3D nyomtatott generatív szobrok

Generatív tervezéssel és parametrikus design-nal már több bejegyzés foglalkozott ezen a blogon, ezek az új tervezési eszközök gyakran előfordulnak a kortárs építészet és design kelléktárában. 3D nyomtatás segítségével azonban néhány óra alatt a kezünkbe is vehetjük a megtervezett tárgyat, nem véletlen, hogy rengeteg tervező fantáziáját mozgatja meg az additív gyártási technológia.

© parametric | art

© parametric | art

A matematikai algoritmusokkal, parametrikusan generált formák kedvesek a szemnek, organikus vonalaik a természet formavilágára emlékeztetnek. A mai bejegyzésben néhány generatív 3D nyomtatással készült szobrot mutatok majd be, amelyeket a Grasshopper és Meshlab szoftverekkel terveztem. Aki kíváncsi a generatív tervezési folyamat részletes leírására, olvassa vissza a 3D nyomtatható modellek tervezése című bejegyzést, vagy merüljön el a 3D modellezés Grasshopper-rel tutorialok között az oldal ezen szekciójában.  Ebben a posztban csak összefoglaló jelleggel fogok utalni a 3D modell létrehozásának módjára, amelyet aztán a 3D nyomtató kinyomtatott.

© parametric | art

© parametric | art

Az első példa egy asztaldísz, amely lámpaként is funkcionálhat, esetleg teamécsest is tehetünk a belsejébe. A felületet voronoi mintával lyuggattam át, a tárgy oldalai membránszerű hajlított síkok, a teteje felé összeszűkülve. A 3D modell tervezése Grasshopper-ben és Meshlab-ben történt. A Rhino környezetben csupán az él profilgörbéjét rajzoltam meg, ezt forgattam és másoltam le még háromszor, majd egy előzőleg összerakott algoritmus segítségével a görbék közé minimal felületeket generáltam. Ezt követően a modellt kiexportáltam, majd Meshlab-ben az élek kivételével voronoi felosztást csináltam minden oldalon. Ezután a 3D nyomtatáshoz kellő falvastagságot beállítva a felületháló optimalizálva lett, a biztonság kedvéért támaszokkal együtt mentettem ki a g-code-ot. A 3D nyomtatás felbontása 200 mikron volt, így is 18 óra alatt végzett a gép az alig 15 cm magas tárggyal. A 3D nyomtatóba fehér PLA filament került, így egy sötét asztalon vagy színes LED-ekkel megvilágítva is jól mutat az asztaldísz.

A következő darab demonstrációs céllal készült egy workshop-ra, amit még novemberben a Design Terminal által rendezett ‘Startra kész Magyarország’ rendezvényen tartottam 3D nyomtatásra való generatív modellezés témakörben.  Az eredeti format Juhász Andrea készítette Rhino-ban (görbék loft-olásával), ezen felületen szórtam szét véletlenszerűen 64 darab pontot, amelyek aztán kiindulópontjai lettek a voronoi cellák generálásakor. A modell slice-olása előtt még simítottam a felületen, majd megvizsgáltam a Netfabb szoftverrel, nincs-e hiba a felülethálóban. Ezt követően mehetett is a 3D nyomtatóra, áttetsző lila PLA alapanyaggal készült el 16 óra alatt, 200 mikronos felbontásban, támaszokkal. Miután a 3D nyomtató végzett, fogóval és szikével csaknem 3 órán át tartott, mire az összes támasztékot sikerült leszedni róla. A generatív 3D nyomtatott szobor kb 25x15x8 cm3-es, és annyira megtetszett a forma (nem csak nekem), hogy a közeljövőben ki fogom még nyomtatni más színekkel is.

A voronoi algoritmussal parametrikusan 3D modellezett, generatív 3D nyomtatott szobrok sorát folytatva a következő darab szintén egy asztaldísz, azaz mindjárt egyből kettő: egy korábbi tutorial-ban bemutatott tervezési módszer alkalmazásával egy implicit megadású térbeli függvény szolgáltatta az alapformát. Az implicit megadású függvények egyszerűen ábrázolhatóak Rhino-ban és Meshlab-ban is, így ezt a felületet alapul véve kétféle paraméterezéssel generáltam le voronoi struktúrákat. Az első változat esetében a falvastagság a 3D nyomtató korlátait feszegetve a minimális falvastagsággal (0.5 mm) készült 100 mikronos felbontásban. Mivel a geometria csak támaszanyag beépítésével volt nyomtatható, és a tárgy egy egy extruderes asztali 3D nyomtatón készült, gondolni kellett arra is, hogyan fogom mechanikai úton (szikével, reszelővel és csipesszel) eltávolítani a modellről a támaszokat. A lyukak elég sűrűn helyezkednek el, így egy darabban nyomtatva hozzáférhetetlenek lettek volna a támaszok.

