Josef Průša

3D tištěné optické čočky a další průhledné díly

14. 02. 2020 | by Jakub Kočí

Optické čočky, krystal do světelného meče, stínítka na lustry a spousta dalších užitečných věcí – to vše a mnohem víc se dá vytisknout z transparentních materiálů na našich tiskárnách Original Prusa i3 MK3S, Original Prusa MINI a Original Prusa SL1. Jak to ale udělat, aby byly modely 10opravdu čiré a průhledné? Stačí jen trocha trpělivosti a správné nastavení. Pojďme si ukázat, jak docílit co nejlepší průhlednosti a čeho se vyvarovat.

U videa si nezapomeňte zapnout české titulky!

Nastavení tisku a volba materiálu

Naprostým základem při tisku průhledných materiálů je správné nastavení tisku a volba materiálu. Začneme s výběrem materiálu pro klasické FFF/FDM tiskárny (my jsme v tomto směru testovali naše Original Prusa i3 MK3S) a nastavením správného tiskového profilu.
Je potřeba si uvědomit, že během klasického FFF 3D tisku vznikají uvnitř modelu drobné prostory (bublinky) mezi jednotlivými vlákny filamentu. Ty uvnitř výtisku lámou světlo a činí tak model pouze průsvitným, nikoliv průhledným. Abychom zlepšili optické vlastnosti modelu, potřebujeme je v ideálním případě úplně odstranit, aby mohly paprsky světla procházet skrz celý objekt. Principiálně se tedy snažíme vytvořit výtisk s co nejvyšší možnou hustotou výplně. Jako první musíme v PrusaSliceru nastavit 100% přímočarou výplň a snížit výšku vrstvy (ideálně na 0,05 mm), abychom se ujistili, že plast zateče do všech dutin. Dále budeme měnit hodnoty průtoku (Nastavení filamentu / Filament / Násobič extruze), přesah pro výplň/perimetry (Nastavení tisku / Pokročilý / Přesah pro výplň/perimetry) a chlazení tisku (Nastavení filamentu / Chlazení / Zapnout). Obecně platí, že je vhodné otestovat různá nastavení, která budou nejlépe sedět vám a vaší tiskárně. Níže si proto rozebereme spíše orientační hodnoty vhodné pro tisk vybraných materiálů.

Než začnete tisknout, ujistěte se, že máte správně nastavenou a zkalibrovanou tiskárnu. Při tisku s 0,05 mm tloušťkou vrstvy je znát například každá nerovnost na podložce. Pokud nemáte správně zkalibrovanou první vrstvu, bude se vám pravděpodobně ucpávat tryska. Jestli máte na tiskárně starou trysku, je dobré ji vyměnit za novou. Zbytky připáleného materiálu z předchozích tisků mají vliv právě na ucpávání trysky.

Postup úpravy FFF výtisku (zleva surový výtisk, obroušený model, vyleštěný model)

ABS (Filament PM)

Jako první jsme po vzoru Fenneclabs podrobili testu ABS. I my jsme si potvrdili, že se jedná o vhodný materiál pro tisk průhledných dílů. Jako nejlepší hodnoty jsme zvolili průtok 105 % a přesah pro výplň / perimetry 6 %. Vlivem zvýšeného průtoku se vám sice bude na tisknutém modelu hromadit přebytečný materiál, ale na rozdíl od PETG se obvykle nepřepaluje a jde snadno odstranit nožem.

PETG (Filament PM)

Když nemáte ABS, dejte tam PETG! I s tímto materiálem jsme dosáhli relativně slušných výtisků. Ovšem na rozdíl od ABS se občas na výtisku vyskytly připálené kousky filamentu. Nejlepších výsledků jsme při standardních rychlostech dosáhli, když jsme nastavili průtok na 112 % a přesah pro výplň/perimetry 5 %. Pro opravdu kvalitní výplň je nicméně nezbytné zpomalit tisk až na 20% rychlost (na tiskárně volba Ladit / Rychlost). Navíc je dobré i snížit teplotu trysky o 5 °C pro zmírnění připalování filamentu. Při tomto nastavení je také vhodné vypínat chlazení tisku.

