Author: DjordjeLukic

PROBNO ŠTAMPANJE UZORAKA

Upotrebom kvantitativne metode, odnosno eksperimentalnim putem, ispitivano je koji uzorak najviše odgovara prethodno postavljenim kriterijumima. Prilikom donošenja odluke koje glavne razlike treba da budu na uzorcima koji se štampaju u obzir je uzeta prvenstveno međusobna udaljenost jediničnih elemenata, te njihova dimenzija, pa potom i ugao spajanja kopči.

1. tip uzorka
Kod ovog primera (slika 1) ekstrem predstavlja udaljenost jediničnih elemenata, odnosno oni su veoma blizu. Dužina stranice trougla iznosi 1,3 cm, dok je razmak između trouglova 0,1 cm. Po ovom redu veličina probno su štampana dva primera.

Prvi primer ima spuštenu horizontalnu sponu koja se sutiče u tački iznad težišta trougla (slika 2) dok je na drugom primeru ta spona znatno više pozicionirana (slika 3).

Na ištampanim primerima (slike 4 i 5) vidimo da je mala dimenzija jediničnih elemenata kao i mali razmak između istih znatno uticao na loš ishod prilikom izrade, gde se određeni delovi spajaju tamo gde ne bi trebalo, a sitni delovi su dosta neprecizno izrađeni te struktura deluje dosta neuredno. Ispod horizontalnih spona je formirana potkonstrukcija koja predstavlja dodatni problem, te je potrebno raditi na optimizaciji modela kako bismo u daljem procesu dobili bolje rezultate.

2. tip uzorka
Nakon što smo ustanovili da je veličina stranice jediničnog elementa od 1,3 cm premala, pokušali smo sa uzorkom koji ima stranicu dugačku 1,7 cm. Rezultat je bio bolji od prethodnog, ali i dalje nije zadovoljavao sve kriterijume (slika 6).
Jedinični elementi su opet bili veoma blizu jedan drugome, preciznost izrade je poboljšana, ali se na nekim mestima pojavljuje potkonstrukcija.

S obzirom da nije ispunjen velik broj kriterijuma, bilo je potrebno izvršiti još jednu iteraciju u procesu optimizacije.

3. tip uzorka
Kod ovog primera (Slika 7) ekstrem je ugao kopči u odnosu na površinu jediničnog elementa, odnosno kopče su pod veoma malim uglom u odnosu na površinu, ali je udaljenost između elemenata znatno veća.

Kako se prvi tip uzorka fabrikovao pre drugog tipa, ustanovljeno je da veličina jediničnih elemenata od 1,3 cm nije adekvatna, te ga nismo ispitivali u manjim dimenzijama, već smo odmah povećali na zadovoljavajuću veličinu.
Dimenzija stranice trougla jediničnog elementa (slika 8) sada je 1,5 cm, dok je razmak između istih 0,6 cm, što je dosta olakšalo fabrikaciju jer su trouglovi veći, kao i razmaci između njih, te nije dolazilo do slučajnog lepljenja elemenata, kao ni nepravilno izraženih delova strukture. Kako smo iz prvog tipa uzorka shvatili da 3d printer formira potkonsturkciju ispod spona koje se sutiču iznad temena trougla (žute spone) podigli smo njihov ugao na ekstremnu vrednost kako bi one bile što manje horizontalne što će umanjiti šansu za stvaranje potkonstrukcije.

Na primeru koji je ištampan (slika 9) vidi se da je raster jediničnih elemenata dosta ređi u odnosu na prvi tip što je nedostatak u pogledu formiranja strukture nalik tekstilu, jer sada dobijamo utisak mreže, a ne tekstila, dok je prednost lakša i jednostavnija izrada kao i mogućnost korištenja (sitnije štampani primeri nisu bili upotrebljivi).

