Dobry wydruk 3D zaczyna się dużo wcześniej niż na drukarce. Zaczyna się w CAD-zie.
To, czy element wyjdzie za pierwszym razem, czy przejdziesz przez serię frustrujących poprawek, zależy wprost od tego, jak wygląda modelowanie 3D do druku: czy myślisz o technologii już na etapie projektu, czy traktujesz drukarkę jak „magiczne pudełko od wszystkiego”.
W tym artykule pokazuję, jak podejść do projektowania i modelowania 3D pod druk 3D tak, żeby:
- uniknąć typowych błędów,
- nie zabijać budżetu poprawkami,
- przyspieszyć przejście od pomysłu do działającego prototypu.
Modelowanie 3D do druku – czym różni się od „zwykłego” 3D?
Model, który świetnie wygląda na renderze, niekoniecznie nadaje się do druku.
Modelowanie 3D do druku:
- musi uwzględniać technologię (FDM vs SLA/MSLA),
- bierze pod uwagę minimalne grubości ścianek,
- zakłada kierunki obciążeń i pracę warstw,
- planuje podziały modelu, żeby zmieścił się w polu roboczym.
W klasycznym modelowaniu (pod wizualizacje, gry, animacje) często liczy się tylko kształt i topologia. W modelowaniu 3D do druku dochodzi dodatkowa warstwa: DFAM – Design for Additive Manufacturing, czyli projektowanie z myślą o procesie przyrostowym, a nie o „idealnym świecie”.
Jeżeli nie chcesz budować całego know-how od zera, sensowną drogą jest oparcie się na specjalistycznej usłudze projektowanie CAD do druku 3D, gdzie te założenia są wpisane w proces od początku:
projektowanie CAD do druku 3D
Od czego zacząć modelowanie 3D do druku?
Zanim w ogóle otworzysz program CAD, warto odpowiedzieć sobie na kilka prostych pytań:
- Jaki jest cel elementu?
Prototyp koncepcyjny, prototyp funkcjonalny, obudowa, uchwyt, przyrząd montażowy? - W jakich warunkach będzie pracował?
Temperatura, wilgotność, obciążenia mechaniczne, kontakt z chemikaliami. - W jakiej technologii chcesz drukować?
FDM z filamentu, SLA/MSLA z żywicy, a może obie na różnych etapach. - Jakie tolerancje wymiarowe są krytyczne?
Szczególnie przy elementach montażowych i współpracujących z innymi częściami.
Te decyzje nie są „detalem na koniec”. One wprost wpływają na:
- grubość ścian,
- dobór materiału,
- sposób podziału modelu,
- to, czy w ogóle da się dany projekt sensownie wydrukować.
Najczęstsze błędy przy modelowaniu 3D do druku
1. Zbyt cienkie ścianki
Klasyczny problem: model wygląda świetnie, ale ścianki mają 0,4–0,6 mm, bo tak „ładnie wyszło z kształtu”.
W druku:
- slicer może je całkowicie usunąć (dla FDM),
- przy żywicy cienkie elementy będą ekstremalnie kruche,
- element będzie pękał przy najmniejszym obciążeniu.
Bezpieczne minimum:
- FDM: zwykle 1,2–1,5 mm dla ścian użytkowych (kilka szerokości ścieżki dyszy),
- SLA/MSLA: można zejść niżej, ale przy elementach użytkowych lepiej trzymać ok. 1–1,5 mm.
Jeżeli projektujesz obudowy, uchwyty czy elementy funkcjonalne – cienkie, „estetyczne” ścianki prawie zawsze mszczą się na etapie druku lub użytkowania.
2. Brak tolerancji i luzów montażowych
Drugie klasyczne potknięcie: „w CAD-zie pasuje idealnie na styk”.
W druku:
- masz kurczenie tworzywa,
- minimalne różnice wymiarowe drukarki,
- różne kierunki pracy warstw.
Efekt:
Zatrzaski nie wchodzą, elementy się klinują, obudowa „prawie” się zamyka – ale trzeba ją dobijać.
Dlatego przy modelowaniu 3D do druku przyjmuje się:
- luz funkcjonalny dla elementów wsuwanych / wciskanych,
- większe otwory pod śruby niż nominalnie,
- dodatkowe fazy i zaokrąglenia w punktach styku.
To, ile tego luzu przyjąć, zależy od technologii, materiału i konkretnej drukarki – stąd w projektach komercyjnych tak ważna jest współpraca z wykonawcą, a nie projektowanie „w oderwaniu”.
3. Przekombinowane, niefunkcjonalne detale
Zbyt ostre krawędzie, bardzo drobne żłobienia, napisy w skali mikroskopowej… Na ekranie wygląda to imponująco, w druku:
- nie wychodzi w ogóle,
- zlewa się w jedno,
- zwiększa czas druku i liczbę podpór, nie dając realnej wartości.
Zasada: najpierw funkcja, potem ozdobniki. Zwłaszcza przy prototypach przemysłowych.
4. Model „ładny”, ale geometrycznie błędny
W środku siatki mogą siedzieć:
- ściany nachodzące na siebie,
- bryły „zatopione” w innych bryłach,
- szczeliny i „mikro-dziury”,
- geometria non-manifold.
Samo modelowanie CAD nie zawsze to pokaże. Problemy wyjdą dopiero na etapie eksportu do STL i wczytania do slicera – wtedy zaczyna się naprawa plików STL.
