Pravidelní čtenáři tohoto weblogu jistě vědí, že se příležitostně zabývám 3D tiskem. Po počátečním nadšení se rychle ukázalo, že 3D tisk je stále ještě spíše průzkum bojem, než spolehlivá výroba. V posledních dnech se mi ale po více než roce výzkumu a testů konečně podařil použitelný výsledek.

Ano, dobově věrná pneumatika pro Tatru 130. Rozměry a proporce samozřejmě zcela přesně odpovídají těm dobovým pneumatikám, které měla obuté skutečná Tatra 130 v padesátých letech. Rozměr disku byl však přizpůsoben pro disk Tamiya, což není 8x20", ale 9x22.5". Ale dnes už by nebyl problém vyrobit i rozměrové správné disky. Tyto pneumatiky jsou dnes již na Tatrách 128 spíše vzácností. Měla je obuté i cisternová Tatra 128 v muzeu v Lešanech. Bohužel, mezitím prošla renovací a při té příležitosti dostala zcela nové pneumatiky. To samozřejmě komplikovalo realizaci, se kterou jsem pomalu začínal už někdy před 4 roky. Naštěstí se mi před rokem podařilo náhodou natrefit na jeden exemplář Tatry 128, která ještě měla přesně tyto historické pneumatiky obuté na zadních kolech.

Následovala výroba 3D modelu a co dál? Měl jsem nabídky na odlití a 3D tisk. 3D tisk je stále ještě v plenkách, ale začínají se objevovat postupy a materiály, které umožňují výrobu pružných dílů. Mezitím jsem sám začal experimentovat s 3D tiskem, tak proč nezkusit i pneumatiku?

Vytiskl jsem 2 kusy a začal je zkoumat ... jak je možné, že je to elipsa?! Po pečlivé kontrole 3D modelu a dokonce i vygenerovaných tiskových cest jsem stále netušil, proč mi tiskárna z kruhů dělá elipsy, navíc šikmo mezi tiskovými osami. Dokonce i kontrolní výtisky v ose X a Y ukazovaly zcela stejné výsledky (mimochodem by mě zajímalo, proč výchozí nastavení udělá na 14cm chybu 1mm). Nakonec se ukázalo, že tiskové osy na sebe nejsou kolmé. A to tak, že velmi – chyba na 15cm byla 3mm, slovy tři milimetry! Navíc tiskárnu skládal nějaký diletant, protože lineární ložisko pohybu tiskové plochy sice bylo přesně v drážce, jak má být, ale celý mechanizmus byl takto nakřivo. No nic, povolil jsem ložisko, otočil mimo drážku a pevně utáhl. Na třetí pokus byla chyba na 15cm pouze 0.1mm, což je ok. Hle, kruhový 3D model rázem produkuje kruhový výtisk, sláva.

První dva vzorky materiálů k testům mi ochotně poskytli borci z firmy NC computers . Jako první jsem zkoušel vzorek materiálu Flex od firmy Torwell. Vzorek byl žlutý, nicméně v nabídce byla i černá varianta. Materiál je po tisku matný, takový trochu houbovitý, pro maketový vzhled pneumatiky překvapivě věrný. Tvrdost výtisku by za určitých okolností byla i použitelná, tisk byl vcelku spolehlivý, materiál při tisku výborně držel na tiskové ploše.

Druhým kandidátem byl řekněme experimentální Elastic od české firmy Fillamentum . Tento materiál byl k dispozici pouze v průhledné "natural" variantě. Chování materiálu ale nebylo dobré, materiál se odlepoval od tiskové plochy a výtisk se deformoval. Nicméně to bylo v daný okamžik dobře, ale to jsem ještě nevěděl :) . Své poznatky jsem sepsal do mailu a poslal jak borcům do NC computers , tak do firmy Fillamentum .

Na základě emailu se zkušenostmi s tiskem materiálem Elastic se mi ozval přímo pan ředitel firmy Fillamentum . Elastic se v té době již nevyráběl, měli ale připravenou novou řadu materiálů Flexfill. Obdržel jsem vzorek v barvě metalic-gray.

Znechucen z dosavadních výsledků časově velmi náročných pokusů o 3D tisk pneumatiky jsem ledabyle hodil tento materiál do tiskárny, nastavil hrubý tisk. Aniž bych očekával jakýkoli výsledek, pozoroval jsem chování při tisku. Tento materiál se choval z dosavadních vzorků nejlépe. Sice ho bylo málo, takže se pneumatika nedotiskla, ale materiál výborně držel na tiskové ploše, nesnažil se vyklouznout z podavače a výtisk se nedeformoval. To začínalo být zajímavé.