ZAKLJUČAK: nakon štampanja uzorka

Nakon štampanja prvog i drugog tipa uzorka primećeno je dosta nedostataka (neprecizna i netačna forma, greške pri izradi, formiranje potkonstrukcije…) koje su inicirale promenu određenih parametara. Tako smo došli do trećeg tipa uzorka koji se pokazao kao znatno bolji kako u estetskom, tako i u funkcionalnom pogledu. Njegov prethodno pomenut nedostatak (preveliki razmaci između jediničnih elementa) optimizovaće se za finalnu izradu do određene mere – udaljenost između elemenata će se smanjiti za malu vrednost, tako da struktura i dalje bude funkcionalna, a da šupljine budu donekle manje.

REZULTAT: ŠTAMPANJE FINALNE STRUKTURE

Kako bismo ispitali prethodno postavljenu hipotezu, ideja je bila da se 3d odštampa struktura koja će se postaviti na dvostruko zakrivljenu površ formiranu waffle stukturom dimenzija 20 x 20 cm (slika 10).

Za finalnu složenu strukturu se koristi model po ugledu na treći tip uzorka, kada su uglovi spona u ekstremnim vrednostima, a razmak između jediničnih elemenata povećan, s tim da su jedinični elementi ostali istih dimenzija, ali im je međusobni razmak malo manji.

ZAKLJUČAK: nakon štampanja finalne strukture

Struktura uspeva da se transformiše kada se postavi na zakrivljene površi (slika 11), te ispunjava tu karakteristiku tkanine. Kako su i nakon optimizacije razmaci između trouglova ostali vidno veliki to se može uzeti kao nedostatak. Ovaj nedostatak je bio pretpostavljen prilikom uspostavljanja kriterijuma i problema, te bi za njegovo rešavanje bila potrebna bolja i skuplja oprema za izradu same strukture, kao i znatno više uloženog vremena i novca.

S obzirom da su svi ovi faktori obuhvaćeni, te struktura služi svrsi, smatra se da je tačna postavljena hipoteza koja kaže da će se sa ovom strukturom moći pokriti određena dvostruko i jednostruko zakrivljena površ.

METODE ISPITIVANJA

Iz prethodne analize proizašao je odabir struktura tipa “chainmail” odnosno formi koje se sastoje iz elemenata koji su međusobno zarobljeni. Takvi elementi mogu biti različitih oblika: trougaoni, četvorougaoni, petougaoni, etc. Za konkretan primer koji će se dalje pominjati u tekstu korišćen je trougaoni oblik zbog svoje jednostavnosti – malog broja strana, što uslovljava manji broj “kopči”.

Prvobitna ideja konstruisanja same strukture bila je da se na određenoj površini (u konkretnom slučaju kvadratnih dimenzija 10 x 10cm) zada određeni oblik (u ovom slučaju trougaoni), gde bi početni parametri bili broj trouglova po obe međusobno upravne ose ( “u” i “v” pravac). Trougaoni grid koji je postavljen na prethodno pomenutu površ dodiruje stanice iste (slika 1) što nije zadovoljavajuće za dalji proces rada, tako da je bilo potrebno ukloniti “obodne trouglove” pronalaženjem tačaka dobijenih presekom trougaonog grida i stranica kvadratne površi, te se ti trouglovi koji su u kontaktu sa tim tačkama brišu. (slika 2)

 

Metod 1. 

Trouglovi su podeljeni u dve grupacije, zbog postojanja dvaju vrsta kopči. (slika 3 i slika 4).

U okviru jedne grupacije napravljena je kopča takva da iz svake stranice trougla izlaze po dve duži pod određenim uglom (koji će biti predmet ispitivanja u nastavku) koje su ograničene i zatvorene horizontalnom sponom (slika 5).

U okviru druge grupacije konstruisana je po jedna duž koja izlazi iz svake stranice pod određenim uglom (koji će biti takođe predmet ispitivanja u daljem procesu istraživanja). Te tri duži spojene su u jednom vrhu koji je ujedno i težište trougla (slika 6). Zbog velike dužine “horizontalne” spone moguće je pojava problema prilikom 3D štampe. Ukoliko se pokaže na praktičnom primeru da printer pravi dodatnu potkonstrukciju, biće potrebno promeniti nagib horizontalne spone ili odabrati drugi metod.

