3D-печать из глины

Люди, интересующиеся керамикой, часто спрашивают меня, думаю ли я, что будущее за 3D-печатью. Мой ответ — нет, 3D-печать из глины, скорее дополнение. Со временем 3D-печать просто станет считаться частью керамической традиционной работы. Это процесс формования, который будет добавлен ко всем другим способам работы с глиной.



Для керамической 3D-печати предстоит пройти долгий путь обучения. Здесь есть не только все компьютерные и машинные технологии, но и все знания о керамике. Это поле для сотрудничества и обмена навыками. Существуют разные подходы, те, кто более техничен и их интерес будет направлен на разработку, а также есть те, кто более креативен и, вероятно, нарушит все правила, чтобы посмотреть, что можно сделать с помощью процесса.



Не существует единого способа работы при 3D-печати на керамике. Это касается используемого оборудования, а также стиля работы. Для большего количества архитектурных форм лучше всего подойдет один тип станка, а для более органических форм — другой. Некоторых людей интересуют узоры, получаемые при экструзии глины, в то время как других интересует только форма. Я твердо верю в то, что все должно быть как можно проще и вам должно быть комфортно с тем, что подходит именно вам.

Ограничения

Одно можно сказать наверняка: экструзионная 3D-печать из глины имеет свои ограничения. Она ориентирована вертикально, под этим я подразумеваю, что она очень хороша для наслоения, но не подходит для изготовления плоских изогнутых предметов. Это относительно медленный и не очень точный процесс. Если вы хотите производить много одинаковых изделий, то традиционные способы работы, такие как формование, по-прежнему лучше всего подходят. Для чего хороша 3D-печать из глины, так это для создания индивидуальных объектов. Есть определенная ирония в том, что механизацию часто считают массовым производством, но здесь мы имеем дело с процессом, при котором каждый раз, когда вы запускаете машину, вы с таким же успехом можете запускать другой файл. Печать дает возможность создавать множество уникальных и отличительных предметов, которые так часто ассоциируются с ручной работой.

Принтеры

Принтеры с экструзией из глины можно разделить по основным частям, на установку, печатающую головку и доставку глины. Под установкой подразумевается машина с компьютерным управлением, которая будет перемещать печатающую головку в 3D-пространстве. Печатающая головка — это механизм, который наносит глину, а доставка — это процесс подачи массы глиняного материала к печатающей головке.



Установка

Идеальной машины не существует, и разные способы работы подходят для разных конфигураций. Бюджет также учитывается, поскольку шестиосевой манипулятор робота можно использовать в качестве печатной установки, но он не обязательно будет соответствовать бюджету. Обычная 3D-печать из глины заключается в нагромождении двумерных профилей, поэтому, если вы не используете все оси манипулятора робота, есть более дешевые варианты.

Оставляя в стороне использование роботизированных манипуляторов для 3D-печати, вы, скорее всего, смотрите на стандартную конфигурацию типа декартовой коробки или установку в стиле дельта. Моим первым принтером был RapMan, скопированный бельгийской дизайн-студией Unfold, и это была коробка стандартного декартового дизайна. Затем, когда 3D Systems закрыла производство RapMan и я хотел построить свою собственную машину, я отдал предпочтение стилю Delta. Мне, не будучи инженером, показалось, что Delta проще в сборке, и мне понравилось, что основа и оттиск остались на одном месте. Я делаю органические формы, которые могут опрокидываться во время печати, поэтому я не хочу, чтобы монтажная пластина двигалась. Мне также понравилось, как двигаются дельтовидные рычаги, и движение очень плавное.

В целом декартовский дизайн может иметь больший вес.Контейнер для глины (комплект поставки) может располагаться ближе к печатающей головке или быть ее частью. Эта конфигурация также лучше, если вам нужны ширина и глубина, большее расстояние по горизонтали. Однако нередко печатная площадка перемещается во время печати, поэтому будьте уверены, что ваш стиль работы подойдет для этого действия. Также, если вы надеетесь печатать сложные формы на высоких скоростях, механизм справится с этим и не будет смещаться сам по себе.





