Fusion 360 do druku 3D - jak projektować własne modele od podstaw?

Drukarka 3D daje ogromne możliwości, ale dopiero umiejętność tworzenia własnych modeli sprawia, że naprawdę zaczynamy wykorzystywać jej potencjał. Gotowe projekty pobrane z internetu są wygodne, jednak wcześniej czy później pojawia się sytuacja, w której potrzebujemy elementu o konkretnych wymiarach, nietypowego uchwytu, dopasowanej obudowy albo części zamiennej, której po prostu nie da się znaleźć w gotowej bibliotece.

W takich sytuacjach świetnie sprawdza się Fusion 360, czyli popularne środowisko CAD rozwijane przez Autodesk. Program pozwala tworzyć precyzyjne modele 3D, zmieniać ich wymiary, przygotowywać kolejne warianty oraz projektować elementy z myślą o późniejszym wykonaniu. Dla użytkownika drukarki 3D oznacza to przede wszystkim jedno - zamiast dostosowywać swoje potrzeby do dostępnych modeli, można stworzyć projekt dokładnie taki, jaki jest potrzebny.

Dlaczego Fusion 360 dobrze nadaje się do druku 3D?

Programy do modelowania 3D można podzielić na wiele grup. Niektóre świetnie nadają się do tworzenia postaci, rzeźb i modeli artystycznych, inne skupiają się na projektowaniu technicznym. Fusion 360 szczególnie dobrze sprawdza się właśnie w przypadku części użytkowych i technicznych.

Jeżeli chcemy zaprojektować pudełko o dokładnych wymiarach, uchwyt dopasowany do konkretnej średnicy rurki, adapter, mocowanie do ściany, organizer albo obudowę elektroniki, możliwość precyzyjnego wymiarowania jest niezwykle wygodna. Wymiary można wpisywać bezpośrednio podczas tworzenia projektu. Nie trzeba więc oceniać wielkości elementu "na oko". Jeśli otwór ma mieć 4,2 mm średnicy, możemy nadać mu właśnie taki wymiar. Jeśli obudowa ma być szersza o 5 mm, wystarczy zmienić odpowiedni parametr.

Dzięki temu projektowanie modeli do druku 3D staje się znacznie bardziej przewidywalne.

Od szkicu do gotowego modelu 3D

Większość prostych projektów w Fusion 360 rozpoczyna się od szkicu 2D. Możemy wybrać płaszczyznę i narysować na niej podstawowy kształt - prostokąt, okrąg, łuk lub bardziej rozbudowany kontur. Następnie określamy jego wymiary oraz relacje pomiędzy poszczególnymi elementami. Przykładowo chcemy stworzyć prosty pojemnik. Najpierw rysujemy prostokąt o wymiarach 120 × 80 mm. Następnie wykorzystujemy funkcję wyciągnięcia, aby nadać mu wysokość. Kolejna operacja może pozwolić wydrążyć środek i pozostawić ścianki o określonej grubości. W kilku kolejnych krokach można dodać zaokrąglenia, otwory, napis albo element umożliwiający zamontowanie pokrywki. To właśnie taki sposób pracy sprawia, że Fusion 360 jest bardzo wygodny podczas projektowania funkcjonalnych wydruków.

Modelowanie parametryczne - ogromna wygoda przy poprawianiu wydruków

Pierwszy wydruk bardzo często nie jest idealny. Czasami otwór okazuje się minimalnie za mały, pokrywka zbyt ciasna, a zatrzask wymaga dodatkowego luzu. W przypadku modelowania parametrycznego poprawienie projektu może być bardzo proste. Jeżeli średnica otworu została wcześniej określona jako konkretny wymiar, wystarczy zmienić na przykład 8 mm na 8,3 mm. Fusion przeliczy model zgodnie z wprowadzoną zmianą.

To zdecydowanie wygodniejsze niż ręczne poprawianie całej geometrii. Parametryczne projektowanie szczególnie dobrze współpracuje z procesem prototypowania, który jest przecież naturalną częścią druku 3D. Projektujemy część, drukujemy ją, sprawdzamy dopasowanie, wprowadzamy korektę i wykonujemy kolejną wersję. Po kilku takich iteracjach można uzyskać element bardzo dobrze dopasowany do konkretnego zastosowania.