Kada se prethodno navedene strukture spoje (slika 7) uočavaju se mogući problemi u vidu preklapanja spona uzrokovani određenim uglom ili dužinom istih. Svi ti parametri su promenjivi te je moguće uskladiti sve faktore kako bi se dobila povezana struktura bez grešaka.

Metod 2. 

Drugi metod bi bio zasnovan na zadržavanju trougaonih elemenata i spona kao kod prve grupacije jer se pretpostavlja da bi se oni mogli štampati bez velikih poteškoća.

Kod druge grupacije trouglova ovog puta primenjen je princip kao kod grupacije jedan samo sa dva elementa. Dakle, iz svake stranice trougla pod određenim uglom izlaze 4 duži koje su spojene sa dve horizontalne spone (slika 9) tako da, kada se struktura spoji, one obaviju verikalne elemente kopči kod grupacije 1.

Tokom metoda 1. uočen je nedostatak debljine same trougaone podloge, tako da je ovim putem ista dodata. Kada se obe grupe trouglova spoje (slika 10) potrebno je ispitati pod kojim uglom i koja dužina kopči je najoptimalnija za pravilno funkcionisanje samih struktura.

 

S tim u vezi, kod oba metoda bi trebalo da se ispita nekoliko solucija:
– Minimalan ugao, prilagođena dužina kopči
– Srednja vrednost ugla, prilagođena dužina kopči
– Maksimalna vrednost ugla, prilagođena dužina kopči

Kako nam je u ovom delu procesa cilj da se uzorak odštampa u što boljem obliku, bitni faktori prilikom ispitivanja su i veličina jedinične komponente, kao i njena debljina i razmak između istih. Što su jedinične komponente manje to se više postiže efekat printanog tekstila, ali im je fabrikacija otežana, te se teži da uz postojeću opremu koju posedujemo uspemo da proizvedemo što sitnije elemente ali da oni budu funkcionalni (kvalitetno odštampani i da struktura ima mogućnost savijanja).

 

OBLAST
“3D printed fabric” je oblast koja se bavi modelovanjem, ispitivanjem, vizualizacijom i primenom 3D štampanih formi koje imaju veliku adaptibilnost pa se kategorišu kao štampani tekstil, a napravljene su od rigidnih materijala. Postoji nekoliko načina za struktuiranje ovakvih formi, gde je svaki od navedenih pogodan za određena polja primene.

• Weft knit
• Chainmail
• Printed sheet

Weft knit
Nalik tradicionalnim tkanim strukturama, istraživači su uspeli da reinterpretiraju i proizvedu forme jednoslojne ili višeslojne cevaste strukture koristeći SLS metode štampanja sa nylon prahom. Koncept je zasnovan na međusobnom prepletanju niti cevaste forme (biaxial weaves) na različite načine čime se postiže kompaktnost strukture a zadržavaju se karakteristike tkanih materijala. Ove strukture su dosta fleksibilne, elastične i rastegljive, što im omogućava primenu u oblasti arhitekture i dizajna enterijera, dizajna nameštaja kao i u modnoj industriji. Njihova izrada može biti poprilično komplikovana zbog spajanja niti prilikom štampanja istih, te se za ovaj vid struktura koriste napredni 3D štampači i obično je dosta skupa.

Chainmail
Ovakve strukture mogu se ponašati isto kao i tradicionalne tkane strukture, a načinjene su od sitnih delića koji su zarobljeni jedan u drugi. U zavisnosti od dimenzije i forme delića, struktura će se drugačije ponašati i na drugačiji način savijati. 3D printanje ovakvih struktura puno je jednostavnije i lakše od weft knit formi za koje su potrebni napredniji i skuplji sistemi štampe. Oni nalaze primenu u modnoj industriji, biomedicinskom inžinjerstvu, robotici, arhitekturi i dizajnu enterijera, astronautskoj industriji, etc.

