1. Вступление. 

После первого полета в кабине пилотов, который был совершен в детском возрасте в далеких 80-х я навсегда влюбился в авиацию. Мне как технарю достаточно сложно передать те ощущения и эмоции, когда ребенком наблюдал за слаженной работой экипажа на взлете и посадке авиалайнера и когда смотрел из-под облаков на землю, горы, реки и на ту жизнь, которая бурлила внизу. Те, кто любит небо и авиацию меня поймут, но это статья то не об этом, а об авиамоделизме и конкретно о модели Боинга 787.

У любителей стендового авиамоделизма пользуются популярность модели, которые изготавливаются в разных масштабах: от совсем малых 1:400 до больших 1:72 и огромных, которые можно увидеть на выставках и авиашоу. Модели изготавливаются преимущественно из пластика, но встречаются из дерева, металла и даже из бумаги. Кстати до того, как я собрал свой 3D-принтер, модели самолетов я делал из плотной бумаги и картона (привет only-paper.ru). Отдельное спасибо 3Dmaniak за разработанную им модель 3D-принтера «Fribot-mini» на котором я и напечатал модель Боинга 787, а также за подробную инструкцию по изготовлению этого принтера, ну и конечно сайту 3dtoday.ru за размещенные материалы и исходники к принтеру.

Недостатком пластиковых моделей самолетов, несмотря на всё их разнообразие и глубокую детализацию, по моему мнению, было то, что модели в основном представлены в масштабе 1:144, а возможности найти модель в большом масштабе практически не было. Поэтому я решил разработать стендовую мультимасштабную модель, оптимизированную для печати пластиком на 3D-принтере. Дополнительно в тех. условия я заложил возможность её электрификации с полным эмулированием работы бортовых аэронавигационных огней и освещением салона.

Опыта 3D моделирования у меня тогда ещё не было и я принялся пробовать разное ПО для моделирования от  простых до сложных. Спустя полгода экспериментов с разным ПО я решил остановиться на SolidWorks и принялся к его серьезному изучению, пройдя все уроки из туториала. После процесса самообучения стало ясно, что с помощью SolidWorks  можно смоделировать всё что угодно и я решил создать модель авиалайнера. На мой взгляд широкофюзеляжный красавец Boeing 787 идеально подходил на эту роль. Уделяя проектированию модели по несколько часов в день я закреплял полученные знания и через несколько месяцев родилась бета версия модели Боинга (Ver. 0.99), которая спустя пару месяцев переросла в релиз (Ver. 1.09)

2. Описание модели. Примеры готовых моделей.

Модель Боинга 787-8 представляет собой отдельно распечатанные на 3D-принтере пластиковые элементы, склеенные между собой. Каждый элемент конструкции модели самолета, будь то секция фюзеляжа, часть крыла и или турбина печатаются на 3D-принтере со стандартными габаритами печати (200*200*200 мм).

Фюзеляж разрезан на семь секций, а крыло на 3 части, что позволяет печатать модель в достаточно больших масштабах и масштаб 1:72 это не предел. Вот как выглядит модель Boeing 787-8 в 1:72 масштабе на фоне кресла и журнального столика, учитывая сравнительно большой вес пришлось делать подставку из алюминиевых трубок.

В 2020 году на сайте thingiverse.com состоялся релиз модели Boeing 787-8 (Версия 1.09). Рекомендуемый масштаб 1:100. До этого я собрал тестовую сборку в масштабе 1:144, а также модель в масштабе 1:72 в ливрее Азербайджанских авиалиний “Azal”, попутно экспериментируя с разными технологиями окраски модели и нанесения деколи. Был довольно печальный опыт, когда удалось ровно выкрасить модель глубоким темно-синим цветом с помощью аэрозольного баллончика с автомобильной краской, а при последующем нанесении лака произошел досадный фэйл, при котором лак сказал краске: «Вспучивайся и слезай с модели :) ». Ливрею я тогда наносил через трафарет.

Позже, для целей покраски моделей я прикупил акриловую краску «Tamia», недорогой аэрограф и дешевый компрессор.

К моменту сборки модели Boeing 787-8 в масштабе 1:100 и в ливрее «British Airways» на предыдущих моделях были отработаны и опробованы все этапы изготовления, которые детально описаны в следующем разделе.

