Author: Stefan_Stojcic

Poslednja faza ovog zadatka se sastoji u 3d štampanju spojeva i proveri njihove izvodljivosti i eventualno uočavanje problema koji nisu predviđeni za vreme modelovanja.

Priprema za 3d štampanje je urađeno u softveru Cura, a samo štampanje je vršeno na štampaču Ultimaker 2+.

Priprema za štampu

Nakon bake-ovanja spoja u grasshopper-u, model je potrebno eksportovati u .stl formatu sa default podešavanjima.

U softveru Cura nisu potrebna veća podešavanja, kojih inače ima puno. Izabran je high quality, dense preset.

Napomena: potrebno je voditi računa o jedinicama dužine. Cura radi u milimetrima, pa je možda potrebno skalirati model nakon ubacivanja modela.

Cura daje prikaz svih slojeva koji će se štampati. Crvenom bojom je obeležen model, a plavom potkonstrukcija koja mora biti skinuta nakon štampanja. U donjem desnom uglu, softver daje približno vreme koje je potrebno za štampu (koje nije najpreciznije) kao i potrebnu količinu materijala.

Izgled štampača

Na desnoj strani se nalazi PLA plastika na koturu, koja prolazi kroz grejač gde se topi, a zatim se nanosi na ploču. Ploča se greje i održava konstantnu toplotu modela kako bi se svi slojevi dobro spojili.

Proces štampanja:

Nakon štampanja, nastaju problemi sa skidanjem potkonstrukcije. Dolazi do oštećenja modela, a posebno je teško izvući potkonstrukciju iz šupljih cilindara.

Ideja sa šupljim cilindrima je izgledala dobro u softveru, ali nakon izvođenja se pokazala kao ne baš sjajna. Zato je grasshopper definicija malo izmenjena, pa smo pokušali sa štamapnjem spoja sa udubljenjima, na mestima cilindara, u koja bi ulazili linijski elementi. Priprema za štampu je ista kao za prvu verziju spoja.

Za ovaj model je vreme štampanja kraće, a potrošnja materijala manja. Ipak, nakon štampanja i ovog spoja, problemi su manje više isti, skidanje potkonstrukcije koje oštećuje model.

Još jedan problem koji se javlja kod obe verzije je broj spoja koji, ako se nalazi sa donje strane, nije vidljiv zbog samog našina štampanja – od dole ka gore. Moguće rešenje je postavljanje broja na vrh spoja, ili što je bliže moguće vrhu. Za ovakav štampač su najpogodniji modeli bez šupljina.

Problema ne bi bilo u slučaju štampanja na 3d štampaču koji za potkonstrukciju koristi prah.

Nakon ovih proba smo došli do zaključka da je problem možda moguće rešiti ponovnom promenom definicije, gde bismo cilindre zamenili zarubljenim konusima i izbegli problem sa vađenjem potkonstrukcije.

Taj pristup će možda biti uskoro isproban.

Za razliku od prošle, nova grasshopper definicija za početni input uzima mesh geometriju. Iz tog razloga je morala biti cela izmenjena.

Cela definicija može da se podeli na dva dela: generisanje linijskih elemenata i generisanje spojeva koji će se 3d štampati.

GENERISANJE LINIJSKIH ELEMENATA

Nakon odabira mesh-a, treba ga podeliti u dva pravca da bismo dobili linijske elemente.

Za početak je potrebno odabrati tačku u kojoj će biti postavljene ravni kojima se seče mesh. Pomoću komponente DeMesh izdvajamo tačku na ivici mesh-a. U njoj postavljamo seriju ravni u dva pravca, čiji se broj i rastojanje mogu menjati pomoću slajdera.

Komponentom Plane|plane intersection (PPX) međusobno sečemo ravni i dobijamo presečne linije, a zatim komponentom Mesh|curve intersection (MCX) radimo presek presečnih linija i početnog mesh-a. Odavde dobijamo tačke čijim spajanjem u polilinije dobijamo osnovu za linijske elemente.

Zatim, komponentom Curve|curve intersection (CCX) sečemo dobijene polilinije i dobijamo tačke preseka koje dalje koristimo za generisanje dijagonala u gornjem pojasu rešetke, kao i za kasnije generisanje spojeva štapova.

Projekcijom gornje rešetke u XY ravan dobijamo donju, planarnu rešetku. End points komponentom dobijamo krajnje tačke linija gornje i donje rešetke čijim spajanjem dobijamo vertikalne štapove.

Sada imamo sve potrebne linije i tačke koje predstavljaju input za drugi deo definicije – generisanje spojeva.

GENERISANJE SPOJEVA

Spojevi se sastoje od sfera sa brojem spoja i cilindara koji izlaze iz nje. Generisani su na mestima preseka štapova.

Generisanje cilindara

Potrebno je za svaku tačku, iz skupa njoj najbližih tačaka, odabrati linije koje se sustiču u njoj. Cull pattern-om iz skupa najbližih tačaka biramo tačke sa distancom jednakoj nuli, jer su to tačke linija koje se sustiču u spoju.