Печатающая головка

В моей оригинальной JK Self Build Delta была печатающая головка с непрерывным потоком. Вы вручную включали поток, и глина продолжала поступать, пока вы ее не выключили. Поток регулировался давлением воздуха, и консистенция глины, которая должна быть однородной, чтобы обеспечить равномерную 3D-печать из глины. Разработка шнековой печатающей головки, которая останавливает и запускает экструзию и управляется gcode из программного обеспечения для нарезки, была огромным шагом вперед. Это дало возможность создавать гораздо более сложные формы, а также намного лучше регулировать поток материала.

Печатающую головку со шнеком относительно легко реализовать, поскольку она использует настройки скорости подачи gcode, которые являются стандартными для 3D-печати на пластике. На пластиковом принтере двигатель управляется для проталкивания пластиковой нити в печатающую головку с заданной скоростью. На глиняном принтере двигатель вращает винт, который проталкивает пластилин с заданной скоростью. Двигатели те же, но скорость потока отличается, и эти настройки выполняются в программном обеспечении для нарезки. Шнек не представляет собой ничего особенного и может быть адаптирован из деталей, купленных в хозяйственном магазине. Сложнее всего придумать способ обеспечения постоянного потока глины к печатающей головке, и именно поэтому мне нравится рассматривать ‘доставку’ как отдельный вопрос.





Доставка

Возвращаясь к моему первому дизайну Delta, подача глины осуществлялась из картриджа типа клеевого пистолета под давлением, который крепился к печатающей головке.Это было просто и работало хорошо, но есть ограничение на размер и вес, которые можно переносить на движущейся печатающей головке. Рабочий процесс важен для меня, и необходимость постоянной замены и заполнения маленьких картриджей из глины не привлекала. Переход на большой 3-литровый контейнер для глины, который стоит рядом с принтером и доставляет глину для печати в течение дня или двух, по сравнению с этим доставил огромное удовольствие.

При рассмотрении вопроса о доставке глины имейте в виду, что по мере увеличения масштаба трехмерного объекта количество необходимого материала увеличивается экспоненциально. Если вы удвоите размер 10-сантиметрового объекта, стена должна будет стать толще, а объем и, следовательно, поверхность увеличатся. Для 20-сантиметрового объекта той же пропорции потребуется в восемь раз больше материала!

Подсказка, убедитесь, что у вас есть хороший объем для доставки глины.

Подача сжатого воздуха или механического плунжера

Лично я предпочитаю сжатый воздух. У меня есть обе системы, и обе работают одинаково хорошо. Что мне нравится в сжатом воздухе, так это то, что как только вы размешаете глину, а для меня это давление составляет 4-6 бар, вы можете просто оставить его. Если есть засорение, давление просто держится, и ничего не ломается. Если возникает проблема с подачей глины и вы увеличиваете давление воздуха, это происходит немедленно. При использовании сжатого воздуха также не требуется учитывать дополнительные параметры нарезки. Прежде всего, воздушная система проста, ее легче чистить и обслуживать. Я всегда беспокоюсь, что что-нибудь сломается в механическом плунжере. Единственным недостатком является то, что вам нужен воздушный компрессор, но у меня он есть, поскольку я использую его для распыления глазури.



Существует случай, когда механические толкатели способны выталкивать более жесткую глину. Это может зависеть от личного стиля работы и дизайна принтера. Я не нашел никаких преимуществ в использовании глины более жесткой, чем то, что я могу вдавливать нейлоновую трубку длиной 70 см и внутренним диаметром 10 мм при давлении воздуха 4-5 бар. Глина под давлением обезвоживается, и чем выше давление, плунжерное или воздушное, тем больше воды вытесняется в первую очередь. Большее давление, необходимое для прессования более твердой глины, приводит к еще большему уплотнению глины в вашей плунжере ближе к концу контейнера. Также я обнаружил, что использование более твердой глины на изогнутых формах может привести к задержке расслаивания или растрескиванию. Мой подход заключается в том, чтобы использовать нагревательные лампы или теплый воздух для придания глине твердости во время печати.



