Druk i Skan 3D

Jak wybrać drukarkę, skaner i wyposażenie pracowni 3D?

Druk i skanowanie 3D w edukacji

Technologie 3D umożliwiają uczniom przejście przez cały proces projektowy: od pomysłu, pomiaru i przygotowania modelu cyfrowego po wykonanie rzeczywistego obiektu oraz ocenę jego funkcjonalności. Podczas pracy uczniowie rozwijają wyobraźnię przestrzenną, poznają geometrię, uczą się modelowania, planowania procesu i rozwiązywania problemów technicznych. Gotowy projekt można zmierzyć, przetestować, poprawić i ponownie wydrukować. Druk i skan 3D mogą być wykorzystywane podczas zajęć z informatyki, matematyki, techniki, fizyki, biologii, geografii, historii, wzornictwa, mechaniki i mechatroniki.

Jak działa drukarka 3D?

Drukarka 3D tworzy obiekt warstwa po warstwie na podstawie modelu cyfrowego. Najczęściej spotykane w edukacji urządzenia wykorzystują technologię FDM lub FFF, w której filament jest rozgrzewany i nanoszony na stół roboczy przez dyszę. Przed drukowaniem model należy przygotować w programie typu slicer. Oprogramowanie dzieli go na warstwy i określa między innymi temperaturę, prędkość pracy, wysokość warstwy, wypełnienie oraz rozmieszczenie podpór. Jakość wydruku zależy nie tylko od samej drukarki, lecz również od poprawnego modelu, ustawień programu, rodzaju materiału i właściwego przygotowania urządzenia.

Jaka drukarka 3D sprawdzi się w szkole?

Do szkół podstawowych i ogólnych pracowni edukacyjnych najlepiej wybierać urządzenia łatwe w obsłudze, wyposażone w automatyczne poziomowanie stołu, zabezpieczenia i czytelne oprogramowanie. Konstrukcja z zamkniętą komorą ogranicza dostęp do rozgrzanej głowicy oraz poruszających się elementów. Może również poprawiać stabilność temperatury i ograniczać wpływ przeciągów na wydruk. W technikach, szkołach branżowych i na uczelniach większe znaczenie mogą mieć: duże pole robocze, wysoka temperatura głowicy i stołu, możliwość stosowania materiałów technicznych, dwa ekstrudery lub druk wielokolorowy, rozbudowane ustawienia procesu, integracja sieciowa i zdalny podgląd, otwarte oprogramowanie i możliwość modyfikacji parametrów.

Nie zawsze największa i najszybsza drukarka będzie najlepszym wyborem. Urządzenie powinno odpowiadać rodzajowi wykonywanych projektów oraz kompetencjom użytkowników.

Najważniejsze parametry drukarki

Przed zakupem warto sprawdzić: technologię druku, wielkość pola roboczego, konstrukcję otwartą lub zamkniętą, automatyczne poziomowanie stołu, maksymalną temperaturę dyszy i platformy, kompatybilne filamenty, średnicę stosowanego materiału, wysokość warstwy, system filtracji powietrza, czujnik końca filamentu, możliwość wznowienia pracy po zaniku zasilania, kamerę do podglądu procesu, dostępność części i serwisu.

W środowisku edukacyjnym szczególnie ważne są bezpieczeństwo, powtarzalność pracy, prosta konserwacja oraz szybkie przygotowanie kolejnych wydruków.

Filamenty do zastosowań edukacyjnych

Najpopularniejszym materiałem do pierwszych projektów jest PLA. Jest łatwy w drukowaniu, dostępny w wielu kolorach i nie wymaga bardzo wysokiej temperatury stołu. PETG oferuje większą odporność mechaniczną i może być wykorzystywany do elementów użytkowych. TPU jest materiałem elastycznym, natomiast ABS i ASA wymagają lepszej kontroli temperatury oraz właściwej wentylacji. Materiały wzmacniane włóknami lub przeznaczone do zastosowań technicznych wymagają odpowiednio przystosowanej głowicy, dyszy i zamkniętej komory. Filament należy przechowywać w suchym miejscu. Materiał, który pochłonął wilgoć, może powodować pogorszenie powierzchni, osłabienie modelu i problemy podczas druku. W intensywnie wykorzystywanej pracowni warto zastosować szczelne pojemniki lub suszarki do filamentu.

