Van Tinkercad naar STL en je eerste proefprint

In het vorige hoofdstuk heb je je behuizing bekeken vanuit het perspectief van de 3D-printer. Je hebt rekening gehouden met wanddiktes, overhangs, bruggen, printoriëntatie en onderdelen die misschien ondersteuning nodig hebben.

Daarmee is het ontwerp nog niet klaar.

Op het scherm kan een behuizing er namelijk keurig uitzien, terwijl je pas na het printen ontdekt dat een connector net niet door zijn opening past, een deksel te strak schuift of een schroefpilaar op de verkeerde plek staat.

Daarom is de volgende stap niet meteen: de definitieve behuizing printen.

Je maakt eerst een proefprint.

Een proefprint is geen mislukte eindversie. Het is een meetinstrument. Je gebruikt de printer om te controleren of wat je in Tinkercad hebt bedacht ook in de echte wereld klopt.

In dit hoofdstuk exporteer je je ontwerp vanuit Tinkercad naar een STL-bestand, open je het in je slicer en maak je bewust een eerste eenvoudige proefprint.

Van digitaal model naar iets dat de printer begrijpt

Tinkercad beschrijft de vorm van je behuizing. Een 3D-printer kan zo'n Tinkercad-model niet rechtstreeks gebruiken.

Daar zitten nog twee stappen tussen:

Tinkercad → STL → slicer → 3D-printer

Een STL-bestand beschrijft alleen de buitenkant van je driedimensionale vorm. De oppervlakte wordt daarbij opgebouwd uit een groot aantal kleine driehoekjes.

STL staat oorspronkelijk voor stereolithography, maar die naam hoef je verder niet te onthouden. Voor ons is vooral belangrijk:

Een STL-bestand bevat de vorm van je onderdeel, maar nog niet hoe de printer die vorm moet printen.

Dat laatste gebeurt in de slicer.

Een slicer is een programma dat je model als het ware in dunne horizontale plakjes verdeelt. Voor iedere laag berekent het programma waar de printer materiaal moet neerleggen.

Bekende slicers zijn bijvoorbeeld Cura, PrusaSlicer en Creality Print.

Welke je gebruikt is voor dit hoofdstuk minder belangrijk. De algemene werkwijze blijft hetzelfde.

Controleer je ontwerp voordat je exporteert

Voordat je op Export klikt, is het verstandig nog één keer rustig door je model heen te gaan.

Niet om alles opnieuw te ontwerpen, maar om fouten te zoeken die je eenvoudig nog in Tinkercad kunt herstellen.

Controleer bijvoorbeeld:

• staan alle onderdelen op de juiste plaats;
• zijn alle Hole-vormen daadwerkelijk gegroepeerd;
• steken er nergens losse vormen uit;
• hebben de wanden overal ongeveer de bedoelde dikte;
• zijn connectoropeningen niet per ongeluk dicht;
• staan schroefpilaren werkelijk op hun goede positie;
• zitten onderdelen die één STL moeten worden ook daadwerkelijk aan elkaar vast.

Draai de camera ook eens onder je behuizing.

Dat klinkt misschien overbodig, maar juist aan de onderkant blijven gemakkelijk foutjes verborgen.

Voorspel eerst wat je verwacht

Maak er een gewoonte van om vóór de export kort te voorspellen wat je straks in de slicer verwacht te zien.

Bijvoorbeeld:

Ik verwacht een volledig gesloten bodem, vier schroefpilaren en één rechthoekige opening voor de USB-connector.

Open je het STL-bestand straks in de slicer, dan kun je gericht controleren of dat werkelijk zo is.

Je kijkt dan niet alleen of het model er ongeveer goed uitziet. Je vergelijkt het resultaat met een verwachting.

Dat maakt fouten veel gemakkelijker zichtbaar.

Het model exporteren als STL

Selecteer in Tinkercad eerst het onderdeel dat je wilt exporteren.

