Beets Talk

Beets Talk是我們談天的地方,目的是跟大家談談有關3D打印及有關範疇的小知識和新聞,歡迎大家加入討論。如果大家有什麼建議,歡迎按右邊的Ask Beets告訢我們!


當大家買了新的3D打印機,又或是初嘗試新的打印材料時,一般都會找一些模型試印。如果試印的模型太簡單,便測試不了設定是否正確和打印機的真正實力;太複雜的話,又太花時間和不容易找出設定問題。那麼,究竟有沒有最適合用的測試用模型呢?答案是有的:#3DBenchy。

Beets Talk: 測試3D打印專用模型 – #3DBenchy



上一篇Beets Talk同大家討論過如何設定打印方向以減少Support需要,今次就講下打印方向如何影響物件結構。 FDM打印技術是把物件一層一層的打印出來,一層和另一層是在打印物料被加熱溶解再冷卻後結合起來,所以即使材料本身是十分強靱也好,層與層之間還會是較容易裂開的弱點,所以,打印時便要考慮物件的受力位,避免受力位出現在層與層的弱點上。 上面圖片是兩塊Maker Puzzle Chair的組件,圖中紅色箭咀指著的部分,就是組件緊扣的位置,突出的部分會受到另一塊Puzzle對應凹入位的壓逼,所以便是受力位。下圖則展示了兩種不同的打印方向。   如果用左邊的方向打印,Puzzle突出的部分受力時,力量便會直接加在層與層的弱點上,物件便會很容易破裂,相反,用右邊的方向打印的話,受力的方向跟弱點線剛好垂直,只要材料夠堅靱,物件便可承受壓力。 在打印實用物件時,考慮受力位來決定打印方向,比起其他因素更重要。

Beets Talk: 3D打印方向設定(2)



大家使用平面打印機時,其中一個常用的設定是紙張的方向,一般都是因應文檔的格式而選擇橫式(Landscape)或直式(Portrait),十分簡單。在3D打印世界裏,雖然沒有紙張方向選擇,但一般打印軟件都會讓用家把物件轉動,從而改變物件的打印方向。在3D空間內,大家可以隨意把物件沿著X,Y和Z三條軸旋轉,所以3D打印方向的設定遠較平面打印的紙張方向設定彈性大。 由今篇開始,一連幾篇的Beets Talk會大家談談設定打印方向的考慮因素。今次先講的是Support的考慮。 如上一篇所說,當物件有懸空位置時,我們通常是要加上Support支撐才可成功打印。但Support不單會花費更多時間和材料,而且會影響打印質素,選擇正確的打印方向,正正就是減低Support的主要方法。就以上面的盒子模型為例,如果以圖中的方向打印的話,盒子的上方的側面便會出現懸空,如果選取ZMorph專用軟件Voxeliser的Generate Support功能的話,便會出現差不多填滿盒子的Support(下圖黃色部分),所需要的材料會是43.76米,打印時間超過14小時。   可是,只要把盒子沿X或Y軸轉90度的話,懸空部分便會消失,所以完全無需Support。打印材料會大幅減少至18.82米,並且不用6小時便可印好。 上面的盒子是一個非常簡單的例子,大家打印其他物件時可能未必這樣明顯,不過只要多試試把物件在打印軟件中轉動一下,要找出需要最少Support的方向其實不會太難。

Beets Talk: 3D打印方向設定(1)


FDM打印技術是把物件從底部向上一層一層的把物件編織出來,這一種方式在打印一些有懸空部分的物件時,便會出現遇到一個很大的問題。就以上圖的一塊3D砌圖椅子部件為例,它的兩邊突出部分和中間的圓拱部分是懸空的,當打印到懸空部分時,由於下面沒有承托,打出來的物料自然不可能浮在半空,所以便會掉下來,物件也就不能正確地打印出來。   Support就正正是解決這個問題的方法,它就像是建築的棚架一樣,從最低一層開始建構起來。到了打印懸空部分時,已經建構好的Support便會負起承托的責任,避免懸空部分掉下來。絕大部分的3D打印軟件都可以自動計算出Support要求和把所需Support加在模型上,不用用家費心。一些較專業的軟件更可設定Support的多少甚至讓用家自行設置Support。下圖便是ZMorph的專用軟件Voxelizer加上Support的情況。 就像棚架一樣,3D打印完成後Support是要被拆除的,所以3D打印軟件都會在物件和Support之間都留有少量空間,方便拆除。縱然如此,物件接觸到Support的位置都未必會太平滑,而且某些時候Support可能會出現在難以拆除的位置,所以可以的話,應儘量避免或減低Support的需要。下次我們會談談如何減少Support。