Oprogramowanie do modelowania i druku

Do wykonania własnego projektu potrzebne jest oprogramowanie CAD lub program do modelowania przestrzennego. Dla początkujących najlepiej sprawdzają się intuicyjne narzędzia umożliwiające budowę modeli z prostych brył. W szkołach technicznych i na uczelniach można wykorzystywać bardziej zaawansowane środowiska do projektowania parametrycznego, tworzenia dokumentacji i przygotowywania precyzyjnych części. Model zapisuje się najczęściej w formacie STL, 3MF lub OBJ, a następnie otwiera w programie typu slicer. Przed wyborem urządzenia warto sprawdzić, czy oprogramowanie jest bezpłatne, działa na komputerach placówki i umożliwia korzystanie z własnych profili materiałowych.

Czym jest skanowanie 3D?

Skaner 3D rejestruje kształt rzeczywistego przedmiotu, tworząc jego cyfrowe odwzorowanie. Wynikiem może być chmura punktów lub siatka przestrzenna, którą następnie poddaje się obróbce. Skanowany model można: zmierzyć i przeanalizować, zmodyfikować w programie 3D, wykorzystać jako podstawę nowego projektu, zarchiwizować, zaprezentować cyfrowo, przygotować do druku 3D.

Technologia sprawdza się w inżynierii odwrotnej, projektowaniu, dokumentowaniu obiektów, biologii, archeologii, historii, sztuce oraz konserwacji zbiorów.

Jak wybrać skaner 3D?

Najważniejsze kryteria to dokładność, rozdzielczość, zakres wielkości skanowanych obiektów oraz sposób śledzenia ich położenia.

Przed zakupem należy sprawdzić: minimalny i maksymalny rozmiar obiektu, dokładność pojedynczego skanu, rozdzielczość modelu, prędkość rejestrowania, zalecaną odległość roboczą, możliwość rejestrowania koloru, wymagania dotyczące komputera, obsługiwane formaty eksportu, zakres oprogramowania, możliwość korzystania ze stołu obrotowego.

Nie każdy skaner nadaje się jednocześnie do małych elementów technicznych, dużych obiektów i skanowania postaci. Urządzenie powinno zostać dobrane do rzeczywistych zastosowań.

Przygotowanie obiektów do skanowania

Powierzchnie błyszczące, przezroczyste i bardzo ciemne mogą utrudniać poprawne rejestrowanie geometrii. Problemem bywają również obiekty pozbawione charakterystycznych punktów, które oprogramowanie może wykorzystać do określenia położenia skanera. W zależności od technologii konieczne może być zastosowanie znaczników, matowego preparatu, odpowiedniego oświetlenia lub stołu obrotowego. Po zakończeniu skanowania model często wymaga oczyszczenia, połączenia fragmentów, zamknięcia ubytków i uproszczenia siatki. Dopiero wtedy można go wykorzystać w dalszym projektowaniu lub drukowaniu.

Przykładowe zastosowania w szkole

Za pomocą technologii 3D można wykonywać: modele brył i figur geometrycznych, mapy, makiety i ukształtowanie terenu, modele anatomiczne, rekonstrukcje zabytków i eksponatów, pomoce dla uczniów ze szczególnymi potrzebami, prototypy konstrukcji, obudowy do Arduino i Raspberry Pi, elementy robotów, części mechaniczne i przekładnie, modele architektoniczne, rekwizyty oraz projekty artystyczne.

Jedna drukarka może wspierać wiele przedmiotów, jeżeli placówka wcześniej ustali sposób zgłaszania, przygotowywania i realizowania projektów.

Organizacja pracowni 3D

Stanowisko druku powinno znajdować się w stabilnym, wentylowanym miejscu, do którego nauczyciel ma łatwy dostęp. Urządzenie nie powinno blokować ciągów komunikacyjnych ani znajdować się bezpośrednio przy stanowisku codziennej pracy uczniów. Pracownia powinna obejmować: komputer do modelowania i przygotowania wydruków, stabilny stół, miejsce na filamenty, podstawowe narzędzia, zapas dysz i części eksploatacyjnych, pojemniki na wydruki oraz odpady, środki ochrony odpowiednie do wykonywanych prac, system ewidencji realizowanych projektów.