Dat is belangrijk wanneer er meerdere onderdelen op je werkvlak staan. Denk bijvoorbeeld aan een behuizing en een los deksel.

Meestal wil je die als afzonderlijke bestanden exporteren.

Je zou bijvoorbeeld twee bestanden kunnen maken:

behuizing.stl

en:

deksel.stl

Dat is overzichtelijker dan alles in één STL zetten en later in de slicer proberen te scheiden.

Klik vervolgens rechtsboven in Tinkercad op Export.

Je krijgt verschillende exportmogelijkheden te zien. Kies voor 3D-printen het STL-formaat.

Wanneer Tinkercad vraagt of je alles of alleen de geselecteerde vorm wilt exporteren, kies je de optie die bij jouw ontwerp past.

Heb je alleen de behuizing geselecteerd, exporteer dan alleen dat geselecteerde onderdeel.

Geef bestanden herkenbare namen

Een naam als:

Design(17).stl

werkt technisch prima, maar wordt al snel onhandig.

Gebruik liever een herkenbare naam, bijvoorbeeld:

esp32_behuizing_v01.stl

Later kan daar bijvoorbeeld uit ontstaan:

esp32_behuizing_v02.stl

en:

esp32_behuizing_v03.stl

Je hoeft geen ingewikkeld versiebeheersysteem te maken. Het belangrijkste is dat je achteraf nog weet welk bestand bij welke wijziging hoorde.

Dat wordt vooral nuttig zodra je meerdere proefprints hebt gemaakt.

Je wilt dan kunnen terugvinden:

Was dit de versie waarbij ik de USB-opening 0,5 millimeter groter had gemaakt?

Met alleen final.stl, final2.stl en final_echt.stl wordt dat verrassend snel lastig.

Open het STL-bestand in je slicer

Importeer het STL-bestand vervolgens in je slicer.

Nu krijg je voor het eerst te zien hoe een programma voor 3D-printen jouw model interpreteert.

Controleer eerst de algemene vorm.

Is de behuizing compleet?

Zie je de openingen die je verwacht?

Zijn er geen onverwachte vlakken verschenen?

Staat het model in de juiste afmetingen?

Een behuizing van bijvoorbeeld 80 × 60 millimeter moet in de slicer natuurlijk niet ineens 8 × 6 millimeter of 800 × 600 millimeter groot zijn.

Bij normale STL-export vanuit Tinkercad gaat dit doorgaans goed, maar controleren kost weinig tijd.

Let op de printoriëntatie

De slicer plaatst je STL op het printbed, maar dat betekent niet automatisch dat de gekozen positie verstandig is.

Je hebt in het vorige hoofdstuk al gezien dat printoriëntatie invloed heeft op sterkte, overhangs, support en oppervlaktekwaliteit.

Bij een eenvoudige open behuizing ligt het vaak voor de hand om de bodem op het printbed te zetten en de wanden omhoog te laten printen.

Bij een deksel kan dat anders zijn.

Stel dat je een deksel hebt met uitstekende clips aan de binnenkant. Dan kan het gunstiger zijn om het deksel andersom te printen.

Kijk dus niet alleen naar:

Past het model op het bed?

Maar vooral naar:

Hoe moet de printer dit laag voor laag opbouwen?

Gebruik de laagweergave

Laat de slicer het model vervolgens slicen en open de preview of laagweergave.

Hier kun je laag voor laag bekijken wat de printer werkelijk gaat doen.

Dit is een van de nuttigste controles voordat je gaat printen.

Bekijk bijvoorbeeld:

• de eerste laag;
• de bodem;
• de overgang van bodem naar wanden;
• openingen voor connectoren;
• ventilatiegaten;
• schroefpilaren;
• de bovenste lagen.

Je kunt hierbij iets ontdekken wat in het gewone 3D-aanzicht nauwelijks zichtbaar was.