Detailně jsem sepsal své poznatky a znovu jsme s panem ředitelem prodiskutovali výsledek. Zřejmě jsem měl při tisku moc vysokou teplotu, povrch není úplně čistý. Ale to nevadí, zkusím černou variantu ... až bude. Bohužel jsem se od pana ředitele také dověděl, že trend tisku pružných materiálů směřuje k tvrdším variantám, prostě proto, aby byl tisk snazší i na méně kvalitních tiskárnách. Těmto pohnutkám rozumím, ale na pneumatiky by tvrdší varianta tohoto materiálu už nebyla vhodná.

Od té doby jsem příležitostně sledoval e-shop Fillamentum , jestli se objeví role černého Flexfillu.

Flexfill materiály byly stále beznadějně vyprodané, chtěl jsem tedy dát šanci Torwell Flexu. Proto jsem udělal v 3D modelu takové úpravy vnitřního uspořádání, aby výtisk byl funkčně měkčí a objednal jsem roli černého Torwell Flexu. Katastrofa ! Firma Torwell změnila recepturu, materiál je ještě tvrdší a navíc jsou na mojí tiskárně výsledky žalostné. Materiál klouže v podavači, všemožně se snaží vysmeknout se z tiskové hlavy a někde se zašmodrchat. Navíc vůbec nedrží na tiskové ploše a výtisk se postupně deformuje. Nic horšího jsem zatím netiskl. Diskutoval jsem problematiku s dodavatelem, nakonec se sice podařilo najít způsob, jak materiál na tiskové ploše aspoň částečně udržet, ale žalostná spolehlivost zůstala. Navíc to nejde lepit...

Černý Flexfill se objevil až koncem listopadu. Ihned jsem objednal roli. Druhý den ráno jsem k objednávce ještě obdržel email od pana ředitele s tím, že mi nechal přibalit i novou variantu měkčího Flexfillu, k jejímuž vývoji přispěl i můj požadavek na měkký materiál na modelové pneumatiky. To mě velmi potěšilo a netrpělivě jsem čekal na balíček.

Jako první jsem zkusil černou variantu Flexfillu. Věděl jsem, že výtisk bude tvrdý a že možná budu muset dělat další úpravy 3D modelu tak, aby pneumatika byla vůbec použitelná. Hlavně jsem ale chtěl zkusit, jestli tisk vůbec doběhne. Po katastrofálních zkušenostech s Torwell Flexem jsem ani zde neočekával v podstatě vůbec nic. Vložil jsem Flexfill do tiskárny a na hrubou kvalitu jsem pozoroval průbeh tisku. Tisk se dokončil bez jakýchkoli problémů, byť jsem zpočátku trochu laboroval s teplotou. Výtisk držel na tiskové ploše tak skvěle, že jsem měl problém ho utrhnout. První úspěch, materiál, který nemusím při tisku ručně "udržovat při životě" :) .

A co tahle role průhledného měkkého Flexfillu? Jako první jsem musel rozebrat tiskovou hlavu a vyndat z ní veškerý předchozí materiál. Měkký Flexfill je tak průžný, že nedokázal předchozí materiál z hlavy vytlačit. Žádný problém, to mě nepřekvapuje. Rozborku tiskové hlavy už umím, tiskárna je po mechanické stránce velmi nespolehlivé zařízení, pořád tomu krámu něco je, pořád se to musí nastavovat a kontrolovat :( . Aspoň když se to správně nastaví, tak produkuje výborné výsledky...

Nejprve doladění přítlaku podavače. Nechápu, který diletant podavač montoval – osa podavače není zcela kolmá na tiskovou hlavu, takže při větším přítlaku se pružné materiály snaží postupně vysmeknout. Ani přítlačné kolo tomu nijak nepomáhá. Přítlak doladěn, jdeme na to, nejprve v hrubé kvalitě, prostě jen jestli se to dokončí. Pečlivě jsem sledoval průbeh tisku. Materiál nemá rád změny rychlosti průtoku tiskovou hlavou (to je pochopitelné, je pružný). Zároveň ale vyžaduje nějaký minimální průtok, jinak v hlavě vře. Postupně jsem dolaďoval rychlost tisku a teplotu a tohle je výsledek.

Tisk se podařilo dokončit, pneumatika je pružná tak akorát. To vypadá nadějně! Výtisk opět drží na tiskové ploše "jaxviňa", což je super. Výtisk se nedeformuje, ale jsou na něm patrné vibrace celého stroje a hrubý, ne-zcela dokonalý tisk. To nevadí, to zkusím doladit, hlavně aby si materiál nechal líbit nejvyšší kvalitu tisku.