Skaner 3D wymaga dodatkowo przestrzeni pozwalającej swobodnie obejść obiekt lub ustawić stół obrotowy.

Ile urządzeń potrzebuje placówka?

Jedna drukarka może wystarczyć do zajęć demonstracyjnych i wykonywania pojedynczych modeli. Przy regularnej pracy projektowej warto rozważyć kilka urządzeń, ponieważ wydruk jednego elementu może trwać od kilkudziesięciu minut do wielu godzin. W większej pracowni można zastosować różne urządzenia: prostsze do bieżących projektów uczniowskich oraz bardziej zaawansowane do dużych modeli i materiałów technicznych. Skaner zwykle funkcjonuje jako wspólne stanowisko. Uczniowie mogą pracować rotacyjnie, przygotowując obiekty, wykonując skany i obrabiając modele na komputerach.

Bezpieczeństwo użytkowania

Dysza i stół drukarki osiągają wysokie temperatury. Podczas pracy poruszają się również elementy mechaniczne, dlatego uczniowie nie powinni dotykać urządzenia bez zgody nauczyciela. Należy stosować materiały zgodne ze specyfikacją producenta, zapewnić odpowiednią wentylację i regularnie usuwać pozostałości tworzywa. Wydruków nie należy odrywać z użyciem nadmiernej siły ani przypadkowych ostrych narzędzi. Przy skanowaniu osób trzeba przestrzegać instrukcji urządzenia, zasad ochrony wzroku oraz przepisów dotyczących przetwarzania wizerunku i danych.

Na co zwrócić uwagę przed zakupem?

Przed wyborem rozwiązania należy określić:  wiek i poziom użytkowników, rodzaj wykonywanych modeli, planowane materiały, wymaganą wielkość i dokładność wydruków, rozmiary skanowanych obiektów, możliwości komputerów placówki, dostępne miejsce i warunki wentylacji, liczbę użytkowników, koszty filamentów i części, zakres szkolenia i wsparcia technicznego.

Warto również sprawdzić, czy zestaw zawiera wszystkie elementy potrzebne do rozpoczęcia pracy: filament, zasilacz, platformę roboczą, oprogramowanie, przewody i narzędzia.

Najczęstsze błędy

Częstym błędem jest wybór urządzenia wyłącznie na podstawie szybkości druku, wielkości pola roboczego lub bardzo niskiej ceny. Równie ważne są bezpieczeństwo, stabilność działania, oprogramowanie, dostępność części i jakość wsparcia. Problemem może być także zakup skanera bez określenia wielkości i rodzaju skanowanych obiektów. Urządzenie przeznaczone do dużych modeli nie zawsze zapewni odpowiednią dokładność przy niewielkich częściach. Należy również uwzględnić czas potrzebny na przygotowanie projektów, obróbkę skanów, drukowanie i konserwację urządzeń. Technologia 3D przynosi najlepsze rezultaty, gdy zostaje włączona w konkretny program zajęć.

Sklep Multimedia – kompleksowe pracownie druku i skanu 3D

COPYSERVICE Sklep Multimedia, we współpracy z VISION DISTRIBUTION, pomaga dobrać drukarki, skanery, filamenty, oprogramowanie i wyposażenie dodatkowe do szkół podstawowych, liceów, techników, szkół branżowych, uczelni oraz pracowni projektowych. Analizujemy rodzaj realizowanych projektów, poziom użytkowników, oczekiwaną dokładność, dostępne komputery oraz warunki pomieszczenia. Pomagamy przygotować pojedyncze stanowiska i kompletne pracownie modelowania, prototypowania, druku oraz skanowania 3D. Wspieramy placówki, JST i wykonawców postępowań publicznych w opracowaniu konfiguracji, specyfikacji technicznych oraz OPZ. Zakres realizacji może obejmować dostawę, instalację, konfigurację, uruchomienie, szkolenie i wsparcie posprzedażowe. Dobrze dobrane rozwiązanie pozwala prowadzić cały proces projektowy – od stworzenia lub zeskanowania modelu cyfrowego, przez jego modyfikację, aż po wykonanie gotowego obiektu i ocenę rezultatów.