vorb6

A modellt így a nyomtatás és szeletelés előtt még kettévágtam, így a két felet külön-külön támaszanyaggal kinyomtatva az also felületről már könnyebben leszedhetőek voltak az alátámasztó 3D nyomtatott segédszerkezetek. Miután a támaszok eltűntek, 400-as csiszolópapírral megtisztítottam a modellt, majd összeragasztottam a két felet. A nyomtatás PLA-ból történt, így a legjobb módja az elkészült darabok összeragasztásának valamilyen oldószeres megoldás volt. A PLA oldószere a THF (tetra-hidro-furán), amely sajnos erősen mérgező és rákkeltő anyag, így a műveletet jól szellőztetett helyiségben védőjesztyű és maszk viselése közben lehet csak végezni. Az így készült ragasztott kapcsolat viszont még a nyomtatott darabnál is nagyobb szilárdsággal bír, a két műanyag darab a ragasztás helyén gyakorlatilag összeheged. A toldás helyét utólag egy kicsit megcsiszolva gyakorlatilag észrevétlen marad, hogy a modell nem egy egész darabból készült.

© parametric | art

© parametric | art

© parametric | art

© parametric | art

A következő modell szintén egy workshop-ra készült, az eredeti NURBS felületet itt is Juhász Andrea készítette Rhino-ban, majd ezt Grasshopper-ben parametrikusan felosztottam voronoi cellákra, hogy egy masszív, ám mégis áttört, transzparens szerkezetet kapjak. A NURBS felületet elhelyezett véletlen pontfelhő pontjaira, mint középpontokra voronoi cellákat generáltam. A cellák sarokpontjaira, mint érintőpontokra görbéket rajzoltam, majd a görbék kontúrját offset-elve létrehoztam a sejtszerű struktúrát. Miután ez megvolt, a modellt .stl vagy .ply formátumba exportálva a Meshlab-ban vastagságot (4 mm) adtam a héjnak, majd az így kapott geometriát Laplacian simítással lekerekítettem a szögletes életeket, hogy egy finom, lágy felületet kapjak. Ezután már csak ellenőrizni kellett, hogy a módosítások során nem keletkeztek-e olyan topológiai hibák a felülethálóban, amelyek a g-code generálása során hibát okozhatnak.

A Netfabb program automatikus javító algoritmusainak lefuttatása után már csak fel kellett szeletelni a modellt, a 3D nyomtatás 200 mikronos felbontásban egy darabként történt, támaszanyag nyomtatásával. A támaszokat, mivel elég ritka volt a felosztás, könnyedén el lehetett távolítani a modell belsejéből is, így ebben az esetben szerencsre nem volt szükség arra, hogy a modellt két különálló darabra szétvágva majd azokat egyenként kinyomtatva és összeragasztva jöjjön létre  tárgy.

© parametric | art

© parametric | art

Végül az egyik kedvencem következik, az instagram-on és tumblr-en nagy népszerűségnek örvendő ‘holes’ lámpabúrám, amely az előző darabokhoz hasonlóan asztaldíszként is funkcionálhat. Ebben az esetben a modell teljes egészében Rhino-ban és Grasshopper-rel készült, így az .stl konverzióig (amely minden esetben mesh-eket general) a 3D modellezés végig NURBS-ökkel történt. Az alapforma egy megnyújtott tóruszból készült, majd ezt a Z tengely mentén 45 fokkal elcsavarva referenciaként let megadva a Grasshopper 3D környezetben. A felületet szabadon paraméterezhető számű u és v irányú felületekre osztottam fel, majd ezekbe görbéket rajzolva létrejött a névadó lyukacsos struktúra. Ebben az esetben nem történt voronoi felosztás, azonban attraktorokkal generatív módon lehetett torzítani a felület, hogy elkerüljük a monoton ismétlődő minta unalmasságát. Még mindig a Grasshopperben a kapott kétirányban hajlított felületet központosan extrudálva vastagságot is kapott, így már nyomtatható modell lett belőle.

