Pikavalmistus avoimen koodin laitteilla Merkitys ja käyttö Risto Linturi
Teolliset vallankumoukset Rifkin & al., endorsed by European Parliament in 2007 1. vallankumous painokoneet ja laaja lukutaito höyrykoneiden avulla, höyryvoimalla toimiva joukkoliikenne ja teollinen tuotanto 2. vallankumous sähköinen viestintä, öljypohjaiset koneet, sarjatuotanto, esim. Fordin T-Malli, ihmisten ja tavaran mobilisaatio. 3. vallankumous uusiutuva energia, kasvava hajautettu sähkövoiman tuotanto/varastointi/käyttö sekä pikavalmistuksen/3d-tulostuksen avulla paikalliseksi hajautettu ja yksilöllistetty tuotanto http://en.wikipedia.org/wiki/the_third_industrial_revolution http://www.worldfinancialreview.com/?p=1547
Esimerkki: uudentyyppiset tuotteet Valmistus pikavalmistuslaitteella Kuvan latausteline ja kuori kaupassa hintaan 37E + 20E Keittiön pöydälle sopiva 10K-euron laitteisto voi valmistaa 5.000 kpl iphonekuoria kuukaudessa, materiaalikustannus 2.000E Kuoret voivat olla yksilöllisesti nimikoituja, kuvioituja ja värjättyjä esim. pöytäliinan mukaan Tuomarinpillejä voisi omakotitalossa valmistaa 10 KE investoinnilla noin puoli miljoonaa kappaletta vuodessa. Kauppahinta nyt 5 e/kpl.
Jotta tuote voisi olla edullinen, tulee tuotantokoneen olla nopea tai halpa! Edulliset 3D-tulostimet järkeviä tuotteiden valmistukseen, jos valmistusmäärät ja tuoteominaisuudet sopivia Huomattavaa: muovimuotin kustannus helposti 10KE. Jos sarjan koko on esim. tuhat kappaletta, muotin kustannus kappaletta kohden jo 10E. Edullisen 3D-tulostimen tuloste saadaan jälkikäsittelyllä viimeistellyksi Tuomarinpillin pääomakustannus pilliä kohden noin kaksi sentttiä, materiaali 2-20 senttiä riippuen siitä, tehdäänkö lanka itse Yksi käyttäjä hoitaa 20-40 konetta!
Uudentyyppinen t&k-prosessi, esim Crowd sourcing verkon käyttäjät voivat esitellä tuotteiden 3D-malleja asiakkaiden äänestettäväksi tai tilattavaksi Crowd sourcing hankala, jos käyttäjillä ei ole omia tulostimia Verkossa useita hankkeita, joissa ryhmä kehittää yhteistä laitetta, esimerkiksi kaappikelloa
Kotitulostus, koulut, kirjastot, tutkimus Valmiiden mallien tulostus Harrasteet, oma mallinnus Oppiminen / koulut, kirjastot Kokeilut, kehittäminen modifiointi materiaalit laiterakenteet ohjelmistot
RepRap-projekti http://reprap.org/wiki/reprap Stratasysin patenttien rauetessa Bathin yliopistossa kehitettiin termoplastisten muovien pursotukseen sopiva laite ja ohjelmistot ohjelmistot ja elektroniikka kehitettiin avoimen koodin projektina projektin suunnitelmiin perustuvia laitteita jo runsaasti markkinoilla, yhteinen myynti on jo useita kymmeniä tuhansia, ohjelmistot edelleen yhteensopivia Alkuvaiheen laitteita sukupuineen Darwin -> Mendel -> Huxley avoimen koodin lipunkantaja RepRap-projekti -> Makerbot Cupcake -> Thing O Matic -> Replicator 2 (Makerbot) -> Rapman -> 3D Touch -> CubeX (3D Systems) Makerbot ja 3D Systems osin sulkeneet kehitystyötään
Makibox alkaen 200$ Toimitukset alkavat 6/2013 Rakennussarja Valmistaja honkongilainen startup 300$ versiossa lämmitetty tulostusalusta, 350$ metallikuori Tulostusmateriaalit PLA, ABS Tulostusalue pieni 15cm * 11 cm * 9cm Ramen 100E pursottaa lankaa pelleteistä (toimitusaika?)
minifactory kotimainen 3D-tulostin Tulostusala 150mm*150mm*155mm Tukeva viimeistelty ohutlevyrunko Lämmitetty lasinen tulostusalusta Kerrosväli 0.1mm, kohdistustarkkuus 0.01-0.016mm, pursotin 0.35mm Pursotin ja lankapaksuus vaihdettavissa, tulostusalusta helposti vaihdettavissa Helppo huollettavuus Toiminta avoimen koodin sovelluksilla Pursotin, elektroniikka, mekaniikka ja tulostusalusta kaikki omaa suunnittelua Lämpötila-alue PLA, ABS, Nailon, HPDE 790E + alv.
B9Creator noin 2.000 euroa Erittäin tarkka harrastelaitteeksi Avoimen lähdekoodin hanke Tulostaa kovettamalla fotopolymeeriä tavallisella dataprojektorilla Tulotusalue 100mm*76mm*200mm Tulostusmateriaalit kelpaavat tarkkuusvaluun ja mm. korunvalmistus on demonstroitu Maksimitarkkuus 50 mikronia http://b9creator.com/source-files/ Open source resin printer
Avoimen koodin jauhelaite Pwdr 0.1 Avoin design, osat hyllytavaraa, osien hinta noin 1.000 euroa Jauheen levitys, liimaaminen ja väritys. Kehitteillä myös lasersintraukseen perustuva versio Maximum build size: 125mm x 125mm x 125mm Print resolution (3DP): 96DPI Minimum vertical step size: 50 m Speed (depending on printed part): ±1 minute per layer
Muut materiaalit Saven sovittaminen RepRap -perheen tulostimiin onnistuu palveluntarjoajilta. Hienojakoinen savi pusertuu ja jähmettyy ohuinakin rakenteina, ja aihiot lasittuvat hyvin. Pikavalmistettu keramiikka on kaupallista toimintaa, mutta selvityksessä ei tullut esiin kaupallisia laitteita, jotka myytäisiin tähän tarkoitukseen. Suklaata on myös käytetty onnistuneesti tulostusmateriaalina. Pikavalmistetut yksilölliset suklaakoristeet eivät liene kovin tärkeä uuden teknologian sovellus, mutta mitä edullisemmaksi teknologia kehittyy, sitä arkisempia asioita sillä tehdään. Essential Dynamics'n laite tukee kaikkia ruiskusta puristettavia materiaaleja kuten silikoni, keraaminen savi, suklaa. Laitteen hinta n. 3.000$ http://www.psfk.com/2012/01/3d-printer-chocolate-cupcake.html Lääketieteen käyttämät tulostusmateriaalit, elektroniikan pikavalmistus, elintarvikkeiden monimuotoisempi pikavalmistus ja monet muut tulevaisuuden visiot kokeillaan tyypillisesti modifioiduilla avoimen koodin laitteilla suljetun koodin laitteiden modifiointi hankalaa.
Edullisten pursotinten hankaluuksia Tulostustilan lämpötila ei ole säädetty (Stratasysin patentti voimassa) huonelämpötila vaikuttaa tulostuksen säätöihin Osa muoveista kutistuu jäähtyessään (warping) eikä tulostusalustan lämmitysvaikutus ulotu ylempiin kerroksiin aiheuttaen vääristymistä Vapaasti hankittavat materiaalit ja ohjelmistot aiheuttavat säätötarvetta Erillinen tukimateriaali usein puuttuu tai toimii hankalasti Laitevalmistajat eivät ole kovin pysyviä, koska IPR siirtyy helposti yritykseltä toiselle toisaalta osat ovat usein vaihtokelpoisia Laatu vaihtelee ja rakennussarjat vaativat harrastuneisuutta Osa laitteista selkeästi rajoittuneita, esim. vain PLA, vain ABS jne.
Avoimen koodin FDM-laitteiden etuja Ohjelmistot keskenään yhteensopivia Ohjelmistot kehittyvät nopeasti Ohjelmistot/laitteet modifioitavissa Materiaali vapaasti hankittavissa ja valikoima kasvaa jatkuvasti nailon, laywood,... Tulostusmateriaali edullista, itse tehtävissä pelleteistä Laitteiden dimensiot ja materiaalit vaihdettavissa pienellä lisätyöllä Laitteiden rakentaminen itse mahdollista (kuvassa malli Sovelto) elektroniikkaa, runko-osia, pursottimia yleisesti saatavilla
Avoin elektroniikka ja firmware Arduino (Sanguino) avoimen koodin elektroniikka, jota reprappohjaiset avoimen koodin laitteet käyttävät Kortilla ohjaukseen tarvittavat tulot, lähdöt, USB lisäksi tarvitaan ohjauspiirit askelmoottoreille Arduino/Sanguino kortille ladataan firmware tavallisin firmware on Marlin kehittyy nopeasti (http://reprap.org/wiki/list_of_firmware) firmware saa loogiset ohjaukset kuoriohjelmalta ja muuttaa ne fyysisiksi askelmoottorin, lämpövastusten ja tuulettimien ohjauksiksi Firmware yleensä yhteensopiva useiden tai kaikkien eri kuoriohjelmien kanssa Firmwaren muokkaukseen omat sovelluksensa
Repetier Host avoin kuoriohjelma ohjataan (vain) laitteita, joissa on Marlin-firmware vaihtoehtona Pronterface tai ReplicatorG http://solidoodletips.wordpress.com/2012/08/22/setting-up-repetier-host/
Slic3r vaihtoehtona Skeinforge G-koodin tuottaminen STL-mallista, Slic3r helppokäyttöisempi ja nopeampi, mutta vaikeissa tilanteissa kumpi tahansa voi olla parempi
Sweet Feast Bertrand Benoit
3D-mallin tulostuskelpoisuuden tarkistus Tiedoston tulostuskelpoisuuden tarkistukseen tavallisimmat sovellukset ovat Netfabb Studio ja DeskArtes 3Data Expert Netfabb lukee mm. OBJ, AMF, STL, X3T ja eri kirjoitinkohtaisia tiedostoja 3Data Expert lukee lisäksi VRML, IGES, 3DS ja DXF Tiedoston tulee olla "siisti" umpinainen kolmiopinta kolmiot eivät saa mennä sisäkkäin tai limittäin Netfabb ja 3Data Expert sisältävät välineitä, joilla virheitä voi korjata ja tuottaa tulostuskelpoisen tiedoston
Tulostustiedoston tekeminen Varsinainen tulostimelle ohjattava tiedosto luodaan STL-tiedostosta tai laitekohtaisesti muusta tiedostosta, johon muokkausohjelma on RepRap-perheen laitteissa tulostustiedosto (g-koodi) sisältää tiedot tulostuskerroksen paksuus kunkin pursottimen kulkema X,Y-polku kullakin tasolla pursotinten kulkunopeus pursottaessa ja siirryttäessä kunkin pursottimen lämpötila kussakin työn vaiheessa pursotusnopeus kussakin työn vaiheessa tuulettimien käyttö vaiheittain Tiedot ovat muokattavissa oletusarvoisesti materiaaleittain, mutta myös g- koodi on editoitavissa (hankalaa, koska koodi on usein massiivinen) Reprap-perheessä sovellus on Skeinforge, tai Slic3r, tulostinta ohjaamassa on Repetier Host, Pronterface tai ReplicatorG. Isommilla laitetoimittajilla on ainakin toistaiseksi ovat laitekohtaiset variaationsa, kuten BfB:n Axon 2 Näillä ohjelmilla hoidetaan mm. kerrospaksuus, pintojen tulostusjärjestys, täyttökuvioiden asettaminen, tukirakenne, materiaalivalinta, sijoittelu yms., joista tiedoista osa välitetään slicer-ohjelmalle
Tulostamisen käytäntö Säätämistä on melkoisesti laitteissa, joissa on materiaalivalikoimaa, eikä olosuhdetta kontrolloida Säätäminen tehdään kaikkien materiaalien, tulostustarkkuuksien ja pintavahvuuksien osalta erikseen systematiikka auttaa kaverit auttavat Laadun, ajan ja materiaalin optimointi pursotintyyppisissä laitteissa melko aikaa viepää, mutta toistettavuus on hyvä