Printed sheet
Ova metoda podrazumeva štampanje listova koji bi imali određene nabore/proreze, tako da prilikom manipulisanja materijalom imamo mogućnost stvaranja dvostruko zakrivljenih formi. Prilikom izrade strukture ovog tipa pogodno je koristiti fleksibilan materijal kako ne bi došlo do pucanja prilikom sekundarne obrade. Ukoliko bi se formirali određeni prostori za nabore na površini koju štampamo, ona bi se mogla posmatrati kao neka vrsta ljuske, a ukoliko bi se formirali prorezi struktura bi mogla povećati površinu čak do 2 puta uz mogućnost oblaganja dvostruko zakrivljenih površina (auxetic structures).

PREDMET

Chainmail strukture u dizajnu enterijera
Za šta se koriste?
Dizajn nameštaja, navlake, naslonjači za stolice, prekrivači, zavese, zasene, barijere, obloge dvostruko zakrivljenih površina.
Kako se prave?
3d print pojedinačnih komponenata, postavljene zajedno koje čine lančano povezanu strukturu.
Veličina komponente?
Što su veće komponente lakše je 3d printanje, ali je otežano savijanje i fleksibilnost, a što su manje komponente bolji se efekat tekstila postiže, ali je teža izrada, odnosno štampa.
Optimalna forma pojedinačne komponente?
Uglavnom se prave kao kvadratne strukture u osnovi, zbog laše tesalacije i konekcije između komponenata, ali ivice mogu biti i zakrivljene, kružnog ili poligonalnog oblika, što utiče na savitljivost samog krajnjeg produkta.
Softver za izradu?
Kako je krajnji produkt 3d štampani model, da bi fabrikacija bila lakša koristio bi se Rhinoceros, a ukoliko želimo parametarski dizajn, odnosno mogućnost promene komponenata, kombinacija Rhinocerosa i Grasshoppera.

TEMA

Formiranje chainmail struktura kao unikatnih skulpturalnih predmeta
Formiranje chainmail struktura za vertikalne i horizontalne zasene
Formiranje chainmail struktura kao modnih dodataka
Formiranje chainmail struktura u svrhu biomedicinskog inžinjerstva

STANJE U OBLASTI

Modifikovanje forme jedinične komponente chainmail strukture i njeno uticanje na fabrikaciju i funkcionalnost strukture.

Prilikom modelovanja komponente, spone koje služe za spajanje istih mogu biti pod određenim uglom. Ugao spona će uticati na fleksibilnost i elastičnost same strukture, ali će uticati i na samu fabrikaciju, pa bi bilo zgodno ispitati koji ugao i koja forma najviše odgovaraju strukturi koja je predmet istraživanja.

PROBLEMI / KRITERIJUMI / CILJEVI

Koja forma jediničnog elementa, oblik i nagib spona s kojim se međusobno povezuju su najoptimalniji prilikom 3D printanja, kako ne bi došlo do deformisanja samih elemenata? Problem nastaje kod spona koje se spajaju u centralnu tačku, predugih horizontalnih elemenata i ako su sami jedinični elementi preblizu jedan drugom, pa dolazi do njihovog spajanja. S druge strane, ukoliko dodamo previše elemenata koji će služiti kao potkonstrukcija samim sponama, previše komplikujemo samu strukturu. Razmak između jediničnih elemenata je isto tako bitan faktor, jer ukoliko su elementi preblizu, printaće se spojeni, a ukoliko su previše odaljeni jedan od drugog, sama struktura će biti previše labava. Zato ispitivanjem treba da pronađemo optimalne parametre za stvaranje strukture koja je dovoljno adaptibilna da prekrije određenu dvostruko zakrivljenu površ, a da je precizno izrađena i estetski prihvatljiva.

HIPOTEZA

Moguće je pokrivanje jednostruko i dvostruko zakrivljenih površi sa “3d fabric” strukturom sačinjenom od trougaonih jediničnih elemenata sa ekstremnim vrerdnostima ugla između površi strukture i spona koje povezuju jedinične elemente.