3D Printing for Everyone

Architecturale schaalmodellen via i.materialise: praktische aanpak.

In voorgaande C3A-Wijzer was al melding gemaakt van de nieuwe 3D Print faciliteit van architecturale schaalmodellen via i.materialise. Met 3D printing technologie is het mogelijk om schaalmodellen van gebouwen, interieur en omgeving met een hoge graad van detail in kunststof af te printen. 

Uiteraard is een 3D-model in de computer vereist om een 3D print voor te bereiden, en SketchUp is een uitstekend vertrekbasis: deze software is niet alleen globaal bij iedereen beschikbaar, maar het is vrij eenvoudig om er 3D modellen mee op te bouwen met niet al te veel detail die op een kleine schaal (zoals 1/100 à 1/200) nog goed printbaar zijn. Toch is het niet zo evident om een 3D-model goed printklaar te maken. Bij wijze van experiment hebben we het C3A-gebouw eens gans de voorbereidings- en print-procedure laten doorlopen, waarbij enkele specifieke problemen moesten opgelost worden. Hierbij volgen enkele oplossingen zoals toegepast voor het print-klaar maken van het C3A-gebouw vanuit SketchUp. 

Uitwerking van het 3D model in SketchUp 

Fig.: het verschaalde model met de boundaries van de printbox zichtbaar , tijdens de 3D Print Wizard

We zijn vertrokken van het asbuild-model in SketchUp, waarbij het gebouw aanvankelijk geschetst was zoals we dat ook in de C3A-sketchup-cursus opbouwen met de eerste fase van het C3A-gebouw (zoals gebouwd in 1994), maar verder uitgewerkt met de uitbreiding gerealiseerd in 2009. De opbouw in SketchUp was aanvankelijk helemaal nog niet met een 3D print in gedachten, vandaar dat er toch wel wat moest bijgewerkt worden om dit 3D Printklaar te maken. 

Bouwvolume

Best om erop te letten het bouwvolume zo groot mogelijk af te drukken en optimaal gebruik te maken van de beschikbare ruimte in de print-doos. Tijdens de procedure met de i.materialise wizard in SketchUp kan je het gebouwenmodel verschalen, roteren, verschuiven en eventueel ten dele afknippen (bijv. de tuin of parking een deel laten wegvallen om het gebouw toch op een grotere schaal te kunnen opnemen). Best ook om de bodemplaat zoals die al in de SketchUp-Wizard voorzien is te gebruiken, en een niet veel dikkere bodemplaat te laten printen, wat het geprinte model heel wat luchtiger toont. 

Minimum dikte

De minimale wanddikte voor een succesvolle print is 1 mm. Je kan bij de opmaak in SketchUp naar wens zero-dikte wanden gebruiken (enkel vlakken die een wand voorstellen) of wanden met de volledige dikte opbouwen. Als de wanden al een geschikte (minimale) dikte hebben, dan wordt dit geprint zoals ontworpen. Zoniet, dan wordt dit bij i.materialise met een post-processor bijgewerkt zodanig dat het wel printbaar wordt. Let ook op deze minimale dikte bij detailleringen. 

Open naar binnen of gesloten? 

Als het interieur van het model enigzins is uitgewerkt, dan kan je met de "Remove Glazing" tool de transparante vlakken van de vensters met een klop van de hamer ineens verwijderen, maar best om toch de raamkaders te behouden. Bij de vliesgevels van het C3A-gebouw waren aanvankelijk enkel glazen vlakken geschetst met een lijntekening erop voor de raamverdeling, maar ter voorbereiding van de 3D-print werden de raamprofielen heel elementair, zonder veel detail maar toch met een minimum printbare dikte erbij geschetst, wat een veel beter effect geeft bij de 3D Print. Zo kan je ook de deuren uit het model weglaten om een betere inkijk te bekomen. De meubels in het interieur (maar uiteraard ook tuinmeubels) kunnen ook perfect mee geprint worden, dit geeft meteen een aantrekkelijk beeld. Ook de 3D-people van SketchUp, zelfs de 2D-people van SketchUp zien er goed uit in de 3D Print. 

Fig.: via de i.matarialise collectie op 3D Warehouse zijn gepaste 3D objecten zoals bomen en auto’s op de gepaste schaal te downloaden; klik op de printscreen hierboven om deze collectie eens van nabij te bekijken !

Planten en Auto's als 3D Objecten 

In SketchUp modellen wordt veel gebruik gemaakt van 2D bomen en planten (wat ook zo was bij het C3A-gebouwenmodel), maar bij de printvoorbereiding kan je toch best 3D bomen in het model plaatsen. En te gedetailleerde 3D-modellen zoals sommige auto's kunnen best vervangen worden door typische schaalmodellen die beter geschikt zijn om te printen. Daarom heeft i.materialise een collectie van schaalmodellen voor bomen, auto's, meubels en mensen op SketchUp's 3D Warehouse gepubliceerd. In het C3A-printvoorbeeld hebben we daar uiteraard gebruik van gemaakt, want de 2D bomen moesten toch vervangen worden door 3D bomen en een paar voor die schaal geschikte auto's op de parking kleden de makette mooi aan. 

Ook 3D Tekst kan mooi mee geprint worden. Let dan wel op een gepast lettertype, zoals bijv. Arial Bold met een minimum van 3 à 4 mm hoogte en minstens 0.5mm dikte. 

Fig.: het C3A-gebouw in SketchUp, printklaar gemaakt met de bomen en autootjes van i.materialise 

Monochrome witte print
of een 3D full color-print?