Jeżeli chcesz zobaczyć, jak wygląda cały proces diagnozy i naprawy siatki, masz do dyspozycji osobny poradnik:
naprawa plików STL do druku 3D
Modelowanie 3D pod konkretne technologie: FDM vs SLA/MSLA
Modelowanie pod FDM (druk z filamentu)
Przy FDM kluczowe są:
- kierunek warstw – trzeba przewidzieć, w którą stronę będą pracowały siły,
- zwisy i mosty – jakie kąty są jeszcze akceptowalne bez podpór,
- możliwość usunięcia podpór – szczególnie wewnątrz obudów.
W praktyce oznacza to m.in.:
- projektowanie płaszczyzn odniesienia, które mogą leżeć na stole,
- dzielenie modelu na części tak, żeby newralgiczne elementy były drukowane „w mocnym kierunku”,
- unikanie kieszeni, z których nie da się wyciągnąć podpór.
Jeżeli potrzebujesz pogłębić temat technologii, masz osobny poradnik o tym, kiedy wybrać druk 3D z filamentu (FDM), a kiedy inne metody:
druk 3D z filamentu
Modelowanie pod SLA/MSLA (druk z żywicy)
Tu z kolei:
- ważna jest grubość detali (zbyt cienkie – pękają),
- konieczne są otwory drenażowe przy modelach pustych w środku,
- trzeba przemyśleć miejsca mocowania podpór, żeby nie zniszczyć detalu przy ich usuwaniu.
Modele do SLA/MSLA często projektuje się inaczej niż te pod FDM – zwłaszcza, gdy priorytetem jest estetyka i detal, a nie sama wytrzymałość.
Od szkicu do pliku – dobry workflow modelowania 3D do druku
Praktyczny, zdroworozsądkowy schemat pracy może wyglądać tak:
- Zdefiniuj funkcję i środowisko pracy
Co element robi, z czym współpracuje, jakie obciążenia przenosi. - Zrób prosty model koncepcyjny
Z grubsza zachowując gabaryty i kluczowe założenia montażowe. - Zbuduj model parametryczny w CAD
Tak, żeby dało się łatwo zmieniać wymiary, promienie, grubości ścian. - Sprawdź model w złożeniu (assembly)
Czy pasuje do innych części, czy nic się nie przenika, gdzie są newralgiczne miejsca. - Wyeksportuj do STEP i STL
STEP – jako „prawdziwa bryła”, STL – jako siatka do druku i dalszej obróbki. - Sprawdź STL w podglądzie i slicerze
Czy siatka jest poprawna, czy w podglądzie warstw nie ma niespodzianek.
Jeżeli potrzebujesz przejść przez temat konwersji dokładniej (np. dostajesz STEP od klienta), przyda się też poradnik o konwersji STEP na STL pod druk 3D:
konwersja STEP na STL
Modelowanie 3D a „Design for Additive Manufacturing”
W świecie profesjonalnych wdrożeń coraz częściej mówi się o projektowaniu pod technologie przyrostowe (Design for Additive Manufacturing, DFAM). To podejście, w którym:
- modelując, od razu uwzględniasz możliwości i ograniczenia druku 3D,
- wykorzystujesz zalety addytywności (np. kanały wewnętrzne, kratownice, organiczne kształty),
- minimalizujesz elementy trudne do wydrukowania (masywne podpory, zbędne przewieszenia).
Dobry przegląd koncepcji DFAM znajdziesz m.in. w artykułach dotyczących projektowania pod technologie przyrostowe – to punkt wyjścia, jeśli chcesz uporządkować sobie temat szerzej i spojrzeć na druk 3D nie tylko przez pryzmat pojedynczego modelu, ale całego procesu konstrukcyjnego.
Kiedy modelować samodzielnie, a kiedy zlecić projekt?
Samodzielne modelowanie 3D do druku ma sens, gdy:
- pracujesz nad prostymi częściami i chcesz się uczyć na własnych projektach,
- akceptujesz kilka iteracji i testów,
- projekt ma charakter hobbystyczny lub wewnętrzny.
Natomiast w projektach:
- z realnymi budżetami i terminami,
- z wymagającą geometrią (obudowy, przyrządy, prototypy przemysłowe),
- gdzie jedna zła decyzja projektowa może wywołać serię kosztownych poprawek,
często szybciej i taniej jest od razu sięgnąć po profesjonalne projektowanie CAD do druku 3D. Zyskujesz wtedy:
- poprawny model parametryczny,
- eksport do właściwych formatów,
- wstępną weryfikację pod wybraną technologię.
Podsumowanie – dobre modelowanie 3D to połowa sukcesu w druku
Jeżeli model jest:
- przemyślany pod kątem funkcji,
- zaprojektowany z myślą o konkretnej technologii,
- ma właściwe grubości ścian i tolerancje,
- przechodzi przez konwersję STEP → STL bez dramatów,
to druk 3D staje się przewidywalnym etapem realizacji, a nie loterią.
Dobre modelowanie 3D do druku to w gruncie rzeczy inwestycja w to, żeby:
- szybciej dojść do działającego prototypu,
- płacić za wydruki, które faktycznie coś testują, a nie pokazują błędy w projekcie,
- móc bez stresu zlecać druk 3D na zewnątrz – mając pewność, że pliki są przygotowane profesjonalnie.
Reszta to już kwestia wyboru odpowiedniego partnera do druku oraz zbudowania własnego, powtarzalnego workflow, w którym CAD i drukarka 3D grają do jednej bramki, a nie walczą ze sobą przy każdym kolejnym projekcie.