Слой среза

Высота слоя среза зависит от ширины стены и личных предпочтений. В качестве общего руководства высота среза составляет одну треть ширины стены. Чем больше высота вашего слоя по отношению к ширине стены, тем более устойчивым будет ваш отпечаток, особенно когда стена начнет расширяться. Возможно, вы предпочтете более округлый вид слоев печати, но убедитесь, что ваши слои хорошо спрессованы друг с другом, иначе во время высыхания может возникнуть трещина.



Ширина стенки зависит от размера сопла, и глина выдавливается немного шире сопла. Итак, подведем некоторые итоги: при использовании сопла диаметром 1,6 мм стенка растягивается до 1,8 мм / 2 мм, а высоту среза я устанавливаю в программе нарезки на 0,6 мм. Насадка диаметром 2 мм обеспечивает ширину стенки от 2,2 до 2,5 мм, а высота среза устанавливается равной 0,8 мм. На более крупной машине с 3,5-мм насадкой ширина печатной стенки составляет около 5 мм, а я использую высоту среза 1,2 мм. Таким образом, здесь высота среза составляет примерно четверть ширины стенки.

Сопла

Размер сопла меняется в зависимости от масштаба печати. Размер сопла также определяет степень детализации, которую можно получить. Угол или кромка могут быть такими же острыми, как диаметр выдавливаемой глины. Также, как обсуждалось выше, сопло влияет на высоту слоя, поэтому, если вы ищете тонкую высоту слоя, вы, вероятно, будете использовать маленькую насадку.



Если я хочу получить детали на отпечатке высотой от 20 до 30 см, я буду использовать маленькую насадку 1,6 мм, но я буду программировать свою модель так, чтобы у нее была стенка двойной толщины. Высота слоя будет составлять 0,6 мм. 3D-печать из глины будет медленной, но придаст стене прочность, стабильность и мелкие детали.



Сопло диаметром 2 мм, вероятно, является хорошим исходным размером для печати объектов высотой от 10 до 20 см с одной стенкой. Очевидно, что вы можете использовать сопло любого размера, который вы хотите, но если вам нужна большая экструзия, то сначала убедитесь, что ваша машина может проталкивать достаточно глины для размера сопла. Во-вторых, как я указывал, говоря о доставке глины, по мере увеличения размера вашей насадки количество используемого материала значительно увеличивается.

Настройка начальной высоты Z

Начальная высота z, или то, что часто называют выравниванием при печати пластиком, варьируется от машины к машине. В самых простых принтерах, таких как JK Self Build delta, высота z устанавливается во встроенном ПО принтеров. Каждый раз, когда вы запускаете принтер, он начинает печатать на одной и той же высоте. Самый простой способ изменить высоту, например, если вы меняете длину насадки, — это изменить толщину досок под начальной точкой.



Другие машины оснащены датчиком высоты, который подключается к печатающей головке каждый раз, когда вы хотите сбросить начальную высоту по сравнению с настройкой встроенного программного обеспечения по умолчанию. Новая начальная высота сохраняется до тех пор, пока вы либо не вернетесь к настройкам прошивки по умолчанию, либо не сбросите высоту с помощью датчика. На других машинах начальную высоту можно установить или изменить в настройках на ЖК-экране панели управления. В разделе «Подготовить» вы найдете информацию о настройке высоты z. Какой бы ни была система, важно, чтобы сопло печатающей головки находилось на достаточном расстоянии от вашего печатного ложа, чтобы первый слой отпечатка расплющился и прикрепился к тому, на чем вы печатаете. Хороший зазор составляет чуть меньше половины высоты вашего среза или слоя.

Доски и биты

Предпочтительнее печатать на доске или бите, чтобы готовые отпечатки можно было легко извлечь из машины. Поскольку важно, чтобы на каждом отпечатке была правильной высота первого слоя z, имеет смысл стандартизировать толщину всех ваших досок.



