
Újonnan induló cikksorozatunkat annak apropóján olvashatjátok, hogy a 3D-nyomtatás is látványosan kezd bejárni egy olyan utat, mint amit annak idején például a GPS: lassan lecsúszik a techlapok szenzációs oldalairól, és átcsorog a mindennapjainkba, méghozzá viszonylag elérhető árszínvonalon. Ezért a következőkben megkísérlek semmiféle előzetes ismeretet nem feltételezve olyan, egy adott, teljes technológiai folyamaton átívelő áttekintést nyújtani, aminek a végén közelebb kerülhetsz ahhoz, hogy kialakulhasson benned egy megalapozott vélemény arra vonatkozólag: racionális döntés lehet-e az a számodra, hogy beszerezz és működtess egy 3D-nyomtatót az otthonodban?
A következő kérdések köré csoportosítottam a témát:
- Mi ez, mire jó?
- A kezdő lépés: a 3D-s modell
- Gépi nyelvre fordítva: slicing és nyomtatás
- Záró kérdések: biztonság, környezetvédelem, tartósság, utómunkálatok, költségvonzatok...
Az alábbiakban tehát abban próbálok segíteni, hogy kialakuljon benned egy kép arról, milyen jellegű képességekre tehetnél szert egy, a számítógéped mellé újonnan leparkolt 3D-nyomtatóval – mit kapsz a pénzedért és mire tudnád használni?
Ezt megelőzőleg viszont ismerkedjünk meg magával az eljárással!
Mi ez?
A „lakosságilag elérhető” technológiák talán három komolyabb csoportba gyűjthetőek, bár ebből egy tulajdonképpen nem nyomtatás, csupán társtechnológia – ezek a 3D-tollak, amelyekből egyről lapunkban is olvashattatok.
Működésük nagyon hasonlít a ragasztópisztolyokéhoz (egy temperált fúvókán keresztül megömlesztett anyagot préselünk ki, amely aztán visszadermed), a dermedés helyének térbeli kijelölésével pedig a műanyag modellünknek jól meghatározható alakot tudunk adni.

A 3D-toll esetünkben hasznos lehet, ha felületeket kell ragasztanunk, javítanunk, vagy csak szobrászkodnánk, de – hacsak nincs egészen elképesztő kézügyességünk – szabad kézzel elég komoly problémákba fog ütközni mondjuk egy csavarmenet pontos térbeli „lerajzolása” gyakorlatilag egy túlképzett fogkrémes tubussal. A megoldás az iparban már régóta alkalmazott, rendkívül sokrétű CNC-vezérléses gépekhez hasonló elrendezés megvalósítása, amennyiben ezt a „fogkrémes tubust” felszereljük egy, a tér minden irányában mozogni (rendszerint forogni nem!) képes, pontos pozicionálást megvalósító szerkezetre, így a kézügyesség kritériumát kiiktatjuk a problémából. Ezzel jutottunk el az FDM (Fused Deposition Modeling) technológiához. Gyakorlatilag tehát egy olyan 3D-tollról van szó, amelynek a mozgását a térben „robotizáltuk”.

Ez tekinthető a legelterjedtebb otthoni opciónak. Mivel a nyomtatófej forgásra – a kezünkkel ellentétben – nem képes, ezért először a gépasztalra elkészíti modellünk legalsó rétegét, majd arra merőlegesen feljebb lép egy rétegnyit és a már meglévő részhez hozzáadja a következő réteget, és ezt ismétli a modell legfelső felületéig. Erről és a módszer ebből eredeztethető korlátairól bővebben a harmadik részben fogok szót ejteni.
A másik, ettől gyökeresen különböző technológia nem ún. hőre lágyuló polimereket, hanem „hőre keményedő” műgyantákat használ. Molekulárisan a különbség az, hogy itt az egyes polimerláncok (hosszú, több ezer ismétlődő építőegységből felépülő műanyag-molekulák) között létrejönnek keresztkötések, és térhálós szerkezet keletkezik, méghozzá gyakorlatilag visszafordíthatatlanul. Ez a sztereolitográfia (SLA) technológiája, illetve annak vadhajtásai (pl. DLP). Népszerű képviselőik például az Elegoo Mars vagy az Anycubic Photon.

Ebben az esetben kiinduló alapanyagnak adott a folyékony állapotban lévő gyantánk, ami ultraibolya fény hatására szilárdul meg – kissé olyan ez, mintha egy lézernyomtató nem azt mondaná meg, hogy „hol égjen rá a festék a papírra”, hanem „hol keményedjen meg egy folyadék”. Ebbe a gyantafürdőbe így egy asztalt merítve, majd azt megvilágítva leképezhetjük az első réteget, majd az asztalt felfelé elmozdítva az új rétegnek megfelelő bevilágítási mintázattal a másodikat és így tovább. Az elkészült munkadarabról aztán alkohollal letakaríthatjuk a maradék gyantát, és utó-térhálósíthatjuk – ehhez akár a napfény is elegendő lehet, de kaphatóak külön erre a célra készült berendezések.
Az SLA nagy általánosságban részletesebb és egyenletesebb mechanikai tulajdonságokkal bíró modellek előállítását teszi lehetővé, így például az Eiffel-torony modelljét, egy fogaskereket vagy egy World of Warcraft karaktert feltehetőleg célszerűbb inkább egy ilyen nyomtatóra küldeni rá, semmint egy FDM-gépre, viszont (ugyancsak „nagy általánosságban”) azonos pénzért kisebb munkatér jár, a folyamat pedig pepecselősebb és mocskosabb: a gyanta kezelése, takarítása és tárolása, illetve maga a technológiai folyamat számottevően kevésbé szoba-, és felhasználóbarát, mint az FDM. Kezdő/általános hobbi célra tehát jellemzően érdemesebb egy FDM-gépet választani, és ezért a továbbiakban az FDM-mel is fogunk majd bővebben ismerkedni.
Mire jó?
Hozzávetőlegesen azt láthatjuk, hogy úgy a 100 (+/- 30) ezer forintos tartományban érdemes gondolkodni „háztartási 3D-nyomtató” esetében a padlóról indulva. Finoman szólva nem indifferens tehát, hogy miután az újdonság varázsa lepergett, egy érdekes és rohadt drága szobadísz lesz-e a gép, vagy egy hosszútávon hasznos és szórakoztató kiegészítő. Ez ugyan az egyéni beállítottság, a felmerülő feladatok és a technológiai korlátok egy sajátos függvénye, de inspirációnak hoztam néhány saját példát.

Kapásból nem feltétlenül elvetélt ötlet a játékokban látható 3D-s modellek fizikai megvalósítása, de célszerű ezt azért óvatossággal kezelni. Nem csupán a modellek exportálása ütközhet problémákba, a nyomtathatóságuk sem minden esetben magától értetődő. Ezzel együtt is nem kevés példát találhatunk nyomtatott fegyverekre, járművekre, logókra vagy akár karakterekre, méretüket tekintve a szerepjáték-bábuktól a cosplay-kiegészítőkig. A fenti képen bal oldalt a Homeworld: Deserts of Kharak egy járművének, egy gaalsien Honorguard Cruisernek a modellje látható erősen félkész (további tömítés, csiszolás, festés stb. előtti) és „alacsony felbontású” állapotában, míg a jobb oldalon a Stardew Valley pixeltyúkjából nyomtatással, festéssel és gyantaöntéssel elkészített kulcstartó (...szerűség). Több darabból álló modellek előállításával, pláne modellezési ismeretekkel felvértezve pedig tulajdonképpen csak anyagi akadályai lehetnek egy lézerkardgyűjteménynek vagy a Halo-sorozat gépkarabélyának 1:1 méretarányú modelljének a birtoklásának.

Egy fokkal gyakorlatiasabb példát hozandó: a fenti esetben erősen untam, hogy egy centiméteres kis tönknél fogva, két ujjal kellett húzkodnom a szúnyoghálót, ezért felskicceltem köré egy épkézláb fogantyút. Ugyan mind a nyomtatók által alkalmazott alapanyagok, mind maga az eljárás arra int, hogy józan önmérsékletet kell tanúsítanunk a „műszaki” célú felhasználás során, kisebb javítások, pótlások megoldására megdöbbentően flexibilis és hasznos eszköz tud lenni.

Egy projekthez timelapse-felvételeket készítettem a telefonommal, de szerettem volna valami rugalmasabb és elegánsabb megoldást, mint az addig használt rögtönzött, kartonból vágott-ragasztott támaszom – így jött létre ez a hétvégi projekt. Látható, hogy a tervezés kezdetétől szem előtt tartva az FDM-technológia lehetőségeit egész pofás mechanizmusokat tudunk házilag összerakni. A képen látható grafitbevonat kenőanyagként van jelen – a műanyagokat zsírozni nem minden esetben jó ötlet a feszültségkorrózió miatt.

A CT-felvételek szeleteit némi munkával és manuális tisztítással vissza lehet építeni háromdimenziós geometriává – egész hasonlóan az STL-fájlok működési elvéhez (lásd majd a harmadik részben). Mivel elég erősen nem „food-grade” termékről van szó, ott még nem tartunk, hogy házilag gyártsunk műfogsort, de láthatóan nincs elvi akadálya annak, hogy akinek kedve támadna kézbe venni a saját belsőségeit, az megtegye.

Végezetül pár egyéb apróság. A képen láthattok Commodore 64 porttakarólemezt, szárnyas anyát, igazolványtartót vagy kocsi kalaptartóhorgának pótalkatrészét – fogalmam sincs, hogyan sikerült elveszíteni a kettőből az egyiket, de miután a másik megmaradt, a másolat elkészítése nem ütközött nehézségekbe.
Ennyi gyengén palástolt kedvcsináló – vagy cinikusabban: beetetés – után esetleg felkiáltasz: „Ez a cucc tehát bármit megcsinál!” Michael Reeves után szabadon: igen, bármit megcsinál... csak rosszul. Viccet félretéve: remélem, hogy sikerült kialakítanom azt a benyomást, hogy már a házilag elérhető színvonalú 3D-nyomtatás is számottevő lehetőségekkel kecsegtet – mindez azonban elválaszthatatlan a technológia és az alapanyagok bizonyos korlátaitól (irányfüggő tulajdonságok, méretpontosság, szilárdság, az alátámasztás problémája stb.), amiket már az első lépéstől kezdve sem célszerű szem elől téveszteni az optimális eredmények érdekében.
Az a bizonyos első lépés viszont az, hogy egyáltalán valahogyan eljussunk egy nyomtatható digitális 3D-modellig. A teljesség igényét tökéletesen nélkülözve bár, de erről fog szólni a következő rész.

3D-nyomtatás otthon – 2. rész: A digitális modell
Hogyan szerezhetjük be vagy készíthetjük el a 3D-nyomtatható modellt?