PLA Crystal Clear (Fillamentum)

Poslední testovanou transparentní tiskovou strunou bylo PLA Crystal Clear od Fillamentum. Ačkoliv je tento filament sám o sobě vzhledově opravdu hezký, pro tisk čirých dílů se zdá být nejméně vhodným. Velmi často se nám přicpával v trysce a nikdy nedosáhl dostatečné úrovně průhlednosti – vždy byl uvnitř objektu alespoň trochu zakalený či zažloutlý. Pro co možná nejkompaktnější výplň je dobré zvýšit průtok alespoň na 110 %, přesah pro výplň / perimetry nastavit na 5 % a vypnout chlazení tisku.

Výsledek zkrátka nebyl ani po dlouhém nastavování zcela optimální. Proto se spíš než na tisk průhledných dílů hodí tento materiál na tisk průsvitných modelů: zde se vyplatí experimentovat s výplní, počtem perimetrů, výškou vrstvy a tloušťkou trysky. Určitě budete sami překvapeni, jakými způsoby může světlo procházet skrz model.

SLA resiny

SLA tiskárny mají při tisku z transparentních materiálů oproti klasickým FFF tiskárnám výhodu v tom, že není nutné složitě testovat a nastavovat tisk. Vše je mnohem jednodušší, když nemusíte upravovat pokročilé parametry a sledovat měnící se výsledky vašeho úsilí. Stačí si pouze zvolit typ resinu a spustit tisk. Výsledný model bude kompaktní (bez bublin), a navíc mnohem přesnější a hezčí než z klasické FFF tiskárny. Pro tento článek jsme testovali tisk různých modelů ze 4 typů resinu: Prusa transparent tough, Prusa trans red, Prusa trans green a 3DM tough clear (s délkami osvitu 9 s a 30 s pro první vrstvu). Všechny 4 typy resinu jsou dobře tisknutelné a průhledné. Pro snadnější postprocessing je dobré tisknout s použitím 0,025 mm tlusté vrstvy a použít horizontální natočení objektu. Nevýhodou je to, že vytvrzený resin má tendenci držet silně na tiskové platformě, což komplikuje sundavání výtisků.

Vyleštěný SL1 výtisk z 3DM transparent tough resinu (inverzní model lebky tučňáka císařského)

Okna motorového vozu 810 vytisknuté na SL1 (nahoře neupravená, dole upravená akrylovým lakem)

Dodatečné opracování

Nejspíš je vám jasné, že pouhým tiskem to nekončí. Na objektech z MK3s jsou nehezké přebytky materiálu a na všech modelech (včetně těch z SL1) jsou viditelné jednotlivé tiskové vrstvy. Po vytištění jsou všechny modely pouze průsvitné, ale k průhlednosti mají daleko. Co s tím?
Teď přijde na řadu dřina. 3D tiskárny jsou sice neuvěřitelně šikovné, ale neudělají za vás všechno. Takže pokud chcete, aby modely byly opravdu průhledné, musíte je obrousit a vyleštit. U výtisků z MK3s je potřeba nejprve nožíkem odstranit nadbytečný materiál a všechny modely je potřeba důkladně obrousit. Mějte na paměti, že každá povrchová nerovnost bude na konečném produktu vidět. Nepodceňujte ani skutečně drobné rýhy a vrypy – to všechno bude na finální objektu vidět.

