virtuaalruumi pani aluse modaalse ruumi teooriatele, mis on reaalse ehitatava maailmaga seotud vaid arvutite vahendusel.
Nüüd võib rääkida teatud füüsilise maailma naasmisest. Enamikku keerulistest objektidest saab kogeda kiirprototüüpimise (Rapid Protptyping – RP) tehnoloogiaid kasutades ka käegakatsutaval kujul.
Kuju valmib kiht-kihilt
3D-printimise kujul on tegemist kiirprototüüpimise ühe haruga. Massachusettsi tehnoloogiainstituut (MIT) pole tuntud mitte ainult tugeva teaduskeskuse ja Nobeli preemia saajate kasvulavana, vaid ka väljatöötatud lahenduste eduka kommertsialiseerijana – meenutagem kas või MITist alguse saanud majapidamisrobotite tootjat iRobot, mille mudeleid Roomba ja Scooba on saatnud erakordne müügiedu. 3D-printimise vallas on MITist tuule tiibadesse saanud praegune suuruselt kolmas kiirprototüüpimisseadmete tootja maailmas Z Corp.
Ruumilise printimise protsessi peetakse üheks kiiremaks kiirprototüüpimise meetodiks. Esimeses etapis luuakse arvuti abil kolmemõõtmeline mudel, selliseid raalprojekteeritud mudeleid nimetatakse lühemalt ka CAD (Computer-aided Design) mudeliteks. Seejärel teisendatakse selle mudeli pind väikestest kolmnurkadest koosnevaks mosaiigiks ehk viiakse nn mosaiikformaati (Standard Tesselation Language – STL).
Saadud mudel “viilutatakse” kahemõõtmelisteks kihtideks. Kihi paksus sõltub seadmest, kuid see ei ületa 0,7 mm.
Nüüd “trükitakse” prototüüp kiht-kihilt. Ruumilistel pulberprinteritel pritsib trükkimispea erinevalt tindiprinterist tindi asemel sideainet ning paberilehe asemel kasutatakse pulbrikassetti. Trükkimise lõpetamisel mudel puhastatakse suruõhuga liigsest liimimata pulbermaterjalist, vajaduse korral kõvendatakse ahjus kuumutades ning kaetakse täiendava liimainekihiga.
Sulandjoaga mudeldamisel põhinevates kiirprototüüpimismasinates (Fused Deposition Modeling – FDM), mida sageli samuti 3D-printeriteks nimetatakse, kasutab trükkimispea ABS-plastist traati, mis kuumutatakse poolvedelasse olekusse ja kantakse kiht-kihilt alusele. Et selline struktuur kokku ei vajuks, trükitakse paralleelselt ka veeslahustuvast tugimaterjalist karkass, mis pärast trükkimise lõpetamist välja pestakse.
Z Corpi lihtsam mudel ZPrinter 310 on kasutusel TTÜ masinaehituse instituudi CAD-laboris. Masinaehituses kasutatakse ruumilist väljatrükki peamiselt funktsionaalsete mudelite saamiseks.
Eesti Kunstiakadeemia arhitektuuriteaduskond ja tootedisaini osakond on koostöös loonud labori 3DL, mis võimaldab väljastada kolmemõõtmelisi digitaalandmeid ruumilisel kujul, kasutades selleks Dimension SST 768 3D-printeri valmistatud vastupidavast materjalist objekte. Seda tüüpi printer loob kolmemõõtmelise maketi spetsiaalprogrammis CatalystEX ettevalmistatud mosaiikformaadis arvutimudelist 0,25 mm paksusi kuumutatud ABS-plastist ja spetsiaalsest toematerjalist horisontaalkihte printides. Prinditava objekti maksimummõõdud on 203 x 203 x 305 mm.
Keerulised kujundid
Esialgsed katsetused 3D-printimisel on olnud edukad, Kunstiakadeemias oleme printinud geomeetriliselt keerukaid ja täpseid ning teiste tehnoloogiatega raskesti saavutatavaid objekte. Kuigi Z Corpi printeriga võrreldes lisatakse põhimaterjalile ka toed, saab need eemaldada kas mehaaniliselt või WaterWorksi pesumasinas spetsiaalset kuumutatud vesilahust kasutades. See annab võimaluse printida ka liikuvate osadega objekte.
Omaette saavutuseks võib lugeda töövoo organiseerimist, et printida orientatsiooni muutvaid ehk Möbiuse-laadseid pindu ilma manuaalse sekkumiseta. Algoritmiliste operatsioonide kindlaksmääratud järjestuse abil saab printida näiteks iseendaga lõikuvaid vorme.
3D-printimise tulemusena valminud objekti on võimalik peale visuaalse ja füüsilise tagasisideme saamise kasutada ka 1:1 mõõtmetes täpse detaili või lõpp-produktina. Vajadusel saab ABS-plastist maketti lihvida ning katta värvi või kroomiga.