De 3D print kan gewoon integraal wit uitgeprint worden, maar de z-corp printers kunnen compleet automatisch een 3D Full Color print realiseren. Alle kleuren en texturen zoals toegepast in SketchUp worden mooi met dezelfde tint en textuur geprint op schaal. Geen probleem om een vlak in SketchUp langs beide zijden een ander materiaal of kleur mee te geven, de printer kan dit perfect juist verwerken. Opgelet met transparante texturen (zoals bijv. gebruikt bij de Fences-materialen van Sketchup, waar transparante png's gebruikt worden): de doorkijk-zones worden toch als een wit vlak mee geprint... 

Bijwerken van het SketchUp-model

Na het uploaden van dit model naar i.materialise was er nog wel wat “fix-werk” omwille van enkele problemen die op verschillende plaatsen voorkwamen. Zo’n geuploade sketchup-file wordt namelijk met een post-processor bij i.materialse verwerkt, en daar komt blijkbaar soms nog wat manueel fixeerwerk bij te pas om een goede print te realiseren. 

Een eerste globaal probleem was dat vele wanden, vloeren... geen dikte hebben waardoor via de standaard fix procedure nog steeds geen printbare wanden bekomen worden. Als het geheel automatisch zou gefixt worden met andere parameters zou het eindresultaat niet zoals gewenst zijn. Het tweede probleem was dat sommige binnenruimtes niet realistisch werden ingedeeld door de wanden of vloeren waardoor op sommige plaatsen problemen zijn met het losse poeder dat teveel druk uitoefent op niet ondersteunde wanden. 

Hierbij enkele voorbeelden om dit te verduidelijken. 

Wanden zonder dikte.

Als we even achter de groen gemarkeerde muur (zie figuur hieronder) kijken:

fig.: niet-printklaar model

fig.: print-klaar model

Je kan zien dat in de tweede screenshot de profielen van de ramen wel aangeven dat het dak een bepaalde dikte moet hebben, alhoewel het dak als een vlak zonder dikte geschetst was. Daarom werd aan het dak een dikte gegeven in overeenstemming met de dikte van de dakraamprofielen, zodat zowel het dak als de wand printbaar wordt.

Ontbrekende wanden of onvolledige vloer.

Op het tweede verdiep was een ruimte waar er een wand ontbrak en de vloer niet voldoende doorgetrokken was (zie figuur). Dit is niet realistisch, maar in het SketchUp model wordt dit detail nooit getoond en komt daar nooit echt in beeld, maar dit is wel problematisch voor de 3D print. Dit kan ervoor zorgen dat de vloer afbreekt onder het gewicht van het poeder dat erboven ligt wanneer het model uit de printer wordt gehaald. Daarom werd de vloer doorgetrokken om meer steun te krijgen.

>

fig.: niet-printklaar model

fig.: print-klaar model

figuur boven: niet-printklaar model ; 

figuur onder: print-klaar model

Ontbrekende wanden/vloeren + wanden zonder dikte.

Laten we even achter deze groen aangeduide muur kijken. 

Je kan zien dat de het plafond van de linkse ruimte geen dikte heeft, we moeten dus een dikte geven aan dit plafond-vloer om printbaar te zijn. Ook de ruimte boven de inkomdeur is niet onderverdeeld wat niet realistisch is als je kijkt naar de verbinding met de andere ruimtes boven.

Zoals de voorbeelden hierboven waren er meerdere wanden tekort of die geen dikte hadden. Daarom is het nodig het volledige model grondig te bestuderen en het design eigenlijk verder af te werken alvorens het standaard fixen kan gebeuren. Hierdoor duurt de stap om het model printklaar te maken ook iets langer, maar toch wel noodzakelijk om zo’n detail goed te verzorgen. 

Voor bijkomende informatie verwijzen we hierbij nog graag naar: 

• de i.materialise handleiding 
• de z.corp design guide 

Het 3D-printen zelf.

Voor deze “3D-Print For Everyone” maakt i.materialise gebruik van de nieuwste z-corporation-printers. Z-corp heeft een printer ontwikkelt die qua gebruiksgemak vergelijkbaar is met het gewone papier printen. Deze printer maakt gebruik van color printkoppen. Er zitten 4 koppen in, 3 voor de RGB kleuren ( Rood, Geel, Blauw ) en 1 voor naturel. De basis om te printen is een poeder te vergelijken met gips. In de inkt zit een bindmiddel die zich hecht met het poeder daar waar inkt wordt neergelegd. Deze Z-corp printers zijn momenteel de enige op dit moment die in één build (3D print) meerdere kleuren tegelijk kan gebruiken en maken. Er is geen ondersteunend materiaal extra nodig omdat het poeder zelf al ondersteunt.

Het uiteindelijk resultaat van de ongeveer 4 uur durende print (met een snelheid van 25mm hoogte per uur, in "full color" , waarna het nog een uurtje staat te “drogen” in de printer), moet vervolgens ontpoederd worden, waarbij ook het fijne losse stof weggeblazen wordt in het daarvoor bestemde de-pouderstation.

Na het printen wordt de plaaster nog nabehandeld via onderdompeling of airbrush met een infiltrant zodat de plaaster wordt verstevigd. Dit laat toe het model op een normale wijze vast te nemen en te bekijken. Hierbij nog enkele foto’s van het geprinte resultaat :

3D-print wedstrijd

In aanloop naar de beurs Architect_at_Work 2011 organiseren C3A, i.materialise en Océ samen een 2D/3D Printwedstrijd. C3A, i.materialise en Océ geven totaal 6 prijzen weg (drie BONGO-bonnen ter waarde van 600€, 500€ en 300€, maar ook drie 3DPRINT-waardebonnen ter waarde van 600€, 500€ en 300€).  Zie ook het artikel Architect_at_Work in deze C3A-Wijzer, met de aankondiging van onze 3D-print wedstrijd !