Tolerancje w druku 3D - model nie zawsze powinien mieć dokładnie taki sam wymiar

Jednym z częstszych błędów osób rozpoczynających projektowanie jest założenie, że dwie części o takich samych wymiarach będą do siebie idealnie pasować. Jeśli zaprojektujemy trzpień o średnicy 10 mm i otwór również o średnicy 10 mm, po wydrukowaniu może się okazać, że elementów nie da się połączyć. Wynika to między innymi z dokładności drukarki, ustawień slicera, rodzaju materiału, temperatury czy przepływu filamentu.

Dlatego podczas projektowania należy uwzględniać tolerancje i odpowiedni luz pomiędzy współpracującymi elementami. W przypadku wydruków FDM często zaczyna się od niewielkiego luzu wynoszącego kilka dziesiątych milimetra, a następnie dopasowuje go do konkretnej drukarki i filamentu. Nie istnieje jedna wartość idealna dla wszystkich urządzeń. Najlepszym rozwiązaniem jest wykonanie własnego testu tolerancji i sprawdzenie, przy jakim luzie elementy zaczynają poruszać się swobodnie, a przy jakim tworzą ciasne połączenie.

Grubość ścianek ma znaczenie

Projektując model do druku 3D, warto już na etapie pracy w Fusion pomyśleć o tym, w jaki sposób część zostanie później wykonana. Bardzo cienkie ścianki mogą być trudne do poprawnego wydrukowania. Szczególnie jeżeli ich grubość nie współgra z szerokością ścieżki generowanej przez slicer. Dla dyszy 0,4 mm często wygodnie jest projektować ścianki tak, aby ich grubość pozwalała na wykonanie kilku pełnych obrysów.

Przykładowo zamiast przypadkowej ścianki o grubości 1,1 mm można rozważyć wymiar lepiej współpracujący z planowaną szerokością linii. Nie oznacza to, że każdy projekt trzeba podporządkować jednej konkretnej wartości. Warto jednak pamiętać, że dobry model do druku 3D powinien uwzględniać możliwości technologii FDM.

Jak projektować, żeby ograniczyć podpory?

Podpory potrafią znacząco wydłużyć druk i pogorszyć jakość powierzchni znajdującej się bezpośrednio nad nimi. Dlatego warto myśleć o ich ograniczeniu już podczas projektowania. Zamiast tworzyć poziomą powierzchnię zawieszoną w powietrzu, czasami można zmienić jej geometrię i zastosować skos. Otwory poziome również nie zawsze muszą być idealnie okrągłe. W niektórych zastosowaniach można wykorzystać kształt przypominający kroplę lub łuk, który drukarka wykona bez dodatkowych podpór. Podobnie wygląda sytuacja z dużymi przewieszeniami.

Projektowanie pod konkretną technologię produkcji to jedna z najważniejszych umiejętności przy tworzeniu modeli do druku 3D. Często niewielka zmiana kształtu może skrócić czas drukowania, ograniczyć ilość zużytego materiału i poprawić wygląd gotowej części.

Fazowanie i zaokrąglenia - nie tylko dla wyglądu

Fusion 360 pozwala bardzo łatwo dodawać fazy oraz zaokrąglenia. Na pierwszy rzut oka mogą wydawać się elementami czysto estetycznymi, ale w druku 3D mają również praktyczne zastosowanie.

Niewielka faza przy otworze może ułatwić wprowadzanie śruby albo trzpienia. Zaokrąglenie ostrych narożników może poprawić wygodę użytkowania produktu. Zaokrąglone przejścia potrafią również zmniejszyć koncentrację naprężeń w niektórych elementach konstrukcyjnych. Nie zawsze warto więc projektować wszystko jako zestaw ostrych krawędzi i prostych ścian.

Otwory pod śruby i elementy montażowe

Jednym z najpopularniejszych zastosowań drukarek 3D jest tworzenie uchwytów i części montażowych. Fusion 360 bardzo dobrze nadaje się do projektowania otworów pod śruby, nakrętki, podkładki oraz inne elementy złączne.

Można na przykład przygotować:

• otwór przelotowy,
• gniazdo pod łeb śruby,
• miejsce na nakrętkę,
• otwór pod insert gwintowany,
• albo przestrzeń przeznaczoną do późniejszego nagwintowania.

Trzeba jednak pamiętać o tolerancji wydruku. Otwór zaprojektowany dokładnie na nominalną średnicę śruby może po wydrukowaniu okazać się nieco mniejszy.

Dlatego warto projektować takie miejsca świadomie, uwzględniając późniejszy sposób montażu.

Fusion 360 do projektowania obudów

Jednym z bardzo ciekawych zastosowań programu jest tworzenie obudów do elektroniki i różnych urządzeń. Można zaprojektować pudełko dopasowane do konkretnej płytki PCB, przewidzieć otwory pod gniazda USB, przyciski i przewody, a następnie przygotować pokrywę mocowaną na zatrzaski lub śruby. Fusion pozwala dokładnie określić pozycję poszczególnych elementów.

Jeżeli mamy suwmiarkę i potrafimy prawidłowo zwymiarować rzeczywisty przedmiot, jesteśmy w stanie przygotować obudowę bardzo dobrze dopasowaną do urządzenia. To jeden z momentów, w których drukarka 3D i program CAD zaczynają tworzyć naprawdę użyteczny zestaw narzędzi.

Projektowanie części zamiennych

Pęknięty uchwyt, zaślepka, pokrętło czy niewielki element urządzenia często oznaczają konieczność wymiany znacznie większego podzespołu. Mając drukarkę 3D i Fusion 360, można spróbować odtworzyć uszkodzoną część. Najłatwiej zrobić to w przypadku elementów o stosunkowo prostej geometrii. Wystarczy dokładnie zmierzyć oryginał i stopniowo odwzorować jego kształt. Suwmiarka staje się tutaj jednym z najlepszych przyjaciół osoby projektującej. Nie zawsze uda się odtworzyć część idealnie za pierwszym razem. Czasami trzeba wykonać dwa lub trzy wydruki testowe.Zaletą jest jednak to, że każda poprawka pozostaje zapisana w projekcie i można ją łatwo ponownie wykorzystać.

STL czy 3MF - jak przygotować model do slicera?

Po zakończeniu projektowania model trzeba przekazać do programu, który przygotuje go do drukowania. Fusion umożliwia eksport geometrii do formatów wykorzystywanych w druku 3D. Następnie plik można otworzyć w slicerze, takim jak OrcaSlicer, PrusaSlicer, Cura czy innym programie obsługującym konkretną drukarkę.

Warto pamiętać, że Fusion 360 nie zastępuje slicera.

Fusion służy przede wszystkim do stworzenia modelu. Slicer odpowiada natomiast za podział bryły na warstwy oraz ustalenie takich parametrów jak:

• wysokość warstwy,
• liczba obrysów,
• wypełnienie,
• podpory,
• prędkości,
• temperatury.

Dopiero na podstawie tych ustawień generowany jest plik przeznaczony dla drukarki.

Czy Fusion 360 nadaje się dla początkujących?

Tak, choć pierwsze godziny mogą być nieco chaotyczne. Interfejs programu zawiera sporo narzędzi, a modelowanie parametryczne wymaga przyzwyczajenia się do trochę innego sposobu myślenia niż w prostych programach graficznych. Najlepiej nie próbować od razu projektować skomplikowanego mechanizmu.

Dobrym początkiem będą:

prosty brelok, podstawka, organizer, uchwyt, pudełko albo element z kilkoma otworami.

Każdy taki projekt pozwala przećwiczyć kolejne funkcje programu.

Po pewnym czasie tworzenie szkiców, nadawanie wymiarów, wyciąganie brył czy robienie otworów zaczyna być bardzo intuicyjne.

Własne modele dają drukarce 3D zupełnie nowe możliwości

Pobieranie gotowych projektów jest wygodne i z pewnością nie ma powodu, żeby z tego rezygnować. Jednak możliwość stworzenia własnej części diametralnie zmienia sposób korzystania z drukarki. Przestajemy zadawać sobie pytanie: "czy ktoś już zrobił taki model?", a zaczynamy zastanawiać się: "jak mogę to zaprojektować?"

Fusion 360 świetnie sprawdza się właśnie w takim podejściu. Pozwala przygotować model dopasowany do konkretnych wymiarów, łatwo wprowadzać poprawki oraz tworzyć kolejne wersje produktu. W połączeniu z drukarką 3D daje możliwość szybkiego przechodzenia od pomysłu do fizycznego przedmiotu.

Dla osób zainteresowanych projektowaniem technicznym, majsterkowaniem i drukiem 3D nauka Fusion 360 może być jednym z najbardziej praktycznych sposobów rozwijania swoich możliwości. Nawet podstawowa znajomość programu wystarczy, aby zacząć tworzyć uchwyty, organizery, obudowy i części, które rozwiązują rzeczywiste problemy zamiast pozostawać jedynie ciekawymi modelami na ekranie.