Dimension SST 3D-printeri abil loodud mudeleid võib kasutada ka vaakumvormimisel matriitsidena. Seda kahel põhjusel: kuigi maketid ei näi poorsed, on nad seda oma mikrostruktuuris ning nende tugevus on piisav vaakumvormimisel tekkivatele löök- ja survejõududele vastu pidamiseks.
3D-printimise võimalused ei piirdu ainult uute arvutis loodud prototüüpide kiirvalmistamisega. Lisavahenditega (laserskänner, digitaiser, koordinaatmõõtemasin) saab ka juba olemasolevaid füüsilisi objekte ruumiliste mudelitena arvutisse lugeda.
EKA 3DL loomist on toetanud EITSA Tiigriülikool+ programm, ERKF Ernst ja Erica Kesa fond ja Eesti Kultuurkapitali arhitektuuri ning rakenduskunsti sihtkapitalid.
1990ndate teisel poolel muutusid arvutusvõimsuse kasvu tõttu populaarseks uudsed modelleerimis- ja animeerimistarkvaradega loodud ruumid ja vormid. Need seninägematud keskkonnad jäid enamasti arvutite kõvaketastele ning ainult vähestele neist avanes tee elitaarsete arhitektuuri- ja disainiajakirjade kaante vahele. Selliste keerukate arhitektuursete vormide ja disainilahenduste jäämine virtuaalruumi pani aluse modaalse ruumi teooriatele, mis on reaalse ehitatava maailmaga seotud vaid arvutite vahendusel.
Nüüd võib rääkida teatud füüsilise maailma naasmisest. Enamikku keerulistest objektidest saab kogeda kiirprototüüpimise (Rapid Protptyping – RP) tehnoloogiaid kasutades ka käegakatsutaval kujul.
Kuju valmib kiht-kihilt
3D-printimise kujul on tegemist kiirprototüüpimise ühe haruga. Massachusettsi tehnoloogiainstituut (MIT) pole tuntud mitte ainult tugeva teaduskeskuse ja Nobeli preemia saajate kasvulavana, vaid ka väljatöötatud lahenduste eduka kommertsialiseerijana – meenutagem kas või MITist alguse saanud majapidamisrobotite tootjat iRobot, mille mudeleid Roomba ja Scooba on saatnud erakordne müügiedu. 3D-printimise vallas on MITist tuule tiibadesse saanud praegune suuruselt kolmas kiirprototüüpimisseadmete tootja maailmas Z Corp.
Ruumilise printimise protsessi peetakse üheks kiiremaks kiirprototüüpimise meetodiks. Esimeses etapis luuakse arvuti abil kolmemõõtmeline mudel, selliseid raalprojekteeritud mudeleid nimetatakse lühemalt ka CAD (Computer-aided Design) mudeliteks. Seejärel teisendatakse selle mudeli pind väikestest kolmnurkadest koosnevaks mosaiigiks ehk viiakse nn mosaiikformaati (Standard Tesselation Language – STL).
Saadud mudel “viilutatakse” kahemõõtmelisteks kihtideks. Kihi paksus sõltub seadmest, kuid see ei ületa 0,7 mm.
Nüüd “trükitakse” prototüüp kiht-kihilt. Ruumilistel pulberprinteritel pritsib trükkimispea erinevalt tindiprinterist tindi asemel sideainet ning paberilehe asemel kasutatakse pulbrikassetti. Trükkimise lõpetamisel mudel puhastatakse suruõhuga liigsest liimimata pulbermaterjalist, vajaduse korral kõvendatakse ahjus kuumutades ning kaetakse täiendava liimainekihiga.
Sulandjoaga mudeldamisel põhinevates kiirprototüüpimismasinates (Fused Deposition Modeling – FDM), mida sageli samuti 3D-printeriteks nimetatakse, kasutab trükkimispea ABS-plastist traati, mis kuumutatakse poolvedelasse olekusse ja kantakse kiht-kihilt alusele. Et selline struktuur kokku ei vajuks, trükitakse paralleelselt ka veeslahustuvast tugimaterjalist karkass, mis pärast trükkimise lõpetamist välja pestakse.
Z Corpi lihtsam mudel ZPrinter 310 on kasutusel TTÜ masinaehituse instituudi CAD-laboris. Masinaehituses kasutatakse ruumilist väljatrükki peamiselt funktsionaalsete mudelite saamiseks.
Eesti Kunstiakadeemia arhitektuuriteaduskond ja tootedisaini osakond on koostöös loonud labori 3DL, mis võimaldab väljastada kolmemõõtmelisi digitaalandmeid ruumilisel kujul, kasutades selleks Dimension SST 768 3D-printeri valmistatud vastupidavast materjalist objekte. Seda tüüpi printer loob kolmemõõtmelise maketi spetsiaalprogrammis CatalystEX ettevalmistatud mosaiikformaadis arvutimudelist 0,25 mm paksusi kuumutatud ABS-plastist ja spetsiaalsest toematerjalist horisontaalkihte printides. Prinditava objekti maksimummõõdud on 203 x 203 x 305 mm.