Beets Talk: Support – 3D打印的棚架





  跟一般電子產品一樣,3D打印機也有不同的規格數據,供大家選擇購買時參考。當中可以說是最重要的,便是打印體積 (Print Volume/Size)。 簡單來說打印體積便是可以打印物件的最大體積,一般是以長 x 闊 x 高表達,例如上圖表示的便是Micro 3D打印機的打印體積,約為4.4″ x 4.3″ x 4.6″。至於我們的另一產品ZMorph多功能3D打印機,打印體積則為250mm x 235mm x 165mm,算是同級打印機中最大的其中一部。一些大型的3D打印機,打印體積甚至以立方米為單位。 那麼打印體積是不是愈大愈好呢? 理論上當然是的,因為打印體積愈大,可以打印的物件便可以愈大,自然有較多彈性。不過,大型3D打印機也有它的缺點,其中一個最明顯的,便是機身龐大,在香港地小人多的環境中,並不是容易找到足夠位置安置。此外,大型打印機的價錢較高,如果並不是經常打印大型物件的話,便會有點兒不值得。 更重要的是,打印大型物件的難度和風險都會較高,所以即使打印機可以直接打印一件龐然巨物,有時可能把物件分成小件打印還好。所以選擇打印機時,最好考慮清楚自己的實際需要,不要盲目追求大型體積。

Beets Talk: 打印體積,愈大愈好?




空心定實心? 當我們展示3D打印製成品時,很多朋友都會問以上的問題。問題的答案是由Infill決定。Infill可以說是除了Layer Height之外,另一個常常會用到的打印參數。顧名思義,Infill就是決定打印物品內部應該填入多少物料,一般都是以百分比設定,0%是完全空心,100%則是完全實心。大家可以想像,Infill百分比愈高,打印時間愈長,用料愈多。 以下是一些簡單的Infill百分比建議: 一般擺設或裝飾用物件: 5-10% 小朋友玩具: 10-30% (如果是幼兒用的可高一點) 工具或受力部件: 30-40% 一般來說Infill很少設定到50%以上,因為打印時間太長,而且沒有必要 (如上圖是15%,其實已經很堅固)。不過倒也有例子卻是要100%的,例如打印盛載食具,Infill的空間會成為細菌的溫床,所以最好用100%。 除了百分比外,用家還可以設定Infill的形狀,將來有機會再介紹。

Beets Talk: 空心定實心?


3D打印可以設定的參數非常多,不過大部份都係根據機種同材料而定,如果隨機有專用軟件的話,一般都不用用家費心。不過其中有幾個較重要的,會對打印的質素和速度有非常大影響,例如今以介紹的Layer Height便是其中最重要的一個。

Beets Talk: 甚麼是Layer Height?