Доски или биты лучше всего изготавливать из пористого материала, который должен быть как можно более гладким, чтобы влажная глина не прилипала к доске. Подойдут гипсовые биты или деревянные доски. Непосредственно перед печатью смочите доску влажной губкой, чтобы убедиться, что экструзия глины изначально прилипнет к доске.

Основы для печати

Если у вас есть объект, для которого требуется глиняная основа, ее можно распечатать. Вы не прорисовываете толщину основы в своей 3D-модели, а настраиваете ее в программе нарезки. Будет задана толщина верха и низа. В программном обеспечении Cura вы можете выбрать только толщину низа. Толщина будет печататься слоями, и я бы посоветовал печатать как минимум в три слоя. Таким образом, толщина, которую вы должны ввести, в три раза превышает высоту вашего среза или слоя. Однако имейте в виду, что печатные основы, особенно по мере их увеличения, могут иметь тенденцию к растрескиванию. Эту проблему можно уменьшить, нанося 3D-печать из глины на пористую штукатурку paris bat, чтобы влажная глина не прилипала при высыхании.



Я предпочитаю, если мне нужна основа, раскатать кусок глины и печатать на ней. Глиняная плита может быть довольно жесткой, и настройка высоты z не должна быть такой сложной, поскольку не представляет проблемы, если сопло немного врезается в глиняную плиту. В программе нарезки вы подготавливаете свою модель к тому, чтобы она была только стеной. После печати излишки глины обрезаются вокруг отпечатка, как только он становится достаточно жестким, чтобы его можно было обрабатывать без искажений.

Заполнение

Настройки заполнения, доступные в программе САМ, можно использовать для печати глиной, но они, как правило, становятся довольно запутанными. Программы САМ предлагают множество настроек, с которыми потребуется поэкспериментировать. Если вы рассматриваете заполнение, рекомендуется напечатать две или более стен, чтобы внешняя стена отпечаталась чистой, а внутренняя стена была нарушена рисунком заполнения.

Поддержка

Большая часть поддержки, предлагаемой программным обеспечением CAM, слишком непрочна для использования в мягкой глине. Обходной путь заключается в том, чтобы встроить в вашу модель надежную поддержку для печати на этапе моделирования перед написанием программы. В качестве альтернативы, во время печати и вручную, вы можете придать пластилину форму подложки и приложить ее к отпечатку по мере необходимости. Короткие отрезки тонкой жесткой проволоки могут быть полезны для прокладки поперек отпечатка по мере его наращивания, чтобы обеспечить поддержку в неудобных местах. Проволочные крепления, уложенные поперек формы, могут помочь придать жесткость форме во время печати. Эти отрезки проволоки извлекаются после печати, как только форма станет жесткой, но до того, как она высохнет. Небольшое отверстие в поверхности можно подправить небольшим количеством глины.

Сушка

По мере высыхания глины она сжимается, поэтому следует избегать неравномерной сушки, поскольку это может привести к искажению и натяжению, что в худшем случае может привести к растрескиванию. Объектам следует дать высохнуть равномерно. Большинство отпечатков можно оставить сохнуть естественным путем в помещении, но при наличии наполнителя или внутренних структур вы можете накрыть их пластиком, чтобы они высыхали медленнее. Изделия из глины должны быть абсолютно сухими перед обжигом в печи.



Отпечатки можно сушить во время печати, чтобы они затвердели и стали самонесущими, чтобы не разрушаться. Если ваша форма самонесущая, то лучше избегать принудительной сушки. Если вы все-таки сушите, не сушите слишком сильно. Желательно высушить всю поверхность отпечатка, и как только вы начнете сушить, лучше продолжать сушку. Это несущественно, но сушка очень незначительно изменяет характер поверхности, и на чистой форме любое время высыхания становится видимым как искажение поверхности. Тепловые лампы (например, для обогрева домашних амфибий) или фотографические лампы хороши тем, что излучаемое тепло не слишком сильное, но его необходимо распределять по форме. Теплый воздух хорош для сушки, но движение воздуха не должно быть настолько сильным, чтобы смещалась стенка для печати.