Bijvoorbeeld dat een opening toch gedeeltelijk wordt dichtgeprint of dat een dun wandje door de slicer helemaal verdwijnt.

Waarom dunne details soms verdwijnen

Een 3D-printer werkt met een bepaalde lijnbreedte.

Bij een veelgebruikte nozzle van 0,4 millimeter kan de printer niet iedere willekeurig dunne vorm netjes maken.

Een wandje van bijvoorbeeld 0,2 millimeter kan in Tinkercad bestaan, maar voor de slicer praktisch onprintbaar zijn.

Afhankelijk van de slicer en instellingen kan zo'n onderdeel:

• verdwijnen;
• als één enkele lijn worden geprint;
• onverwacht dikker worden;
• onregelmatig worden opgebouwd.

Daarom is de preview zo belangrijk.

Je controleert niet alleen je ontwerp.

Je controleert de interpretatie van je ontwerp door de slicer.

Dat zijn twee verschillende dingen.

Gebruik voor de eerste proefprint eenvoudige instellingen

Wanneer je een behuizing voor het eerst print, hoef je meestal nog niet op maximale kwaliteit te mikken.

Je wilt eerst antwoord krijgen op vragen zoals:

• past de printplaat;
• klopt de positie van de connector;
• past het deksel;
• staan de bevestigingspunten goed;
• is er voldoende ruimte voor kabels.

Daarvoor is een extreem fijne laaghoogte meestal niet nodig.

Een praktische proefprint kan bijvoorbeeld met:

• laaghoogte rond 0,20 mm;
• normale printsnelheid;
• beperkte infill;
• een paar wandlijnen;
• alleen support wanneer dat echt nodig is.

De precieze instellingen hangen af van je printer, filament en slicer.

Het doel is hier niet om de perfecte slicerinstellingen vast te leggen.

Het doel is om een bruikbaar fysiek prototype te maken.

PLA is vaak handig voor een proefprint

Wanneer je uiteindelijke behuizing bijvoorbeeld uit PETG moet worden gemaakt, kun je er toch voor kiezen een eerste maatproef met PLA te printen.

PLA print meestal eenvoudig en is prima geschikt om afmetingen en passing te controleren.

Maar houd er rekening mee dat verschillende materialen zich niet volledig hetzelfde gedragen.

PETG kan bijvoorbeeld anders krimpen en zich bij klikverbindingen anders gedragen dan PLA.

Gebruik je proefprint dus om de grote fouten eruit te halen.

Voor kritische toleranties is het verstandig uiteindelijk ook met het definitieve materiaal te testen.

Je hoeft niet altijd de hele behuizing te printen

Een veelgemaakte fout bij prototypes is dat je iedere keer het complete onderdeel opnieuw print.

Dat kan veel tijd en filament kosten.

Stel dat je alleen wilt controleren of een USB-C-connector goed door een opening past.

Dan heb je misschien helemaal geen complete behuizing nodig.

Je kunt in Tinkercad een klein gedeelte rond die connectoropening maken en alleen dat printen.

Bijvoorbeeld een plaatje van:

40 × 25 × 3 millimeter

met daarin dezelfde connectoropening als in je echte behuizing.

Zo'n klein teststukje kan veel sneller geprint zijn.

Hetzelfde kun je doen voor:

• schroefgaten;
• heat-set inserts;
• klikverbindingen;
• schuivende deksels;
• ventilatiepatronen;
• kabeldoorvoeren;
• montagegaten voor een printplaat.

Dit is een belangrijke manier van werken bij 3D-ontwerpen:

Test alleen het onderdeel waarvan je nog niet zeker weet of het klopt.

Voorbeeld uit De Werkplaats: een ESP32-behuizing

Stel dat we in De Werkplaats een kleine behuizing ontwerpen voor een ESP32-print.

In de behuizing zitten:

• vier montagepilaren;
• een opening voor USB;
• een opening voor een voedingskabel;
• ventilatiesleuven;
• een los deksel.

