Fabric piesa: imprimarea 3D — evaluare practică

În atelierul de la „Reparația sistemului defect", echipa de la masa a treia a găsit cauza în douăzeci de minute: piciorușul plesnit al standului de laptop. Diagnostic impecabil, jurnal exemplar — și reparație imposibilă, pentru că piciorușul acela nu se vinde nicăieri, la niciun preț. Pagina de jurnal cu descrierea piesei lipsă, pe care ai păstrat-o atunci, devine azi fișă de fabricație.

La finalul lecției vei ști să explici principiul fabricației aditive, să modelezi o piesă de schimb simplă după dimensiuni măsurate și să treci proba practică de final de modul.

Aditiv sau subtractiv

Există două feluri fundamentale de a face un obiect dintr-un material. Sculptorul pornește de la un bloc de marmură și scoate tot ce e în plus — așa lucrează strungul, freza și tăierea laser. Cofetarul care ridică un tort adaugă strat peste strat până obține forma — și exact așa lucrează imprimanta 3D. Prima cale se numește fabricație subtractivă, a doua, fabricație aditivă.

Fiecare cale are terenul ei. Aditivul câștigă la forme complicate, piese unicat și risipă mică de material; subtractivul câștigă la viteză pe forme plate și la precizia suprafețelor. Ține minte perechea — o vei folosi la evaluare și, mai important, de fiecare dată când decizi cum fabrici o piesă.

Cum lucrează imprimanta 3D

Imprimanta din dotarea școlilor (și cea mai comună din lume) folosește procedeul FDM: un fir de plastic numit filament — la noi, PLA, un plastic făcut din amidon de porumb — este împins printr-o duză încălzită la aproximativ 200 °C. Plasticul topit iese ca pasta de dinți din tub, iar duza desenează stratul curent pe masa de imprimare; apoi capul urcă două zecimi de milimetru și desenează stratul următor. Grosimea tipică a unui strat: 0,2 mm — deci o piesă de 3 cm înălțime înseamnă 150 de straturi și cam 40 de minute de răbdare.

Merită văzut și prețul: o bobină de un kilogram de PLA costă în jur de 100 de lei, iar piciorușul nostru de câteva grame consumă material de vreo 2 lei. Piesa „de negăsit" devine piesa aproape gratuită — cu condiția să existe modelul digital. Și aici e toată munca.

De la șubler la G-code

Între piciorușul rupt și piciorușul nou stă un flux de lucru cu cinci stații. Îl parcurgi mereu în aceeași ordine:

1. Măsori piesa (sau locașul ei) cu șublerul: diametre, înălțimi, distanța dintre găuri. Șublerul citește zecimi de milimetru — rigla nu ajunge aici.
2. Modelezi piesa în 3D, de exemplu în Tinkercad: combini forme simple (cilindri, cutii) și „găuri" care scobesc în ele, exact ca la jocul cu plastilină și forme de tăiat.
3. Exporți modelul în format STL — fișierul standard care descrie suprafața piesei ca o plasă de triunghiuri; orice imprimantă îl înțelege.
4. Feliezi modelul într-un slicer (Cura, PrusaSlicer): programul taie STL-ul în straturi orizontale, alege traseul duzei pentru fiecare strat, umplerea interioară (de obicei 20 la sută, nu plin) și scrie totul într-un fișier G-code — lista de instrucțiuni pas cu pas pentru imprimantă.
5. Imprimanta execută G-code-ul, strat cu strat, fără să știe și fără să-i pese ce reprezintă piesa.

Piesa ta: piciorușul de schimb

Prima oră se încheie cu modelarea propriu-zisă — fiecare elev, piesa lui. Cine are pagina de jurnal cu o piesă lipsă de săptămâna trecută lucrează pe ea; cine nu, primește piesa clasei: piciorușul standului de laptop. Dimensiunile măsurate cu șublerul: cilindru cu diametrul de 12 mm și înălțimea de 8 mm, cu o gaură centrală de 3,4 mm pentru șurubul M3 care îl fixează (3 mm șurubul plus toleranța — recunoști decizia?).

Pașii în Tinkercad, pe scurt: tragi un cilindru pe planul de lucru și îi setezi diametrul 12 și înălțimea 8; tragi al doilea cilindru, îl faci „hole", îi setezi diametrul 3,4 și o înălțime mai mare decât piesa; le aliniezi pe ambele axe cu unealta de aliniere; le grupezi — gaura scobește cilindrul; exporți STL cu numele tău în denumirea fișierului. Cinci minute de lucru pentru cine măsoară o dată și modelează o dată; o oră pentru cine modelează din ochi și reface de patru ori.

Dacă școala are imprimantă, piesele pornesc la imprimat în timpul orei a doua și le montați săptămâna viitoare. Dacă nu are — modelul STL este livrabilul: bibliotecile județene și FabLab-urile imprimă la câțiva lei piesa gata modelată. Munca de inginerie era modelul, nu apăsatul pe start.

Tăierea laser, în vitrină

Înainte de evaluare, o fereastră scurtă spre ruda subtractivă a imprimantei: mașina de tăiat cu laser. Un fascicul concentrat arde sau topește conturul desenat printr-o placă subțire — placaj, plexiglas, carton — și decupează în secunde forme plate pe care imprimanta 3D le-ar depune în zeci de minute. Desenul de intrare nu mai e un model 3D, ci unul 2D, vectorial; grosimea piesei e grosimea plăcii.

Cum alegi între ele? Piesa plată dintr-un material-foaie — suport de telefon din placaj, breloc, panou cu decupaje — cere laser. Piesa în volum, cu găuri pe direcții diferite, filete, forme organice — piciorușul nostru — cere imprimare 3D. La evaluare primești exact o astfel de decizie de argumentat.

Exersează

Ultimele minute din prima oră, cu șublerul și caietul în față:

1. Piesa de 3 cm din exemplul cu straturile avea 150 de straturi la 0,2 mm. Calculează câte straturi are piciorușul tău de 8 mm și estimează timpul de imprimare, știind că imprimanta noastră depune cam 4 straturi pe minut la piese mici.
2. Un dop de picior de scaun are diametrul interior de 22 mm și trebuie să intre peste țeava scaunului. Scrie dimensiunile pe care le-ai seta în Tinkercad, cu toleranța pusă unde trebuie — atenție, aici piesa intră peste ceva, nu ceva în ea.
3. Decide pentru fiecare piesă: laser sau imprimantă 3D? a) 40 de ecusoane plate din plexiglas pentru serbare; b) o rotiță dințată de 15 mm pentru o jucărie; c) un semn de carte din placaj. Un rând de justificare pentru fiecare.

Provocare (opțional): măsoară cu șublerul capacul unui pix și descrie în caiet, cu cotele găsite, cum l-ai reconstrui din două forme simple în Tinkercad. Unde pui toleranța ca să se mai și închidă?

Evaluarea practică de modul

Ora a doua este proba de final: lucrezi singur, cu șublerul, calculatorul și protocolul tău pe masă. Ai voie la propriile notițe și jurnale — un depanator nu memorează proceduri, le consultă. Nu ai voie la colegul de bancă.

Cu asta, modulul se închide rotund: ai pornit de la sisteme pe care doar le caracterizai — scheme-bloc, energie, date — ai învățat să le bănuiești organizat, să le depanezi după protocol și, când piesa lipsea, să o fabrici tu. În modulul următor rămâi în rolul de constructor, dar de la prima schiță până la produsul final totul va fi al tău: protocoalele și jurnalul de aici vin cu tine, pentru că un proiect propriu se depanează exact la fel ca sistemul altcuiva.