Keerulised kujundid
Esialgsed katsetused 3D-printimisel on olnud edukad, Kunstiakadeemias oleme printinud geomeetriliselt keerukaid ja täpseid ning teiste tehnoloogiatega raskesti saavutatavaid objekte. Kuigi Z Corpi printeriga võrreldes lisatakse põhimaterjalile ka toed, saab need eemaldada kas mehaaniliselt või WaterWorksi pesumasinas spetsiaalset kuumutatud vesilahust kasutades. See annab võimaluse printida ka liikuvate osadega objekte.
Omaette saavutuseks võib lugeda töövoo organiseerimist, et printida orientatsiooni muutvaid ehk Möbiuse-laadseid pindu ilma manuaalse sekkumiseta. Algoritmiliste operatsioonide kindlaksmääratud järjestuse abil saab printida näiteks iseendaga lõikuvaid vorme.
3D-printimise tulemusena valminud objekti on võimalik peale visuaalse ja füüsilise tagasisideme saamise kasutada ka 1:1 mõõtmetes täpse detaili või lõpp-produktina. Vajadusel saab ABS-plastist maketti lihvida ning katta värvi või kroomiga.
Dimension SST 3D-printeri abil loodud mudeleid võib kasutada ka vaakumvormimisel matriitsidena. Seda kahel põhjusel: kuigi maketid ei näi poorsed, on nad seda oma mikrostruktuuris ning nende tugevus on piisav vaakumvormimisel tekkivatele löök- ja survejõududele vastu pidamiseks.
3D-printimise võimalused ei piirdu ainult uute arvutis loodud prototüüpide kiirvalmistamisega. Lisavahenditega (laserskänner, digitaiser, koordinaatmõõtemasin) saab ka juba olemasolevaid füüsilisi objekte ruumiliste mudelitena arvutisse lugeda.
EKA 3DL loomist on toetanud EITSA Tiigriülikool+ programm, ERKF Ernst ja Erica Kesa fond ja Eesti Kultuurkapitali arhitektuuri ning rakenduskunsti sihtkapitalid.
Huvitav teada
• 3D-printimist peetakse arvutite, arvjuhtimisega tööpinkide, laserite ja robotite kasutuselevõtu järel üheks suurimaks tehnoloogiliseks läbimurdeks.
• 3D-printerit nimetatakse inglise keeles mõnikord ka “jõuluvana masinaks” (Santa Claus machine).
• Sarnaselt tavaprintimisega jagunevad ka 3D-printerid ühe- ja mitmevärvitrükki võimaldavateks.
• Uute automudelite loomisel prinditakse auto vähendatud kujul 3D-printeris välja ja katsetatakse seda tuuletunnelis.
• Ruumiliste andmete sisestamine ja väljaprintimine arvutist loob tervikliku digitaalfüüsilise arengutsükli, mis on abiks arhitektidele ja disaineritele.
• ABS ehk akrülonitriilbutadieenstüreen – tugev plast, mida kasutatakse ka autoosade ja ehitusmaterjalina.
• Staratsys Inc-i väiksemad 3D-printerid on mõeldud kasutamiseks tavalises bürookeskkonnas. Tulemusi rakendatakse nii makettide, prototüüpide kui ka valmistoodetena – näiteks Karim Rashidi disainitud MTV muusikaauhindade trofee või McDonald’si ketšupi- ja sinepituubide otsikud.
• 3D-printimist peetakse arvutite, arvjuhtimisega tööpinkide, laserite ja robotite kasutuselevõtu järel üheks suurimaks tehnoloogiliseks läbimurdeks.
• 3D-printerit nimetatakse inglise keeles mõnikord ka “jõuluvana masinaks” (Santa Claus machine).
• Sarnaselt tavaprintimisega jagunevad ka 3D-printerid ühe- ja mitmevärvitrükki võimaldavateks.
• Uute automudelite loomisel prinditakse auto vähendatud kujul 3D-printeris välja ja katsetatakse seda tuuletunnelis.
• Ruumiliste andmete sisestamine ja väljaprintimine arvutist loob tervikliku digitaalfüüsilise arengutsükli, mis on abiks arhitektidele ja disaineritele.
• ABS ehk akrülonitriilbutadieenstüreen – tugev plast, mida kasutatakse ka autoosade ja ehitusmaterjalina.
• Staratsys Inc-i väiksemad 3D-printerid on mõeldud kasutamiseks tavalises bürookeskkonnas. Tulemusi rakendatakse nii makettide, prototüüpide kui ka valmistoodetena – näiteks Karim Rashidi disainitud MTV muusikaauhindade trofee või McDonald’si ketšupi- ja sinepituubide otsikud.