跟2D打印機一樣,3D打印機也是需要耗材的。不同打印機的類型會用到不同的耗材,今次介紹的是FDM 3D打印機最常用的兩種耗材: PLA和ABS。兩種耗材的外觀和價錢都差不多,並且都以直徑1.75mm或3mm的卷裝幼線發售。不過雖然都是塑膠,但兩者本質上是有非常大的分別。 PLA (Polylactic Acid)是以植物提煉的塑膠,十分容易被分解,所以遠較ABS環保。其植物的本質使它在打印時會發出不含毒性,還像糖漿一般的香味。PLA的打印溫度較低,並且可作十分精細的打印,加上較為環保,所以十分適合一般的打印用途。PLA的缺點是較為脆弱,而且耐熱性低,不宜用作打印較堅固或要在戶外使用的物品。 ABS (Acrylonitrite Butadiene Styrene) 是一種很普遍的塑膠,用途十分廣泛,它的耐熱性強,結構堅韌,適合打印工具或組件等實用物品。不過ABS是石油副產品,不容易分解,並且在打印時會產生如塑膠燃燒的氣味,必須在通風地方進行打印,並且最好使用於有外殼封閉的打印機。   PLA和ABS一般都是以1kg卷裝發售,每卷由數十至數百元不等,質素差別也可以十分大。劣質的原料除了影響打印質素外,亦會減低打印成功率,造成浪費。建議使用信譽較佳的牌子,不要因價格便宜而使用劣質材料。下面幾點是材料質素對打印的影響: - 原料:優質材料會含較少雜質,除了令打印質素更佳外,也會減低打印噴嘴淤塞的機會。 - 生產工序:優質材料由於有較佳生產工序,材料線的直徑只會有十分少的誤差。相反,劣質材料的誤差較大,會導致噴出的材料容量不均等,輕則影響成品質素,重則會導致打印失敗。 - 線卷質素:FDM打印材科多是一卷卷的,如果材料線卷得不好,打印時便會有機會纏著,需要人手解開。3D打印動輒要數小時甚至數十小時,根本不可能長期有人看管,如果因為使用卷得不好的劣質材料而導至數十小時的打印失敗便欲哭無淚了!(我們真的試過啊~~)  

Beets Talk: 3D打印材料 – PLA vs ABS


  3D打印熱朝雖然是近年才興起,但其實3D打印的技術已經有不少的歷史,就好像今天介紹的FDM/FFF技術,就已經是在上世紀80年代末的發明,想不到吧? FDM (Fused Deposition Modelling)又名FFF (Freeform Fabrication),是現今個人用3D打印機最常用的技術。它的主要原理是把條狀的打印材料插進一個會發出高熱的打印頭(Extruder)內,令材料成為液態,然後根據模型的形狀,移動打印頭及/或工作床,一層一層的用液態材料把物件打印出來。液態材料離開打印頭後會迅速凝固,便成為一個立體物件,大家可以看看下圖便可更容易理解。     (圖片來源:3dprintingindustry.com)   FDM打印機價錢較平民化,由數千元入門級至數萬元高階機種不等,此外FDM可以支援多種物料,打印物料也較便宜。FDM的缺點是成品質素較參差和打印時間長。

Beets Talk: 3D打印原理 – FDM/FFF


除了問打印什麼外,最多朋友問我們的是3D打印是否好難?我們的答案是:其實唔難。今次Beets Talk便示範如何用M3D打印一個iPhone Dock Station。 首先,要找一個iPhone Dock Station的模型。當然大家可以自己設計,但最方便的方法還是到Thingiverse找。 選定心水模型後,可以點擊進入該模型網頁看看詳細資料,其中一個有用的資料便是”I Made One”,因為Thingiverse有一些模型其實是不容易甚至無法打印的,而”I Made One”就是一些用家把打印出來的成品照片上載的地方,一般來說愈多”I Made One”,便代表模型愈容易打印。 沒大問題的話,便可按”Download This Thing!”下載模型。在絕大部分情況下,模型都是以一種名叫STL (STereoLithography)檔䅁類型儲存的,差不多所有3D打印機都支援STL,所以STL就像是文件世界裏的PDF一樣。 下載STL後,便可以用3D打印軟件把它開啟。3D打印軟件有兩類,第一類是3D打印機廠商自行開發,專用於該廠打印機的軟件;第二類則是Open Source或專門軟件開發商提供給本身沒有提供軟件的打印機的。無論是那一類,都會有一個開啓STL檔案的功能,下面是M3D的專用軟件例子: 一般3D打印軟件都會讓用家做一些簡單操作例如放大縮小丶移動位置等。另外跟普通平面打印一樣,用家也可選擇打印的精細度和其他打印參數(我們將來會再為大家介紹一些常用的參數)。一切就緒後,便可進行打印。   完成!   如上所見,3D打印其實真係唔難!不過一些比較複雜的模型,在打印時還是需要一些技巧才能成功,另外,多了解某些打印參數設定也可以提升打印質素,Beets Talk會以後再同大家介紹。

Beets Talk: 3D打印,其實唔難。