© parametric | art

© parametric | art

A modell támaszanyag nyomtatása nélkül készült, az első prototípus esetében egy Makerbot Replicator 2 gépen egyetlen extruderrel fehér PLA és Laywood alapanyagokból. Itt látható, hogy ugyan támaszok nélkül is megbirkóztt vele a masina, azért az íves nyílások alacsony meredekségű részein bizony messze nem tökéletes a 3D nyomtatás minősége. Éppen ezért, másodiszorra már egy bonyolultabb módját választottam a 3D nyomtatásnak: szerettem volna két különböző színnel kinyomtatni, viszont a tökéletes minőség elérésnek érdekésben vízoldható PVA támaszanyaggal kinyomtatva elkészíteni a tervemet.

holes2

Két különböző színnel és oldható támaszanyaggal történő 3D nyomatáshoz 3 extruderes gépre lenne szükség, például egy tricolor Mendel-re, amilyet nemrégiben a Gigamax 3D-vel közösen építettünk. Az a gép viszont 14 cm-nél magasabb tárgyak nyomtatására nem alkalmas, én pedig mindenképpen egy darabból szerettem volna elkészíteni a modellt. Szerencsére kéznél volt egy már-már professzionális gép, a Leapfrog Creatr 3D nyomtató dual extruderes változata. Ez a gép jóval nagyobb tárgyak nyomtatására alkalmas, akár 50-150 mikronos felbontásban is. Mivel az egyik extruder-be csak a vízoldható PVA 3D nyomtató támaszanyagot töltöttem be, a másik fejben, amely a modellt alkotó PLA-t nyomtatta, időnként a 3D nyomtatást megszakítva filamentet kellett cserélnem, körülbelül másfél óránként váltogatva a fehér és lila PLA 3D nyomtató alapanyagot. A 3D nyomtatás körülbelül 25 órán át tartott, így jópárszor cserélni kellett a műanyagszálat közben, az eredmény viszont szerintem magáért beszél. A modell elkészülte után a PVA oldható támaszt egyszerűen vízscsap alatt lemostam róla, és a modell mindenféle utókezelés nélkül is tökéletes felületet adott.

A következő bejegyzésben ezt a vonalat fogom továbbvinni, és eggyel nagyobb léptékű tárgyakról less szó, konkrétan a ‘flow’ generatív 3D nyomtatott lámpámról, amelyet többféle változatban is elkészítettem. A tervezés és 3D nyomtatás minden részét igyekszem majd bemutatni, hogy ha valaki kedvet kap hozzá, tervezhessen magának egy hasonlót. Továbbá készülőben van egy ‘gyroid’ nlvre keresztelt ékszerkollekció is, hamarosan az is bemutatsra kerül majd a blog hasábjain. Holnap a MOME Digital Craft Lab Pilot projektjének részeként a kurzushéten tartok majd egy előadást a 3D nyomtatás lehetséges alkalmazási területeiről és a jelenleg használatban lévő technológiákról, ezúton szeretném megköszönni Váró Péternek a meghívást! Ha eddig nem tettétek volna, mindenképp látogassatok el Péter weboldalára, fantasztikus dolgokat láttok majd!

Advertisements

About bonooobong

parametric | architecture

7 comments

  1. Visszajelzés: Idén újra Budapest 3D Printing Days | parametric | art

  2. Visszajelzés: The most prominent 3d printing event in Eastern Europe is coming! | 3dfizz – a great 3D print community

  3. Visszajelzés: 3D nyomtatás a Construma-n | parametric | art

  4. Visszajelzés: 3d printing competition at Budapest 3D Printing Days 2014 | 3dfizz – a great 3D print community

  5. Visszajelzés: Ez a nyár is a 3D nyomtatásról szólt… | parametric | art

  6. Visszajelzés: Halloween dekoráció 3D nyomtatással | parametric | art

  7. Visszajelzés: Nőnapi 3D nyomtatott meglepetés a parametic | art-tól | parametric | art

Vélemény, hozzászólás?

Adatok megadása vagy bejelentkezés valamelyik ikonnal:

WordPress.com Logo

Hozzászólhat a WordPress.com felhasználói fiók használatával. Kilépés / Módosítás )

Twitter kép

Hozzászólhat a Twitter felhasználói fiók használatával. Kilépés / Módosítás )

Facebook kép

Hozzászólhat a Facebook felhasználói fiók használatával. Kilépés / Módosítás )

Google+ kép

Hozzászólhat a Google+ felhasználói fiók használatával. Kilépés / Módosítás )

Kapcsolódás: %s

%d blogger ezt kedveli: