W dzisiejszym materiale, chciałem Wam przedstawić możliwości wykorzystania druku 3d w przygodzie ze Smart Home. Pokażę Wam wszystko co będziemy potrzebować aby zacząć zabawę z drukiem 3D. Zaprezentuję Wam, jak wykorzystać druk 3D do stworzenia własnych rozwiązań dla Smart Home.
Pierwszym krokiem w wykorzystaniu druku 3D w smart home jest oczywiście sama drukarka.
Rodzaje drukarek
Nie będę tutaj wchodził w szczegóły. Myślę, że jeżeli ktoś będzie zainteresowany to obejrzy poradniki stricte opisujące technologie druku oraz ich zalety i wady. Sprzęty do tworzenia modeli trójwymiarowych, które najczęściej wykorzystywane są do hobbystycznych zastosowań, możemy podzielić na 2 główne grupy: technologia FDM/FFF oraz technologia SLA.
Pierwszy rodzaj druku stanowi jedną z najstarszych i najbardziej rozpowszechnionych technologii. Metoda ta polega na układaniu kolejnych warstw przetapianego materiału, pozwalając jednocześnie ostygnąć sąsiednim warstwom i związać się ze sobą przed nałożeniem następnej warstwy.
Drugi tym, czyli SLA to technologia druku przy użyciu płynnej żywicy fotopolimerowej. Stereolitografia jest precyzyjną technologią druku 3D gdzie materiał modelowy utwardzany jest wiązką lasera ultrafioletowego (UV) w celu utworzenia docelowej bryły.
Drukarka 3D
Moją obecną drukarkę otrzymałem do testów ze sklepu internetowego Geekbuying. Polecam zapoznać się z ofertą tego sklepu, ponieważ znajdziesz tutaj sporo produktów dla elektronicznych geeków, w tym m.in. dużo drukarek 3D.
Drukarka 3D SCEOAN windstorm S1, po pierwsze wygląda bardzo minimalistycznie, po drugie powiada wszystkie ważne funkcje, które przydadzą się początkującemu użytkownikowi. Sama drukarka przychodzi w kartonie w dwóch częściach. Podstawa oraz element górny, które wystarczy połączyć 2 śrubami. Drukarkę podłączamy do prądu i już. Jest gotowa do drukowania. Sam exktruder, czyli mechanizm który rozgrzewa i wypuszcza filament (czyli materiał z którego drukowane są rzeczy), jest w formie zabudowanej i posiada prosty sposób umieszczania filamentu, a elektronika po rozgrzaniu dyszy do odpowiedniej temperatury, przesuwa materiał i trochę wypuszcza na zewnątrz, żeby prawidłowo napełnić całe jego wnętrze.
Głównymi zaletami tego sprzętu jest bardzo duża prędkość wydruku, funkcja autopoziomowania stołu, magnetyczna podkładka wydruku, czujnik filamentu, prosty i minimalistyczny wygląd, czy dwie prowadnice w płaszczyźnie osi Z. Po ponad miesięcznych testach jestem z niej naprawdę bardzo zadowolony. Same wydruki są precyzyjne i przy dłuższej pracy nie miałem problemów z odklejaniem się wydruku od stołu.
Moją poprzednią drukarką był podstawowy Creality Ender 3, którą kupiłem ponad 5 lat temu. Bardzo ją polecam osobom, które chcą nauczyć się od podstaw druku 3d. Po zakupie zestaw zawiera wszystkie mechanizmy do podstawowego druku 3D. Ważne jest, że do Endera 3 można znaleźć dużo gotowych projektów, które po samodzielnym wydruku usprawniają samą drukarkę. Dodatkowo można dokupić za niewielkie pieniądze czujnik do do autopoziomowania stołu, wymienić extruder, zmienić płytę główną. Po wszystkich modyfikacjach drukarka, może drukować szybciej, bardziej precyzyjniej oraz bardzo cicho. Ja dodatkowo podłączyłem do niej raspberry pi z zainstalowanym OctoPrint i połączyłem ją do serwera Home Assistant, za pomocą którego mogę śledzić wydruk przy pomocy kamery oraz przeglądać wszystkie parametry wydruku w czasie rzeczywistym.
Przygotowanie plików do druku – Slicer
Na początku będziemy potrzebowali aplikację tzw. slicera, która przygotuje nam projekt do druku.
Ja korzystam z aplikacji Ultimaker Cura. W niej mogę stworzyć gotowy plik jaki będzie mogła przyjąć drukarka. Dzięki integracji OctoPrint, mam możliwość przez WiFi przesłać plik i wydrukować go na drukarce. W slicerze mamy możliwość definiowania, z jakiego materiału będziemy realizować wydruk, zdefiniować szybkość, procent wypełnienia, jakość wydruku i bardzo dużo parametrów samego wydruku. Dla początkujących polecam zostawić na początku parametry domyślne i ustawić tylko rodzaj materiału.
Filament – czyli materiał z którego będziemy drukować.