Začněte s broušením hrubým smirkovým papírem (doporučujeme hrubost kolem 400) a postupně se propracovávejte k jemnějším. Stejně jako u jakéhokoliv jiného broušení výtisků, i zde je potřeba využít mokré broušení! Skončili jsme u hrubosti 1500, ale optimální by bylo použít ještě jemnější zrnitosti. A stále ještě nekončíme: samotné broušení totiž nestačí, model je potřeba ještě vyleštit, aby skrz něj bylo dobře vidět. V tomto směru se nám osvědčily 2 možné varianty: První, snadnější varianta spočívá v nanesení bezbarvého lesklého akrylového laku na obroušený povrch. Na jednu stranu se jedná o elegantní řešení, díky kterému dosáhneme moc hezkých optických vlastností, na druhou stranu je lak náchylný na poškrábání a velice snadno zmatní po kontaktu s pokožkou (kvůli mastnotě). Druhá, náročnější varianta spočívá v leštění obroušeného modelu. Výhodou je fakt, že vyleštěný objekt je o něco odolnější proti poškrábání a nezmatní při otření rukou. Nevýhoda spočívá ve fyzické a časové náročnosti této metody. Modely se leští hadříkem (např. flanel, bavlna…), ideálně s použitím leštící pasty. Materiály používané pro FFF tisk se leští mnohem snadněji, dá se použít pouze kus látky bez leštící pasty, modely z resinu vyžadují podstatně větší úsilí.

Vyhlazení acetonem

Během našeho testování jsme samozřejmě brali v potaz i fakt, že se některé materiály dají snadno vyhladit použitím organických rozpouštědel. Zkusili jsme aplikovat acetonové výpary na výtisk z ABS a dichlormethan na PETG. Bohužel, rozpouštědla sice vytvořila hladký povrch našich modelů, ale vnitřek zneprůhlednila. Ke stejnému výsledku se dobrali i Fenneclabs, což jen potvrzuje fakt, že tudy cesta nevede.

Díly tisknuté z PETG (vlevo) a ABS (uprostřed a vpravo) vyhlazené acetonem (dichlormethanem)

Změny teploty a vlhkost filamentu

V souvislosti s žíháním plastů nás napadlo, jestli by zprůhlednění tisku nepomohlo zahřátí na určitou teplotu. Ukázalo se, že žíháním se dá docílit dobré průhlednosti, ale pouze při vysokých teplotách, kdy vytisknutý objekt ztrácí svůj tvar.
Zajímavá je také změna průhlednosti některých materiálů s klesající teplotou: zahřáté ABS má při tisku vždy mléčnou barvu a jeví se zcela neprůhledné, ale po zchladnutí se stane průhledným. Naopak, pokud použijete staré (zvlhlé) PLA, počítejte s tím, že bude po vychladnutí zakalené, i když bylo během tisku hezky průhledné. Opětovné zahřátí nemá na propustnost světla vliv.

Tisk z transparentních materiálů skýtá mnoho zajímavých možností. Příkladem užitečných průsvitných výtisků mohou být různá stínítka na lustry, rozptylky na foťák a nespočet dalších modelů využívajících rozptyl světla. A pokud se vám podaří vytisknout a upravit modely tak, aby byly čiré a průhledné, zjistíte, že mohou mít celkem dobré optické vlastnosti. Vytisknuté čočky se například dají využít pro zaostření světla z LED diody, nebo při tvorbě oken k různým modelům (připomeňme si tvorbu našich železničních modelů). Na pohled hezké jsou pak modely vytvořené funkcí boolean v programu Blender – takto jsme vytvořili invertovaný model lebky tučňáka uvnitř kvádru. Shrneme-li výhody a nevýhody transparentních materiálů, docházíme k tomu, že pro tisk dobře průhledných dílů je nejlepší použít SLA tisk s použitím transparentního resinu. U klasického FFF 3D tisku se dá také docílit dobrých výsledků, ale je potřeba si uvědomit, že tvorba průhledných dílů může být časově náročná a vyžaduje správnou volbu filamentu a nastavení tiskárny. I přes zmíněné nevýhody jsou transparentní filamenty skutečně užitečné pro tisk průsvitných dílů. Zkuste si pohrát s nastavením vaší tiskárny a dodatečnou úpravou tisku – a pokud něco zajímavého vytisknete, nezapomeňte se nám pochlubit s hotovým výsledkem!


Originální 3D tiskárna Prusa i3

Podívejte se na originální Prusa i3 MK3 3D tiskárnu!
Nejlevnější je už od 19 990 Kč

Průša 3D tiskárny na faceboku