Nejvyšší kvalita tisku (vrstvička 0.05mm). Po dvaceti hodinách zcela spolehlivého tisku ... zázrak! Materiál se podařilo parádně "nalejt", jedna vrstvička jako druhá, krásně spojené. Poprvé jsem měl z 3D tisku radost:

Pozn.: černý pruh je jen nabarvení výtisku černým lihovým fixem pro představu, jak by asi mohla vypadat pneumatika černá a hlavně je na černém lépe vidět kvalita výtisku.

Porovnání s předchozím testovacím výtiskem s tloušťkou vrstvy 0.2mm.

Výtisk má jedinou chybičku – není černý :) , ale to doufám borci z Fillamentum ještě doladí, protože chování tohoto měkkého Flexfillu je pro mé účely zcela vyhovující. Takže konečně mohou být zahájeny jízdní zkoušky nové pneumatiky.

Krásné "dubnové" počasí nám umožnilo provést první jízdní zkoušky prototypové pneumatiky.

Aby to nebylo vyloženě jak pěst na oko, tu kvalitnější polovinu pneumatiky jsem začernil. Nikdy bych neřekl, kolik toho v terénu vydrží nátěr lihovým fixem :) .

Teď je taky na detailních fotkách lépe vidět, jak tiskárna zvládla jednotlivé vrstvičky. Názor na kvalitu tisku nechť si každý udělá sám, mně se výsledek vcelku líbí, dal bych mu známku 2. Vidím tam tyto nedostatky:

• Materiál je jakoby jemně zubatý. To možná souvisí s přítlakem podavače tiskárny, težko říct. Už nemám dost testovacího materiálu, vyladění tohoto procesu nechám na později.
• Na výtisku jsou patrné vibrace tiskárny. S tím bojuju trvale u všech výtisků. Řešit se to dá výrazným zpomalením tisku, ale 2 dny fakt testovací půlku pneumatiky tisknout nebudu.

Jízdní zkoušky měly ověřit:

• Pneumatika vydrží slepená ze dvou půlek, Tatře se nepodaří pneumatiku roztrhnout.
• Nedojde k nadměrnému opotřebení na asfaltu, betonu a nebo v terénu.
• Pneumatika nebude klouzat po ráfku.
• Pneumatika bude přiměřeně pěkně vypadat na fotkách :) .
• Pneumatika se bude odpovídajícím způsobem deformovat při jízdě v různých terénech, nasazená na zadním a/nebo předním kole.

Tady je ještě čistá ;) – zkouška na pevném povrchu, zda se nebude pneumatika nadměrně opotřebovávat.

Zkouška hrabavosti :)

Jak dlouho a jak moc mezi drapáky zůstane hlína

Je to dobré, pneumatika drží, jedeme do vojenského prostoru k delším testům

Po návratu

Pneumatika nasazena na přední kolo

Výsledky

• Půlky výtisku nejdou slepit dostatečně pevně. Možná polyuretanovým lepidlem, ale vteřiňák to nedá. Už při suchých testech na stole jsem dokázal pneumatiku roztrhnout napůl. Svařit to ale jde dobře, konec konců je to termoplast. Pro finální výtisky to bude ale chtít trochu decentnější metodu, než to objet trafopáječkou :) .
• Pneumatika by mohla být ještě měkčí. Sice se při zátěži umí pěkně promáčknout (zvláště při najetí na kámen), na rovině se ale moc deformovat nechce. Taky při jízdě v kruhu na asfaltu se pneumatika nechtěla moc stranově deformovat. To by mělo být řešitelné úpravou 3D modelu, nějaké "sádlo" by se tam ještě odstranit dalo.
• Budou v tom skvěle držet řetězy :)

A paradoxně tu mám jeden vyloženě nebezpečný výsledek – zlepšení záběru pneumatik v terénu by mohlo mít neblahý vliv na převody, které už za 9 let provozu nejsou v nejlepší kondici.

Další pokračování v příštím roce, až bude k dispozici černý Flexfill ;) .

Před několika dny ke mě dorazila dlouho očekávaná zásilka z firmy Fillamentum . Ano, měkký Flexfill 92A v černé barvě RAL 9017. Materiál dorazil ukázkově zabalený v krabici a neprůhledném igelitovém pytli, který lze opakovaně vzduchotěsně uzavřít. To je velká výhoda oproti produktům jiných výrobců – materiál lze po tisku vrátit do pytle se silica gelem a zabránit tak jeho vlhnutí.

Materiál jsem zavedl do tiskárny a opatrně začal kontrolovat, zda jeho vlastnosti odpovídají vývojovému vzorku, se kterým jsem realizoval testovací pneumatiku. Zejména mě zajímalo, zda materiál i nadále splňuje následující:

• perfektní přilnavost k tiskové ploše
• nechá si líbit tisk tloušťkou vrstvy 0.05mm
• výtisk se nebude při chladnutí deformovat
• nebude se zasekávat v podavači ani se snažit z něj vyklouznout

Po prvních testech se potvrdilo, že výše uvedené vlastnosti jsou nadále tak skvělé, jako měl vývojový vzorek.

Tisk na čisto
Původně jsem používal slicer Cura. Ten ale vytrvale, zcela zbytečně a bezdůvodně škrtá v 3D modelu části, které nejsou aspoň 2x širší, než je průměr otvoru tiskové trysky.

Zkusil jsem proto pro pneumatiku KISSlicer, s nímž mám zatím ty nejlepší zkušenosti co se týká generování podpůrných konstrukcí, dvoumateriálového tisku a řízení toku materiálu.

Problém – KISSlicer sice naprosto perfektně zajistil, že Flexfill 92A bude mít tu svou konstantní rychlost průtoku tiskovou tryskou, bohužel však vygeneroval zbytečné přesuny tiskové hlavy napříč tištěným prostorem. Tisk se dokončil po 13 hodinách, bohužel výtisk nemá tak kvalitní povrch, jako měla moje testovací půlpneumatika.

Čím to? Že by nový Flexfill 92A nedělal tak krásný povrch? Nezbývalo než udělat tlustější podpůrnou konstrukci v pneumatice, aby ji Cura slicer neškrtnul, a provést tisk podle předpisu z Cura sliceru. To mimo jiné znamenalo, že tisk nebude trvat 13h, ale 21h – právě kvůli tomu, že podpůrné kruhy Cure musí vygenerovat jako 2 stopy, namísto jediné u KISSliceru. Plných 8 hodin navíc naprosto zbytečně kvůli tomu, že autor tohoto softwaru chtěl být chytrý a řekl si, že tvary s tloušťkou pod 0.35mm prostě bude škrtat...

Porovnání tiskových cest – vlevo KISSlicer, vpravo Cura:

Neefektivitu a plýtvání časem a materiálem v případě Cura sliceru bych za normálních okolností nebyl ochoten tolerovat, jenže ... prohlédněte si porovnání obou výtisků. Vlevo je KISSlicer, vpravo Cura. Výtisk KISSliceru je už po očištění (byl velmi "chlupatý"), výtisk Cura je naopak zcela bez jakékoli úpravy, dokonce je na něm ještě vidět zbytek materiálu vyteklý po dokončení tisku při odjetí tiskové hlavy.

Cura dosahuje výrazně čistějšího povrchu při stejné teplotě a rychlosti tisku. Hlavním důvodem je fakt, že negeneruje hloupé cesty napříč modelem mimo aktuálně tištěnou oblast (čili drobně tekoucí materiál z trysky se "schová" v aktuální vrstvě). Pak je tu ale ještě něco – na první pohled je celkově povrch výtisku zpracovaném Cura slicerem je hladší a čistější, není takový okoralý, jako u KISSliceru. To nedokážu zatím vysvětlit.

Ale pozor – abyste si nemysleli, že Cura slicer je ten jediný správný a plně funkční. Kromě toho, že jeho algoritmy generování podpůrného materiálu maji k použitelnosti hodně daleko (a to je velmi slušně řečeno), má Cura slicer jednu naprosto vražednou vlastnost ... tedy aspoň v implementaci v tiskovém softwaru Repetier Host. Lze nastavit asi 5 rychlostí pro různé typy tiskových cest (vnější obvod chceme co nejpomaleji, aby byl nejhezčí, vnitřní výplňové cesty nejsou až tak podstatné). Jenže – má interně ještě jednu rychlost pro nějakou tiskovou cestu, která se nedá nastavit a činí odhadem cca 40mm/s. Tak vysoká rychlost je pro Flexfill 92A smrtelná, materiál se zasekne v tiskové hlavě, zvláště při nízké teplotě tiskové hlavy, která je nezbytná k přesnému a čistému tisku.

Už v minulosti jsem na tento problém narazil, ale tentokrát jsem si opět naběhnul. Umíte si jistě představit, jakou jsem z toho měl radost, když se po 9 hodinách tisku materiál zaseknul. Řešením je samozřejmě nechat vygenerovat tiskové cesty 2x rychlejší a pak tisk 2x zpomalit. Tím se vliv té nepříjemné chyby eliminuje.

Aktuální stav je tedy: 2 úspěšně dokončené půl-pneumatiky. A další kusy bude nutné tisknout podle vygenerovaných cest Cura slicerem, protože povrch výtisku KISSliceru nedosahuje tak skvělého vzhledu ... bohužel.

Ještě by mě zajímalo, proč jsou jednotlivé vrstvičky jemně zoubkované... že by nějaká další z mnoha "feature" 3D tiskárny?