Materiałów mamy kilka rodzajów. Podstawowymi są PLA, PETG, mocniejszy ABS (który wymaga lepszej wentylacji ponieważ jego opary są szkodliwe), możemy drukować również z nylonu, nawet z gumy czyli TPU a nawet z materiałów z dodatkiem drobno zmielonego drewna – które po wydruku możemy wyszlifować i pomalować bejcą do drewna. Każdy z materiałów ma swoje specyficzne właściwości, co do temperatury użytkowania, odporności na warunki atmosferyczne, ale nie chciałbym tutaj o tym wszystkim szczegółowo opowiadać bo to temat na osobny odcinek.
Projekty trójwymiarowe
Gdy już mamy wybraną drukarkę, materiał z którego będziemy drukować, to warto coś wydrukować. Będą nam potrzebne projekty tego, co chcemy wydrukować. Do pozyskania gotowych jest kilka stron internetowych, z których możemy bezpłatnie pobrać pliki. Są to m.in. Thinkgiverse oraz Printables.com – ja korzystam z tych dwóch. Użytkownicy tych portali bezpłatnie dzielą się swoimi projektami ze społecznością. W każdych z tych serwisów znajduje się dziesiątki jak nie setki tysięcy projektów. Oczywiście nam najbardziej przydadzą się projekty do wykorzystania w Smart Home.
W moim smart home drukuję m.in. obudowy do Raspberry Pi, urządzeń DIY, płytek ESP, uchwyty do czujników, uchwyty do tabletów. Często przydają mi się też wydrukowane konektory do przewodów oraz mocowania do taśm ledowych.
Drugą możliwością jest samodzielne stworzenie tego co chcemy wydrukować. Aby przygotować projekt możemy wykorzystać darmowe programy do tworzenia projektów, jedne są bardzo proste i pozwalają bez problemu stworzyć proste bryły, inne zaś pozwalają na tworzenie skomplikowanych kształtów, wymiarować je co do dziesiątych części milimetra.
Jeżeli nie macie w tym doświadczenia to możecie skorzystać z ThinkerCad, który w przeglądarce pozwala tworzyć projekty oraz modyfikować te pobrane z Thingiverse. Mamy tutaj dostępne podstawowe kształty, z nich możemy wycinać inne kształty, dokładać nowe, tworzyć napisy wypukłe. Polecam tą aplikację, gdy chcecie szybko stworzyć obudowę do własnego projektu elektroniki.
Bardziej rozbudowane aplikacje pozwalają na tworzenie modeli, gwintów, które potem możemy rozdzielać i drukować w kilku częściach. Jedną z bardziej rozbudowanych narzędzi jest Fusion360, który jest kombajnem z ogromną liczbą możliwości. Jest sporo kursów, które nauczą Was korzystać z tego narzędzia.
Koszty druku – cennik
Chciałbym Wam przedstawić również koszty wykorzystania druku 3d. Jego suma poza zakupem samej drukarki to kwota materiału z którego drukujemy oraz koszt energii elektrycznej.
Ceny sprzętów zależą od funkcji jakie posiada, jakości komponentów wykorzystanych do jej produkcji, dodatkowo od renomy firmy produkującej drukarkę. Przyjmijmy, że podstawowe kosztują od 1000 zł, takie ze średniej półki to koszt 2-3 tyś zł, a bardzo dobra drukarka domowa z podajnikiem kilku kolorów filamentu to cena ok 7 tyś zł.
Moja obecna drukarka ma moc 400W, a średnio podczas wydruku zużywa ok. 0,3kW na godzinę. Czyli koszt samego prądu to ok 40 gr. na godzinę.
Dobrej jakości filament kosztuje ok. 100 zł za 1 kg. To ile go wykorzystamy zależy modelu, który chcemy wydrukować. Mój slicer potrafi wyliczyć ilość zużytego materiału, mogę w nim zdefiniować cenę za filament, a on wyceni koszt wydruku materiału. Jeżeli dodam “górkę” na zużycie prądu to oszacuje sumaryczny koszt.
Zobaczcie na podstawie obudowy do raspberry pi 4 jakie są ceny w sklepach oraz jak to wychodzi cenowo podczas wydruku w domu. Jedną z podstawowych zalet jest czas. Zamówienie obudowy w sklepie internetowym to oczekiwanie na jego dostarczenie, najszybciej będzie to następnego dnia. Koszt samej obudowy to ok 30 zł. Projektów gotowych do tego modelu Malinki jest setki, wybrałem podobny do tego w sklepie internetowym. Koszt materiału to 4.20 zł przy wydruku standardowym, czas wydruku na moim starym Enderze to 6:30 godziny. Czyli zużycie prądu to 2,40 zł. Sumarycznie koszt wydruku 6 zł i 60 gr. a gotową obudowę mamy od momentu pomysłu do gotowego produktu w 7 godzin. Jest to koszt ok 20% obudowy kupionej w sklepie.
To tylko jeden z przykładów. Jeżeli swój serwer masz postawiony na innym urządzeniu to nic straconego do terminali też jest mnóstwo projektów mocowań, uchwytów, stojaków.
