Zeszyt 2: Pancernik "Bismarck"

Wprowadzenie

Przedmiotem opracowania jest dokumentacja 3D pancernika "Bismarck". Okręt ten był krótkotrwałą chlubą marynarki wojennej Trzeciej Rzeszy z okresu 2 wojny światowej. Model wykonano w skali 1:300 i w opracowaniu kartonowym 2D zawiera ponad 1000 części.

Przy okazji realizacji tak dużego projektu istnieje mozliwość porównania pracy sprzętu i zastosowanych do budowy materiałów. Pierwszy model, zrealizowany przed opracowaniem niniejszego Zeszytu, wykonany został z filamentu PLA w kolorze białym oraz khaki (elementy pokładowe).

Transformacja 2D do 3D

Wszelka dokumentacja, plany, rysunki itd. są zwykle w postaci 2D. Aby wydrukować je w postaci brył przestrzennych, musimy dokonać transformacji z 2D do 3D. Tutaj zastosowałem kilka technik. W programie OpenSCAD wykorzystałem kilka istniejących tam metod: linear_extrude, rotate_extrude i polyhedron. Bazą dla tych metod mogą być polygon, zapis parametru d ścieżki svg, importowane pliki 2D takie jak dxf czy svg. Do tworzenia poligonu może służyć aplikacja path2polygon.

Powyżej rysunek fragmentu nadbudówki przedniego pomostu. Chociaż wygląda na obiekt 3D to praktycznie jest to plan 2D o zerowej wysokości. Został utworzony jako plik svg i zaimportowany do programu OpenSCAD.

Polymian.scad

Realizacja modelu kartonowego obiektu typu statek czy samolot polega na zbudowaniu szkieletu z wręg i wzdłużnic i pokrycia go poszyciem pokładów i burt.

Tutaj zastosowano zupełnie odmienne podejście. Cały kadłub wykonano z bloków w postaci jak na rysunku wyżej. W tym celu utworzono pomocniczy plik polymian.scad.

polymian(mesh_front, mesh_back, nP);

Siatka (mesh) przednia i tylna to zestawy czterech krzywych kubicznych Beziera opisanych za pomocą 4 punktów kontrolnych każda. Krzywe biegnące od lewej do prawej ułożone są w kolejności od dołu do góry. Metoda polymian tworzy polyhedron opisujący siatkę z zadaną szczegółowością dla ściany przedniej i tylnej oraz łączy je ścianami bocznymi oraz dolną i górną. Powstaje w ten sposób zamknięta bryła 3D w postaci siatki trójkątów rysowanych w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara.

Działa 380

Pancernik "Bismarck" miał na wyposażeniu cztery działa 380. Umieszczone były na pokładzie od strony dziobu (A i B) oraz rufy (C i D). Osłonę stanowiły cylindryczne barbety.

Działa muszą być zamocowane obrotowo oraz posiadać zdublowane, podnoszone lufy. Dodatkowo z osłony górnej wystają po dwa dalmierze. Osłonę górną wykonałem w postaci polyhedronu czyli siatki punktów wierzchołków bryły przestrzennej.

polyhedron(points,faces);

Wydruk lufy o wysokości 53 mm i tak małej średnicy zewnętrznej może stanowić wyzwanie. ZMorph VX z dyszą 0.3mm sobie nie poradził. Jednak nasze 8 luf wydrukowała MK3S z dyszą 0.4mm.

Śruby okrętowe

Łopatkę śruby możemy w programie OpenSCAD zaprojektować na przykład za pomocą takiego modułu:

module plate() {
    linear_extrude(height=h, twist=t, scale=s, slices=sl)
    union() {
        polygon([[0,0.75],[10,1],[10,-1],[0,-0.75]]);
        translate([10,0,0]) circle(1);
    }
}

Projektowanie i druk otworów poziomych

Projektując w wydrukach otwory poziome należy pamiętać, że będą one stanowiły nawisy, które drukowane bez podpór mogą znacząco zmniejszyć światło otworu. Dlatego zaprogramowałem metodę tier(), która daje w wyniku parametryczną bryłę w postaci wyciągniętej w poziomie "łzy".

module tear(h=20,diam=2) {
    rotate([90,0,0]) translate([0,0,-h/2])
    linear_extrude(height=h)
        intersection() {
            square(diam+0.25,center=true);
            union() {
                circle(d=diam,$fn=32);
                translate([0,(diam/4)*sqrt(2),0]) rotate([0,0,45])
                    square(diam/2,center=true);
            }
        }
}

Pierwszy montaż

Do klejenia poszczególnych elementów kadłuba używam Pattex Classic i Pattex MOCNY KLEJ. Obydwa są "butaprenowe" ale dają chwilę czasu na korektę ustawienia elementów wobec siebie. Jak czytamy w opisie na opakowaniu, nie liczy się czas docisku ale siła z jaką dociskamy posmarowane i przeschnięte powierzchnie do siebie.

Na zdjęciu kadłuba wyżej widać zieloną linię wodną. Jest to pokład dolny o grubości 1mm. W technice montażu z poszczególnych wydrukowanych klocków można było z tej wkładki zrezygnować. Postanowiłem jednak ją zachować aby uzyskać lepsze zestawienia kolejnych elementów kadłuba, zarówno dolnego jak i górnego.

Wodnosamolot Arado

W ZMorph VX wydrukowałem ten wodnosamolot z podporami typu "tree" i nie wyszło najlepiej. Na MK3S zastosowałem podpory "tylko na stole" i z ich oddzieleniem od figurki nie było problemu. Potrzebujemy dwa samoloty do zamocowania na katapultach.

Podsumowanie

Ostatecznie projekt zamknął się w ponad 240 plikach stl. Dało to ponad 220 plików gcode.

Celem pierwszego modelu pancernika "Bismarck" w skali 1:300 było przećwiczenie obsługi programów 3D takich jak OpenSCAD i FreeCAD. Dodatkowo nastawiałem się na tworzenie programów pomocniczych, usprawniających pracę z bardziej złożonymi detalami. Udoskonaliłem więc program "path2poligon.html" oraz utworzyłem szereg funkcji i metod w programie OpenSCAD, które znacznie ułatwiły mi pracę.

Zeszyt 2: pancernik "Bismarck" powstał w trakcie i został sprawdzony na modelu numer 2 tego okrętu i zawiera wszystkie kody 3D elementów oraz cały szereg programów pomocniczych, które mogą służyć równie dobrze przy realizacji innych projektów.