К средине 2021 года появилась версия модели под номером 2.0 основным отличием которой является добавление двух разновидностей Боинга: Boeing 787-9 и Boeing 787-10. Реализовано это за счет удлиненных 3-й и 5-й секций фюзеляжа.

Кроме того, был изменен изгиб крыла, близкий к тому, который возникает в горизонтальном полете, добавлена кабина пилотов с приборными панелями и креслами. Также в версии 2.0 я убрал углубления формирующие контуры дверей, носового люка, грузовых люков и управляющих поверхностей (закрылок/элеронов/руля направления), так как при обработке шкуркой их глубина получалась местами неодинаковой.

Вот ссылки на видео модели Boieng 787-9 в ливреи телеканала Дождь и модели Boieng 787-10 в ливреи Аэрофлота (Все ливреи не существующие, так как ни Дождь ни Аэрофлот ещё не купили в свой парк ни одного Боинга 787)

3. Инструкция по изготовлению модели.

3.1. Изготовление корпуса

Для печати пластиковых элементов модели использовался ABS пластик. По опыту печати мне понравился белый ABS пластик марки «Bestfilament», за счет его монолитности в отпечатанном элементе, хорошей химической расплавляемости ацетоном и предсказуемости при механической обработке (при обработке шкуркой вдоль и поперек слоев пластик снимается ровно и не слоится). Для печати стоек шасси и колес я использовал серый и черный пластик U3Print, просто потому-то он дешевле почти в два раза и при этом колеса и стойки шасси можно было не красить.

Важно! При обработке пластика ацетоном учитывайте его опасность для органов дыхания и организма в целом. Работайте в проветриваемом помещении.

Совет: при обработке пластика не подвергайте большие объемы пластика химическому плавлению ацетоном, так как в процессе застывании пластика может произойти его деформация (если вы для исправления ошибок печати в качестве шпатлевки положите расплавленную ацетоном пластиковую кашу слоем больше 2 мм, то существует опасность, что ацетон пока будет испарятся из пластика, проникнет в твердые элементы конструкции и деформирует их.)

Выберите ту скорость печати вашего принтера, при которой будет соблюдаться приемлемое качество элементов. Время, потраченное на продолжительную печать, сэкономит время на обработку делали и работу над возможными ошибками после быстрой печати. Я печатаю высотой слоя 0.15-0.2 мм, соплом 0.5 мм со скоростью 40-60 мм/сек с заполнением 100%, при этом самая долгая печать самого большого элемента (основная часть крыла) составляет около 13 часов.

Вы можете использовать любой другой вид пластика, если вам удобно с ним работать и есть достаточный опыт его обработки.

3.2. Формирование остекления

После того как распечатаны секции фюзеляжа и элементы крыла, имеющие остекление можно приступать к формированию остекления. Некоторые люди, которые повторили мою модель вообще этим не заморачивались, но на мой взгляд остекление, это одна из важных особенностей модели, которая придаёт модели истинную схожесть с настоящим авиалайнером.

Для формирования остекления я использую прозрачную эпоксидную двухкомпонентную смолу с прозрачным отвердителем (подойдёт любая, например, 3D Optic).

При заливке иллюминаторов и остекления кабины пилотов на внутреннюю поверхность секций фюзеляжа приклеиваем суперклеем прозрачные полоски, вырезанные от обложек для перфобиндера. Это ограничит текучесть смолы вниз. Для того чтобы смола не вытекла с боков делаем бортики из пластилина. если вы не уверенны, что полоски из прозрачной обложки приклеились плотно, то прилепите пластилин и снизу. Если вы начали заливать остекление и смола со временем просочилась вниз, значит вы как раз-таки плохо ограничили её текучесть. В таком случае не спешите искать место протечки, устранять и доливать смолу. Подождите 10-20 часов, пока смола затвердеет частично полимеризуются и не будут текучими, снова смешайте смолу и долейте тот элемент остекления.

Совет: Если вы замешали смолу и у вас остались остатки положите их в морозильник. При отрицательной температуре процесс полимеризации сильно замедляется, и она будет ещё текучая пару дней. Если вам надо, что бы смола застыла быстрее во время смешивания с отвердителем можно её подогреть до 60-70 градусов Цельсия или добавить чуть больше отвердителя. В случае если снизить объем отвердителя ниже чем рекомендовано к инструкции процесс полимеризации смолы может затянуться на дни и недели или вовсе не завершится, и смола останется мягкой.

