Використання розчинного філаменту для створення складних форм
Одна з найпривабливіших перспектив, що обіцяла 3D-друк, — створювати такі форми та об'єкти, які було б складно чи неможливо отримати іншими способами. Проте нещодавно я з'ясував, що на форму об'єктів, що створюються за допомогою 3D-друку, накладаються певні обмеження. В основному вони пов'язані з тим, що кожен наступний шар має на чомусь триматися, в ідеалі – на попередньому шарі. Наприклад, ви не можете роздрукувати стоячу літеру Т, тому що, якщо принтер почне знизу, поперечині нагорі буде просто нема на що спертися, пластик стече на підкладку, і вийде невідомо що.
Підтримуючи складний 3D-друк
Обійти це можна, якщо використовувати так звані підтримки, які не є частиною оригінальної моделі 3D. Вони можуть вставлятися слайсером, програмою, що перетворює 3D-модель на набір інструкцій, згідно з якими 3D-принтер переміщає свої вузли та механізми, щоб отримати в результаті 3D-об'єкт. Такі підтримки зручні, але разом з тим вони завдають додаткових клопотів, тому що з готового виробу їх потрібно витягти, все зачистити і т.п.
Коли я тільки-но починав займатися 3D-друком, у своїх моделях взагалі не використовував підтримки. Це тому, що слайсер, у якому я працював, був виключно неінтуїтивним, і мені так і не вдалося з'ясувати, як включається ця функція. Мені стало навіть цікаво, що вдасться отримати зі звисаючих, нелінійних форм, які можна роздруковувати без жодних підпірок. Експериментуючи з різними формами з урахуванням обмежень матеріалів та технології, я уявляв себе середньовічним будівельником. Не дивно, що чимала частина з об'єктів, що вдалися, мала готичний вигляд, як ось цей:
Зрештою яперейшов на більш просунутий слайсер, де вже зміг використати підтримку, що дозволяло створювати набагато різноманітніші форми. Однак я все одно продовжував натрапляти на деякі обмеження, навіть при використанні підтримки у своїх 3D-моделях. З об'єктів зі складною або делікатною внутрішньою геометрією було практично неможливо вручну витягнути структури, що підтримують, і все кінчалося або поломкою, або дуже неакуратним результатом.
Розчинні матеріали: PVA та HIPS
На щастя, для подібних випадків існує досконаліше рішення: підтримки з розчинних матеріалів. Наприклад, полівініловий спирт (PVA) легко розчиняється навіть у холодній воді. Але мій Makerbot Replicator 2X дещо вибагливий щодо пластику. PVA погано липне до платформи і погано липне до ABS. Постійно норовить відвалитися, тому мені довелося шукати якийсь інший матеріал. Ним виявився високоміцний полістирол (HIPS), який за своїми характеристиками нагадує звичайний ABS (під який Rep 2X «оптимізований»). HIPS розчиняється лимоненом, речовиною на основі цитрусової. Складні об'єкти можна друкувати стандартним ABS або PLA, а HIPS використовувати як матеріал для підтримки. Кінцевий продукт поринає у ванну з лимоненом, де HIPS розчиняється за кілька годин. Крім того, HIPS має близьку робочу температуру, добре клеїться до ABS та платформи. Витрата лимонену необхідний невеликий, оскільки більшість підтримки зазвичай видаляється руками. Лимонна ванна - трохи складніша процедура, ніж якби це була звичайна вода, але в неї є свій плюс: після купання деталь пахне лимоном!
По суті, окремий матеріал для підтримки цікавий лише якщо багато друкувати та є подвійний екструдер, у багатьох випадках можна просто обробити детальпісля друку.
Нещодавно я технологію застосування розчинного HIPS стрес-тесту – будівельна компанія попросила зробити їм модель складної арматурної конструкції, щоб показати її замовнику. Запропонована конструкція справді була дуже складною, з великою кількістю структурних елементів та досить заплутаною внутрішньою геометрією. Тут було нічого робити з класичними ABS-підтримками, тому що витягувати їх вручну було б неймовірно копітким і важким завданням.
Так я випробував HIPS із лимоненом. Мені довелося зробити дев'ять спроб, доки не роздрукувалася потрібна конфігурація. У тому, що вийшло з принтера, конструкція з ABS була практично невиразна, вона була немов у коконі з HIPS. На друк пішло 14 годин і майже стільки ж на ванну з лимонену, щоб розчинити HIPS, що не дивно, адже HIPS складав близько 60% первісного об'єкта. