ISSN 2228-1932

10 aastat hobi – 3D printimist

koostas · Published · Updated

Alo Peets, TÜ arvutiteaduse instituudi informaatika assistent

Alo Peets töötab hetkel TÜ arvutiteaduste instituudis informaatika assistendina. 2013-2016 töötas ta osalise koormusega TÜ Ideelabori protokeskuse juhina ning sellest ajast pärinevad tema suured teadmised ja kogemus 3D printimise valdkonnas. Alo on 3D printimist tutvustanud paljudel avalikel üritustel, messidel, koolides, loengutes ja koolitustel. Alo koolitusmaterjalid on leitavad lehelt lingid.ee/3dprint. Artikli lõpus on Alo koolituse üheleheline põhimaterjal, mis kirjeldab 3D printimise protsessi ideest tulemuseni.

3D printimise ajalugu

DSC_0868Juba pool sajandit tagasi tekkisid esimesed kallid ja keerulised 3D-disaini tarkvarad (CAD tarkvara), mida kasutasid ainult insenerid ja arhitektid. 80-ndatel loodi mitmed tööstuslikud 3D printerid, mis olid kallid ja avalikkuse eest varjatud. Tööstuslike 3D printerite (SLA ja SLS) kiire areng kestab tänaseni. Viimastel aastatel on hakatud neid edukalt kasutama väikeseeria tootmises. Samas on tööstuslikud printerid endiselt kallid (10 000€ ja enam) ning seega tavakodanikule kättesaamatud. Laiatarbe 3D printerite sünniaastaks võib pidada 2007.a. maid kui valmis esimene RepRap printer. Sõna RepRap on lühend ingliskeelsetest sõnadest Replicating Rapid-prototyper (e.k. korduv-kiire prototüüpija).  Aasta hiljem valmis järgmine versioon, mis suutis edukalt iseendast koopiaid teha. Mitmed alamosad (metallvardad, elektroonika, mootorid ja juhtmed) tuli siiski eraldi osta, kuid kõik vajalikud täiendavad osad olid kättesaadavad hästi varustatud elektroonikapoodides (näiteks Oomipood Eesti mõistes).

korpusUmbes viis aastat tagasi ilmusid turule esimesed suhteliselt odavad hobi 3D printerid, millede levikule aitas kaasa KickStarter ühisrahastusplatvormi tekkimine 2011.a. RepRap ja paljud teised paralleelselt arendatavad 3D printerite disaini tarkvarad on avalikustatud kõigile huvilistele kasutamiseks (k.a. kommertseesmärkidel), mis on aitanud luua väga tugeva kogukonna ja ühiselt ülla eesmärgi nimel pingutamise tunde. Samuti aitas vabalt kasutatav disain palju kaasa 3D printerite tehnilisele arengule ning võimaldas  nende soetushindu pidevalt alandada. Praegu on RepRap tüüpi nn ise kokku pandava 3D printeri komplekti hinnaks juba umbes 200€ ning hinnad langevad jätkuvalt.

Mis on 3D printimine?

3D printimine on objekti ehitamine kiht kihilt. 3D printereid ja nende tööpõhimõtteid on erinevaid, kuid kõige levinum on Fuse Filament Fabrication (FFF). FFF tehnoloogia põhineb ideel suruda materjali läbi väikese kõrgel temperatuuril (u. 200C) oleva avause. Samal ajal avaust väga täpselt liigutades on võimalik kiht kihilt ehitada ilusaid ja keerulisi 3D objekte. 3D printerid kasutavad enamasti PLA (rahvakeeli: biolagunev maisiplastmass) või ABS (naftabaasil vastupidavam plastmass, mida kasutatakse ka näiteks LEGO klotsides), kuid levinud on ka muud materjalitüübid ja isegi pehmed materjalid. 3D printeritest on hetkel artikli autori arvates üks parimaid Ultimaker, mis oma keskpärase hinna ja  kõrge kvaliteediga on leidnud tee paljude inseneride lauale. Lisaks 3D printimisele on arenenud kiiresti 3D disaini tarkvarad ning  3D printerite stabiilsuse tõusuga on kohati 3D printimise rõhk ja keerukus liikunud 3D disaini loomisele.

Mis on 3D disain?

3D disain on arvuti abil ruumiliste mudelite joonistamine ja joonestamine. 3D disaini tarkvarad võib nende funktsioneerimise põhimõttel jagada kaheks:

3D Creationist – intuitiivne 3D disaini tarkvara, mis on sobilik kasutamiseks algklassidele ja algajatele. Olemas on nii nutiseadme versioon kui ka veebis kasutatav rakendus https://3dcreationist.com/app/

Google SketchUp – lihtsasti õpitav tarkvara, mis on hea ruumiliste kehade disaini ja CAD modelleerimise kombinatsioon, kuid pole kuigi sobilik 3D printimiseks mudelite tegemiseks, sest toodab vigast STL faili, mida tuleb hiljem täiendavalt parandada. https://www.sketchup.com/

TinkerCad – sobilik kasutamiseks põhikooli lastele ning alustavatele ruumiliste kehade joonistajatele. TinkerCadist on mimeid häid õppevideosid loonud Ingrid Maadvere ja need materjalid on leitavad Ingrid Maadvere YouTube kanalilt.

Solid Edge Academic – Solid Edge pärisversiooniga sarnased funktsionaalsused, aga joonistele märgitakse juurde, et tegu on akadeemilise versiooniga koostatud joonistega. Eesti haridusasutustele on see tasuta kasutatav ja alla laetav. Kasutatakse laialdaselt akadeemilistes ringkondades, kuna on tasuta ja on kõige lähemal päris inseneride poolt kasutatavatele CAD tarkvaradele. https://www.plm.automation.siemens.com/en_us/academic/resources/solid-edge/student-download.cfm

SolidWorks – üks populaarsemaid ja kasutajasõbralikumaid CAD inseneritarkvarasid, mida  kasutatakse laialdaselt inseneride poolt. Kommertslitsents maksab tuhandeid eurosid.

Autodesk Fusion 360 – Uus Tarkvara CAD maailmas “vanalt” tegijalt, mis võimaldab oma jooniseid jagada pilveteenuses ning kasutada parimat oma kohaliku arvuti ja pilveteenuste jõudlusest. Tarkvara on vägagi võimekas, kuid siiski lihtne kasutada ka algajatel ja alustajatel. Mugav ja loogiline kasutajaliides. Mitteärilistel eesmärkidel kasutamine tasuta. https://www.autodesk.com/products/fusion-360/students-teachers-educators

Iga erineva 3D printeri ja selle tarkvara versiooni jaoks on vaja erinevat tööfaili, mis ütleb, kuidas masin oma trükipead liigutama peab, et valmiks ilus ja kvaliteetne 3D_Robotex1objekt. Seda faili kutsutakse g-koodiks (gcode), mis on levinud käsustik erinevate automaatpinkide juhtimiseks. G-kood on defineeritud ISO 6983 ja EIA RS-274-D standardiga, aga iga tootja võib teha sinna muudatusi ja täiendusi. Seega erinevate tarkvarade ja masinate g-koodid ei pruugi olla omavahel sobivad. Samas enamik tootjaid üritab põhikäsud hoida samad. G-koodi fail on sisuliselt tekstifail, kus on kirjas kõik sammud, mida 3D printer tegema peab, et valmiks soovitud objekt. G-koodi kasutavad ka kõik automaatsed frees- ja treipingid, laserlõikurid, 3D printerid ja muud mitme-teljelised liikuvad masinad.  Tavakasutaja ei pea enamasti ise g-koodist aru saama ja g-koodi genereerib spetsiaalne tarkvara automaatselt. Enimlevinud tarkvarad, millega 3D printerite jaoks tööfaile (*.gcode) ette valmistatakse, on Cura ja MakerBot Desktop.

3D printerid hariduses

3D ja täpsemalt 3D printimine kogub iga aastaga järjest rohkem populaarsust ning paljudel on juba ka kodus olemas isiklikud 3D printerid. Viimaste jõulude ajal kinkis mitu minu insenerist sõpra oma lastele 3D printeri, mis nad siis isa abiga pühade ajal kokku panid ja selle abil koos erinevaid asju valmistasid. 3D printimine koos joonestamisega avab noortele täiesti uue maailma, kus nad saavad kiiresti ja lihtsalt oma nooruslikke julgeid ideid ellu rakendada ning katsetada. Tartu Ülikoolis on 3D printerid TÜ Ideelaboril ja TÜ tehnoloogiainstituudi Arukate materjalide laboris (IMS Lab), kuid mõlemale printeri ligipääs on piiratud tulenevalt asjaolust, et masinate opereerimine ei ole paljude töötajate jaoks põhitöö, mis ei võimalda regulaarselt TÜ töötajate ja üliõpilaste soovidega tegeleda. Masinatele iseseisva ligipääsu pakkumine eelneva koolituseta on aga mõeldamatu ja lõppeks suhteliselt kiiresti masinate riknemisega. Tartu linnas loodi hiljaaegu Spark Makerlab http://www.makerlab.ee, mis pakub võimalust huvilisel 3D printimisega lähemalt tuttavaks saada ja nendelt koolitust ning teenuseid tellida.

Paljudel Eesti koolidel on 3D printerid juba olemas või plaanis soetada. 2015. aasta maikuus jagas vastasutatud MTÜ Eesti 2.0 Eesti põhikoolidele ja 20150212_133604gümnaasiumidele 50 Makerbot Replicator 3D printerit. Pärast seda elavnes ka HITSA huvi antud teema vastu. Nad on toetanud odavate KIT tüüpi 3D printerite soetamist, milledest populaarseim on hetkel Prusa i3 Hephestos. 3D printimist on edukalt õpetatud erinevates ainetundides nagu tehnoloogia-, töö- ja kunstiõpetus, kuid ka bioloogia, geograafia, muusika, matemaatika, jne. Kahjuks piirab 3D printerite suuremat kasutuselevõttu asjaolu, et 3D printimine ei ole kohustuslik õppekavades ja 3D printimise õpetamiseks aja ning energia leidmine tundub paljude õpetajate tülikas ja keeruline. 3D printimine nõuab ka olulisel määral uusi teadmisi ja oskusi inseneeriast ja disainist ning õpetajate koolitusvõimalused on selles vallas väga piiratud. Viimane 1,5 EAP mahuline HITSA korraldatud tasuta 3D koolitus 2017.a. jaanuaris Tallinnas täitus kõigest 6 tunniga, mis näitab, et huvi ning koolitamisvajadus on suur.

Teiseks mureks, mis piirab 3D printimise õpetamist haridusasutustes, on 3D printerite töökiirus. Isegi väikese 2 x 2 x 2 cm kuubiku väljatrükkimine võtab mitu tundi ning suuremad tööd kuni 24h ja enamgi. Sellest tulenevalt ei ole mõeldav, et 30 õpilasega klassis saaks iga õpilane oma disainitud objekti välja trükkida, kui koolil on ainult 1 printer. Suur ajakulu ja individuaalset lähenemist nõudev õpetamine on ka asjaolu, miks 3D printimine sobib paremini ringiõpetusteks kui ainetundi.

DSC_08763D printimine kiirendab protsessi ideest kuni valmis tooteni/prototüübini märgatavalt, kuid eeldab siiski hetkel veel inseneride abi ning 3D printimise protsess ise on veel kiires arenemises. 2016. aasta kevadel tuldi Kickstarteris välja revolutsioonilise OLO nime kandva 3D printeriga, mis maksis ainult 99 USD ja lubas tuua odava vedelikuprintimise massidesse. 16 000 toetajat (k.a. loo autor) ootab tänaseni endale järgmise tehnoloogia 3D printerit, mis peaks olema odavam, kiirem ja parem kui kõik eelmised hobi-printerid, mida me näinud ja kasutada oleme saanud.ILMAKAST_CURA Esialgsest tarnetähtajast on projekt juba 6 kuud üle aja, kuid siiski on säilinud lootus, et juba lähikuudel midagi põnevat minu töölauale jõuab. Viimased 10 aastat (millest 5 viimast on ka loo autor kaasa teinud) 3D maailmas tõi meile taskukohase hinnaga suurema osa ajast töötava filamendi printeri ning loodetavasti on järgmine tehnoloogiline revolutsioon juba kuude, mitte aastate kaugusel ja tulevikus on igaühel meist 3D printer laua peal, millest saame oma sõbrale, töökaaslasele või kliendile isikupärastatud kingitusi ning tooteid trükkida. Ära jää ootama ja alusta 3D võrratu tehnoloogiaga tutvumist juba täna, sest tehniline haridus ja oskused ise asju teha on parim pensionisammas, mida Eesti riik pakub.

Videosid 3D printimisest:

3Dplakat

3D printimise protsess ideest tulemuseni (Alo Peets)

 

Märksõnad:

Teile võivad meeldida ka need artiklid