Перед процедурой заливки остекления предварительно обработайте пластиковые элементы шкуркой и ацетоном сгладив неровности, так проще будет добиться плотного прилегания пленки или пластилина.

В случае если вы заливаете смолой фары или навигационные огни на законцовках крыльев не забудьте приклеить светодиоды с заранее припаянными проводами. Провод при этом нужно вывести по внутренним каналам, для последующего присоединения к плате микроконтроллера.

Самыми сложными элементами бортовых аэронавигационных огней являются габаритные огни и стробы на крыльях, так как крыло само по себе тонкое, но ещё и провод надо проложить в предварительно вырезанной штробе.

После того, как смола застыла удалите пластилиновые бортики.

3.3. Сборка модели.

Сборка модели, осуществляется путем склеивания отпечатанных частей модели между собой. При печати ABS пластиком хорошим клеем является ацетон, так как он химически расплавляет сам пластик.

Сборка электрифицированной модели сложнее и требует больше времени и внимательности, но это того стоит. Изучите электрическую схему модели перед сборкой, чтобы не забыть проложить какой-нибудь элемент электрической схемы. Например, передние шасси приклеивается на завершающем этапе сборки, однако провод фары нужно проложить и вывести в нишу шасси заранее. Также можно сделать две проушины в верхней части фюзеляжа (например, из канцелярской скрепки) и припаять туда провод, который присоединить к выводам питания микроконтроллера (аккумулятора). Таким образом модель можно подвесить к потолку и запитывать сверху, через провода.

В результате основной сборки у вас должна получиться модель в нижней части которой имеется ниша для электроники с выведенными проводами. Турбины, механизацию, шасси и мелкие элементы самолета пока приклеивать рано. В процессе пайки электрической схемы они будут мешать.

3.4. Электрическая схема и прошивка микроконтроллера.

Основным элементом, который управляет всеми огнями, в роли которых выступают светодиоды является микроконтроллер на базе дешевого, но мощного чипа ESP-32. Для управления электрической схемой модели можно применить и микроконтроллер из семейства Ардуино, но он проигрывает в возможностях, а стоит примерно тех же денег. К тому же схема, собранная на ESP-32 благодаря наличию Wi-Fi и Bluetooth на борту, имеет большой потенциал в части интеграции в систему умный дом. Освещение салона осуществляется благодаря управляемой светодиодной ленте WS2812. 

Рекомендую в схему включать аккумулятор на 3,7 В например, от любого мобильного телефона. В таком случае модель будет оставаться работоспособной несколько часов и возможно какая ни будь красивая стюардесса захочет сфотографироваться с самолетом в руках.

Скетч работы схемы я писал в среде Ардуино IDE, поэтому компиляцию, и заливку в микроконтроллер выполнял в той же среде. Схема и скетч, а также все необходимые файлы будут расположены в архиве.

С развитием версий электрическая схема незначительно менялась (убрана часть схемы для питания электродвигателей вентиляторов турбин и сами двигатели, также убран второй светодиод в основной фаре крыла и в рулежной фаре переднего шасси)

3.5. Подготовка модели к покраске

Перед окрашиванием модели следует обработать модель шкуркой придав ей правильную геометрию и сделав все поверхности гладкими. При этом начинать механическую обработку следует с крупнозернистой шкурки 180-240, а заканчивать мелкозернистой 1000. Между этапами зашкуривания можно проглаживать поверхность ватным диском, смоченным ацетоном, это немного повысит прочность стыков и сгладит саму поверхность.

Заканчивать обработку остекления следует шкуркой 2000-3000, а затем можно шлифануть ещё и пастой, тогда остекление будет прозрачным.

Совет: при обработке шкуркой используйте воду, она не даст пластику быстро забить шкурку и будет меньше пластиковой пыли, а при обработке остекления не даст эпоксидной смоле нагреваться.

3.6. Покраска модели

В случае если Вы выбрали ливрею самолета не на базе полностью белого корпуса самолета и после обработки пластика нет видимых дефектов можно модель не окрашивать и перейти к следующему этапу – нанесение деколи.