Item list-om iz skupa svih linija biramo linije sa indeksom koji smo dobili iz cull pattern-a.

Analizom ovih linija dobijamo vektore pravaca cilindara koji izlaze iz sfera. Na osnovu njih generišemo linije koje Shatter komponentom skratimo za određeni procenat radi lakšeg izvođenja Boolean operacija koje slede.

Sa dve Pipe komponente sa dva različita radijusa generišemo cevi. Njih prvo Cap-ujemo, a nakon toga Solid difference komponentom uradimo razliku, pri čemu dobijemo šuplje cilindre.

Generisanje sfera sa brojem spoja

Tačke preseka štapova su centri sfera čiji radijusi mogu da se kontrolišu preko slajdera. Problem je kako naći odgovarajuću poziciju teksta na sferi tako da se ne seče sa cilindrima.

Sfere su Quad panels komponentom podeljene na panele kako bi bio pronađen najudaljeniji panel od mesta preseka cilindra i sfere, jer tako znamo da neće doći do preklapanja teksta i cilindra, što bi dovelo do problema sa 3d štampanjem.

Komponentom Brep|brep intersection (BBX) se vrši presek sfere i cilindara, dobijaju se skupovi linija koji se spajaju u polilinije, a zatim se traže njihove središnje tačke.

Za svaku središnju tačku se traži njoj najbliža tačka na svakom od quad panela sfere uspomoć komponente Surface closest point, zatim se meri rastojanje između njih i izbacuju se tačke (a sa njima i paneli) koje se nalaze unutar dvostrukog radijusa cilindra.

Od preostalog broja panela se bira onaj sa najvećom površinom Sort list-om.

Evaluate surface komponentom se nalazi vektor normale izabranog panela, u pravcu kog se sa negativnom amplitudom, 3D tekst pomera ka centru sfere. Tekst je dobijen preko komponente Surface morph i  komponentom Solid difference je oduzet od sfere.

Na kraju, koristeći Solid union, sfera sa utisnutim brojem i cilindri se sjedinjuju i daju konačni igled spoja.

Za automatsko generisanje spojeva, umesto svakog pojedinačno, iskorišćena je komponenta Loop start/ Loop end.

Konačan izgled potkonstrukcije

Potkonstrukcija bi služila kao podloga za ređanje lakih isečenih elemenata krive površi.

Zadatak: generisati linijski model podkonstrukcije, koji će biti napravljen od čvrstih linijskih elemenata i 3d štampanih spojeva.

Korišćen softver: Rhinoceros i Grasshopper

Proces:

1. Generisanje površine i njena podela

Generisati zakrivljenu površinu za koju se radi podkonstrukcija. Površinu je potrebno podeliti na panele da bi se dobila površinska rešetka koja će preko vertikalnih elemenata preneti opterećenje na podlogu.

Izabrao sam komponentu „Quad Panel“ iz LunchBox plug-ina za Grasshopper. Da bi se dobila kvadratna podela quad panela, dužine stranica površine su podeljene sa dužinom stranice kvadrata da bi se dobio broj podela u U i V pravcu.

Kako bi se dobio potreban input za dalji rad, potrebno je da dobijene panele razložimo preko komponente „Deconstruct Brep“ (DeBrep) na osnovne elemente: faces, edges i vertices.

Ostatak procesa se može podeliti na generisanje gornjeg pojasa rešetke, donjeg pojasa rešetke i štapova ispune koji ih povezuju.

2. Gornji pojas rešetke

Sačinjen je od dva rastera, kvadratnog i dijamantskog.

Kvadratni je dobijen u prethodnom koraku iz DeBrep komponente iz edge-eva.

Dijamantski se dobija spajanjem verteksa iz DeBrep komponente i centara face-eva, takodje iz DeBrep komponente.

3. Donji pojas rešetke

Verteksi iz DeBrep-a su projektovani na odgovarajuću ravan (pod) i uspomoć njih je preko komponente „Delaunay Mesh“ generisan mesh.

Dobijeni mesh ima trougaonu podelu, a pošto je potrebna kvadratna, višak linija (koje su ustvari dijagonale kvadrata) je eliminisan „Cull Pattern“ komponentom, gde je pattern definisan tako da briše sve linije duže od stranice kvadrata.

Tako je dobijen potreban kvadratni raster.

4. Štapovi ispune

Dobijeni su spajanjem centara face-ova iz DeBrep-a sa projektovanim tačkama.

5. Trodimenzionalni model

3D model je dobijen spajanjem dobijenih linijski elemenata sa komponentom „Pipe“.

Zaključak: Dobijena podkonstrukcija je možda previše složena imajući u vidu da treba da nosi stiropor, ali bi u drugim situacijama poslužila.

U drugoj definiciji sam pokušao da dobijem jednostavniji model. Ideja je slična prvoj. Horizontalno postavljena rešetka oslonjena na vertikalne ravanske rešetke.

Definicija nije gotova, pa ostaje da se reši horizontalna rešetka.

Problem sa obe definicije je da se ne mogu primeniti na mesh geometriju, pa ih je u daljem radu potrebno prilagoditi.