Op het scherm ziet alles er goed uit.

Toch weten we nog niet of de echte ESP32 ook werkelijk past.

Daarom maken we eerst een proefprint van alleen de onderste helft van de behuizing.

We hoeven het deksel nog niet te printen.

Na het printen leggen we de ESP32 erin.

Nu kunnen er verschillende dingen gebeuren.

Mogelijkheid 1: alles past

De printplaat valt netjes over de montagepunten en de USB-connector staat midden voor de opening.

Dat is nuttige informatie.

Je weet nu dat dit gedeelte van het ontwerp waarschijnlijk goed is.

Mogelijkheid 2: de USB-connector zit 1 millimeter te laag

Ook dat is nuttige informatie.

Je hebt geen mislukt ontwerp gemaakt.

Je hebt ontdekt dat je uitgangsmaat niet goed genoeg was.

Meet hoeveel de opening moet verschuiven, pas alleen dat onderdeel aan en maak eventueel een nieuwe proefprint.

Mogelijkheid 3: de printplaat past niet tussen de wanden

Misschien heb je de printplaat zelf correct gemeten, maar vergeten dat een uitstekende connector breder is dan de printplaat.

Dan weet je meteen waar je ontwerpberekening tekortschiet.

Dat is precies waarvoor een prototype bedoeld is.

Verander na een proefprint niet alles tegelijk

Stel dat je ontdekt:

• USB-opening te klein;
• montagegat iets verkeerd;
• deksel te strak;
• kabelruimte krap.

De verleiding is groot om alles meteen te veranderen.

Dat kan, maar bij kritische maatvoering is het vaak verstandiger systematisch te werken.

Pas bijvoorbeeld eerst de belangrijkste passing aan.

Print opnieuw.

Controleer.

Ga daarna verder.

Waarom?

Omdat je anders soms niet meer weet welke wijziging welk effect heeft gehad.

Die werkwijze ken je misschien al uit elektronica of software:

Verander één ding, observeer het resultaat en ga dan verder.

Voor mechanisch ontwerpen werkt dat net zo goed.

Schrijf wijzigingen op

Je hoeft geen uitgebreid technisch logboek bij te houden.

Een paar korte notities zijn vaak al voldoende.

Bijvoorbeeld:

Versie 1

• USB-opening 12,0 × 6,0 mm
• wand 2,0 mm
• PCB-speling 0,5 mm

Na proefprint:

• USB-opening ongeveer 0,4 mm te smal
• printplaat past goed
• schroefgat linksvoor 1 mm verplaatsen

Versie 2

• USB-opening 12,4 × 6,2 mm
• schroefgat linksvoor aangepast

Met zulke notities voorkom je dat je later opnieuw dezelfde fouten maakt.

Bewaar ook je Tinkercad-versies verstandig

Wanneer je een belangrijke wijziging gaat doen, kan het handig zijn eerst een kopie van je ontwerp te maken.

Bijvoorbeeld:

ESP32 behuizing v1

en later:

ESP32 behuizing v2

Zo kun je altijd terug naar een eerdere versie wanneer een wijziging slechter blijkt uit te pakken.

Dat is vooral prettig wanneer je meerdere vormen moet verplaatsen of aanpassen.

Een terugweg hebben geeft je vrijheid om te experimenteren.

Controleer de eerste laag extra goed

De eerste laag bepaalt voor een groot deel of een print goed begint.

Wanneer je proefprint start, kijk dan daarom even wat er gebeurt.

Let bijvoorbeeld op:

• hecht het filament goed aan het printbed;
• worden de lijnen netjes naast elkaar gelegd;
• komen hoeken niet direct los;
• zie je geen grote gaten tussen de lijnen;
• lijkt de vorm overeen te komen met wat je in de slicer zag.

Je hoeft niet voortdurend naast de printer te blijven staan, maar de eerste laag is een goed controlemoment.

Een verkeerd georiënteerd model of een probleem met bedhechting ontdek je liever na twee minuten dan enkele uren later.

Een proefprint hoeft niet mooi te zijn

Dit is misschien wel een van de belangrijkste gedachten van dit hoofdstuk.

De eerste behuizing die uit je printer komt hoeft niet mooi te zijn.

Krassen, zichtbare laaglijnen of een minder mooie bovenkant zijn op dit moment niet het belangrijkste.

Je wilt weten:

Klopt mijn ontwerp?

Een lelijke print die je vertelt dat een opening 0,5 millimeter groter moet zijn, heeft zijn werk gedaan.

Een prachtige print waarin de elektronica niet past, veel minder.

Kijk niet alleen naar de printer

Wanneer een onderdeel niet past, is het gemakkelijk om direct de printer de schuld te geven.

Maar probeer eerst te bepalen waar de afwijking werkelijk vandaan komt.

Mogelijke oorzaken zijn bijvoorbeeld:

• het onderdeel verkeerd gemeten;
• onvoldoende speling ontworpen;
• verkeerde maat ingevoerd in Tinkercad;
• materiaalkrimp;
• printerafstelling;
• slicerinstelling;
• verkeerde oriëntatie;
• een combinatie van meerdere factoren.

Daarom gaan we niet meteen willekeurig instellingen veranderen.

Eerst meten we.

Stop na de eerste print nog niet met ontwerpen

Wanneer je je eerste behuizing uit de printer haalt, verandert het karakter van het project.

Tot nu toe werkte je vooral met digitale maten.

Vanaf nu heb je iets in handen.

Je kunt voelen hoe stevig de wand is.

Je kunt een printplaat daadwerkelijk plaatsen.

Je ziet hoe groot een ventilatiesleuf in werkelijkheid oogt.

Je merkt hoeveel kracht nodig is om een deksel te plaatsen.

Juist vanaf dit moment wordt ontwerpen iteratief.

Iteratief ontwerpen betekent dat je steeds dezelfde cyclus doorloopt:

ontwerpen → printen → meten → aanpassen → opnieuw printen

Dat is geen inefficiënte manier van werken.

Het ís de manier van werken.

Zelfs ervaren ontwerpers krijgen niet iedere maat bij de eerste poging perfect.

Het verschil zit vooral in hoe systematisch je van de vorige versie leert.

Wat je uit dit hoofdstuk kunt meenemen

Een model dat in Tinkercad klaar lijkt, is nog niet automatisch een goede 3D-geprinte behuizing.

Met een STL-bestand breng je de vorm vanuit Tinkercad naar je slicer. Daar controleer je opnieuw de oriëntatie, afmetingen en vooral de laagweergave voordat je gaat printen.

Je eerste print hoeft geen eindproduct te zijn. Zie hem vooral als een prototype waarmee je aannames kunt controleren.

Daarbij helpt het om:

• onderdelen afzonderlijk te exporteren;
• herkenbare bestandsnamen en versies te gebruiken;
• de slicer-preview te controleren;
• voor een eerste test geen onnodig fijne instellingen te gebruiken;
• kleine teststukken te printen wanneer je maar één maat wilt controleren;
• vooraf te voorspellen wat je verwacht;
• na de print te vergelijken wat er werkelijk gebeurde;
• wijzigingen kort vast te leggen;
• steeds zo weinig mogelijk tegelijk te veranderen.

Na deze stap ligt er voor het eerst een fysiek onderdeel op je werkbank.

En juist dat onderdeel vertelt je dingen die Tinkercad niet kan laten zien.

In het volgende hoofdstuk gaan we daarom niet verder tekenen, maar eerst meten, proefpassen en het ontwerp aanpassen. We leggen de elektronica in de behuizing, zoeken gericht naar afwijkingen en gebruiken die informatie om van je eerste proefprint een betere tweede versie te maken.