Большинство ливрей самолетов имеют белый верх, в таком случае окрашивать модель белой краской не обязательно, но если вы выбрали сложную ливрею, то стоит дополнительно потрудится- вырезать наклейки, которые закроют от краски иллюминаторы.

Окраску можно производить удобным для вас способом, но более аккуратно получается если наносить её спреем из баллончика, а ещё лучше из аэрографа.

Мне нравится использовать акриловую краску для аэрографии. Я начал путь в аэрографию с японских красок «Tamia» и меня они устраивают.

Технологию нанесения краски с помощью аэрографа лучше посмотреть отдельно на ютубе, так как здесь много тонкостей и нюансов.

Изготовители краски рекомендуют перед покраской наносить грунтовку. Я попробовал два варианта окраски, с грунтовкой и без. В результате, не увидев разницы процесс нанесения грунтовки пропускаю.

3.7. Изготовление деколей

После покраски необходимо нанести на корпус модели надписи, логотипы и мелкие элементы, которые трудно выполнить краской. Такие элементы выполняются путем печати их на специальной декольной бумаге (на желатиновой основе).

Деколи печатаю на цветном лазерном принтере, поэтому и бумагу покупал специально для лазерной печати. Декольная бумага встречается двух видов: белая и прозрачная.

Некоторые деколи для определенных авиакомпаний, которые я уже разработал положу в архив и вы сможете их распечатать и нанести на модель, но если у Вас будет желание сделать модель с ливреей определенной авиакомпании вы сможете её изготовить в векторном редакторе на базе шаблона, который я также вложу в архив (.cdr). При самостоятельной разработке деколи под прозрачную бумагу учитывайте, что принтер не может печатать белым цветом, а светлые цвета примут базовый цвет пластика.

3.8. Нанесение деколи

После того как вы покрасили модель рекомендую нанести один слой лака, для того чтобы уберечь слой краски от случайных повреждений, а затем приступать к нанесению деколей.

Деколи наносятся достаточно просто. Вырезаете скальпелем или ножницами нужный элемент деколи, размачиваете в воде (лучше в теплой), прикладываете вместе с основанием к месту нанесения, а затем сдвигаете в сторону основание. Ввиду того что желатиновая основа растворилась в воде бумага должна выскользнуть, и белая (прозрачная) пленка с лазерной печатью остаться на пластике. Дальше двигайте деколь позиционирую её на нужном месте.

Совет: при нанесении деколи все движения делайте аккуратно, не допуская прикладывания силы. Если деколь уже высохла, а её позиция Вас не устраивает смочите место нанесения деколи водой и сдвиньте её в нужном направлении.

3.9. Лакирование

После того как модель покрашена и на неё нанесены все деколи можно подходить к завершающему этапу- нанесению защитного акрилового лака. При использовании лака в аэрозольных баллончиках слой получается неравномерный и в труднодоступных места его может быть маловато, поэтому для нанесения лака я использую аэрограф. В целях удешевления на последних моделях я решил попробовать автомобильный двухкомпонентный лак. Результат хороший и цена низкая, но процесс нанесения лака меня не радует, так как разбавителем для лака является растворитель Р-12, который очень воняет и красить приходится на балконе, а ещё лучше в какой ни будь покрасочной, так же его надо взвешивать при подготовке двухкомпонентной смеси. К тому же через малое сопло аэрографа с моим слабым компрессором он наносится очень долго.

4. Цены на материалы.

Список материалов прилагаю 

Фоторезистор можно не покупать. так как в скетче он не задействован, а его функционал я заложил на перспективу, при интеграции модели в систему "Умный дом". Там он будет выполнять роль датчика освещенности. Какая-то часть материалов останется для следующих моделей если захотите сделать что-то подобное.

5. Трудозатраты и необходимые инструменты.

Для повторения модели в первую очередь понадобится 3D-принтер, инструмент для обработки пластика – надфили, комплект шкурок (желательно также распечатать приспособления для фиксации шкурки, с ними удобнее обрабатывать пластик), кисточки и ватные диски для нанесения ацетона.

