Міні-фабрика речей з Windows 8.1: як надрукувати власний чохол для телефона

Оновлена операційна система Microsoft запропонувала користувачам багато нових функцій, серед яких – можливість роздрукувати собі якийсь предмет. Це може бути будь-яка річ, наприклад, чохол для власного телефона. Отримати його досить просто: треба створити чи завантажити його тривимірну віртуальну модель та відправити її на друк до спеціального принтера. Детальніше про те, як отримати чохол для свого телефона менш ніж за один долар, читайте нижче.

Простий друк будь-яких речей став можливим завдяки підтримці у Windows 8.1 відповідних 3D-принтерів. Вони беруть створену чи завантажену з інтернету цифрову твердотільну модель предмета та шар за шаром наносять розплавлений пластик. За подібним принципом працюють і звичайні принтери для паперу, які послідовно розпиляють чорнила, щоб отримати текст чи зображення.

Роздрукований на принтері чохол (зліва) та його тривимірна модель у SolidWorks (справа)

Цифрові твердотільні моделі об’єктів можна створювати у багатьох програмах, які відносяться до класу систем автоматизованого проектування (CAD-системи). Однією з таких є SolidWorks, яка стала стандартом де-факто в багатьох галузях завдяки своїм багатим можливостям. Ця програма нещодавно оновилась до версії 2014, у якій додалося багато нових функцій для легкої роботи.

Розробка чохла у SolidWorks

Перш ніж братись до розробки власне твердотільної моделі чохла, у SolidWorks потрібно спочатку створити цифрову копію корпусу власного смартфона. Це дозволить точніше врахувати особливості його дизайну та впевнитись, що в роздрукований чохол можна буде помістити реальний телефон. Ось як виглядає цифрова копія Nokia Lumia 928 у SolidWorks:

Твердотільна цифрова модель Nokia 928: зліва – повний рендеринг, справа – показані заховані лінії

Коли модель телефона буде готова, навколо неї можна побудувати сам чохол. Зробити це у SolidWorks легко за допомогою функції зміщення поверхні «Surface offset».

Корпус телефона показано синім кольором, поверхню зміщення – жовтим, а зовнішня сторона чохла пофарбована в червоний

Коли зовнішня та внутрішня геометрія чохла готова, потім можна видалити корпус телефона за допомогою команди віднімання поверхонь. У результаті залишиться пустотіла оболонка, яка точно підходить за розмірами до смартфона.

Так виглядає цифрова модель чохла для Nokia 928, яку потім можна відправити на друк

 Підготовка до 3D-друку

Твердотільні настільні принтери, такі як MakerBot Replicator 2, накладають певні обмеження на цифрові моделі через те, що вони створюють речі за допомогою нанесення шарів розплавленого пластику. Це вимагає деякої оптимізації віртуального предмета, щоб роздрукована потім річ слугувала довгий час. Одним з таких поліпшень є врахування текстури поверхні предмета: принтер не може зробити її гладкою. Для цього потрібно зменшити товщину чохла на величину близько 0,02-0,4 мм. Інакше чохол виявиться занадто тісним для телефона.

Так виглядає текстура поверхні, яку залишає принтер MakerBot Replicator 2

 Як проміжне рішення можна додати ще одну поверхню між моделями телефона та чохла у SolidWorks. Вона буде виконувати роль повітряного зазору, місце якого потім займе створена принтером текстура. Товщину цього проміжку можна одразу вказали в SolidWorks чи завантажити із зовнішнього файлу, наприклад, з книги Excel.

Створення додаткового зазору між чохлом та телефоном для врахування текстури під час друку

 Окрім текстури, яку створює принтер, потрібно також пам’ятати про таке:

  • Звіси та опори: оскільки 3D-принтери створюють деталі пошарово, потрібно подумати про те, як це буде відбуватися. Якщо предмет має виступні частини, вони можуть зігнутися до того часу, поки пластик охолоне. У такому разі можна додати до моделі елементи підтримки. Для визначення того, чи потрібні додаткові опори в деталі, можна скористатися «правилом 45 градусів»: коли звіс виступає з деталі більш ніж на 45 градусів, він потребує додаткової підтримки.
  • Викривлення та зменшення: деякі матеріали, наприклад ABS-пластик, можуть змінюватись у розмірах під час та після друку. Це може викликати великі внутрішні напруження та появу тріщин у надрукованому предметі. Цього можна уникнути, якщо розумно виконати внутрішню структуру об’єкта та прочитати відповідну технічну літературу.
  • Властивості матеріалів: виробники випускають багато типів пластиків для 3D-принтерів, які мають різні фізичні властивості (міцність, коефіцієнт теплового розширення, еластичність, точка плавлення тощо). Перед початком друку потрібно обрати оптимальні налаштування принтера, які врахують ці особливості.

Процес друку чохла для Nokia 928 на принтері MakerBot Replicator 2 з опорою та елементами підтримки

Поступовий підбір параметрів

Створити таку цифрову модель, яка одразу після виготовлення підійде за всіма параметрами, можна, але це потребує досвіду. Тому початківцям простіше вдосконалювати свою розробку в декілька кроків. Для чохла телефона це буде три ітерації:

  1. Друк з базовими налаштуваннями принтера. Після виготовлення треба заміряти дійсні розміри отриманого предмета та відповідним чином змінити цифрову модель.
  2. Надрукувати чохол з урахуванням попередніх поправок. Повторно провести заміри та внести їх до моделі.
  3. Створити фінальну версію чохла та спробувати її в роботі.

У випадку чохла для Nokia 928 особливої уваги потребує гнучкий куток, який дозволяє зняти його зі смартфона. Щоб ця частина не руйнувалась через високий рівень внутрішніх напружень, може знадобитися внести деякі зміни до цифрової моделі.

Оптимізація гнучкого кутка може потребувати декілька роздрукованих варіантів чохла

Завдяки тривимірному друку та вбудованій підтримці цієї функції у Windows 8.1 можна значно заощаджувати на різноманітних речах. Так, чохол для Nokia 928 коштує лише $0,96: один кілограм пластику обійдеться в $48, а його потрібно лише 0,02 кг.

Бажаючі можуть завантажити тривимірну модель чохла Nokia 928 та надрукувати його собі. Окрім цього предмета, користувачі можуть створити безліч інших корисних речей: підставки, док-станції, триноги тощо.