В случае если будете делать электрифицированную модель, то понадобится мультиметр, паяльник с тонким жалом, припой, флюс (лучше жидкий) и немного тонкой термоусадочной трубки, также желательно иметь силиконовый коврик для пайки и приспособление третья рука.

При покраске с помощью аэрографа понадобится аэрограф и компрессор. В сравнении с покраской из баллончика покраска с помощью аэрографа выглядит на уровень выше. Благодаря тонкому факелу распыления и малому расходу краска ложится ровным слоем, даже в самых труднодоступных местах и при этом вероятность сделать подтёки в разы меньше.

Совет: перед первым опытом использования аэрографа посмотрите видео по технологии работы с аэрографом и потренируйтесь наносить краску на лист бумаги.

Время необходимое для изготовления модели зависит от варианта модели, который Вы выберите и навыков работы с материалами, а также аккуратности изготовления. Чем аккуратнее вы работаете над моделью, тем лучше будет результат, но и тем больше будет затрачено времени.

Совет: Как бы Вам не хотелось пораньше увидеть результат своего труда - не спешите! Выполнив один из этапов работы, не торопитесь приступать к следующему, сделайте паузу до следующего дня. Возможно на следующий день вы обнаружите мелкий дефект и захотите его исправить. Держите рабочее место в чистоте, особенно перед началом нового этапа работ. В таком случае Вам будет удобнее работать и вероятность сделать что-то плохо или допустить ошибку будет минимальной.

Время, за которое Ваш принтер напечатает элементы модели зависит от параметров печати. У меня на печать модели в масштабе 1:100 уходит примерно две недели при средней работе принтера 8-12 часов в сутки. Модель в масштабе 1:120 можно распечатать примерно за неделю, а если захотите печатать в масштабе 1:72 или ещё большем, то запасайтесь временем и терпением. При печати больших габаритных деталей возможны дефекты печати, такие как отслоение от стола и расслоение. С такими дефектами можно бороться не распечатывая деталь заново, но лучше сразу правильно выбирать режим печати исключая возможность получения брака.

Как я уже упомянул время необходимое для сборки/склейки/покраски модели сугубо индивидуально и сильно варьируется от многих факторов. Кто-то может неделю шлифовать корпус модели и остекление добиваясь абсолютной гладкости и прозрачности, а кто-то сразу после печати приступит к покраске пропустив этап изготовления остекления, поэтому и результат у разных людей будет разным.

У меня на изготовление модели уходит от одно до двух месяцев с учетом, что я уделяю этому пару часов в день и работаю над моделью не спеша. При этом масштаб модели уже не так сильно влияет на затачиваемое время. Минусом изготовления больших моделей является неудобство работы с большими габаритами, при размахе крыла в 56 см обо обязательно будет мешать удобному расположению модели на рабочем месте. 

6. Примеры работ, выполненные другими людьми.

Судя по аналитике thingiverse.com мою модель скачали более 3000 раз, но могу смело предположить, что собрали её лишь десятки если не единицы. В качестве примера привожу модель, собранную человеком с именем Neal Glover в ливрее авиакомпании Qantas. На своей странице он также рассказывает про этапы и технологию сборки.  Он кстати печатал PLA пластиком.

Некоторые люди совсем не запаривались по поводу обработки пластика от слова «вообще», просто печатали, склеивали и красили похоже даже кисточкой. Одного человека я консультировал по поводу сборки электрической схемы, надеюсь он покажет результат своей работы.

7. Заключение

В заключении хочу пожелать людям, которые решат повторить этот проект удачи, обещаю по возможности ответить на комментарии к данной статье. Так же отвечу на вопросы, направленные на мою электронную почту Lukys30{собака}gmail.com. Ссылка на архив модели версии 2.0 с файлами для печати, схемой, прошивкой, деколями и другими материалами будет размещена на моей странице в thingiverse.com в ближайшие дни, после того как подготовлю файлы, описание модели и инструкцию на английском языке.

Присылайте ваше фото/видео повтора этого проекта, и я порадуюсь за Вас. Ставьте лайки к этому посту, возможно получиться что-то выиграть в конкурсе 3D-today.

Хотелось бы поблагодарить 3D-today за удобный механизм размещения поста. Инструменты применения стилей, вставки ссылок и картинок очень удобно сделаны. Буду тут писать посты и выкладывать новые проекты.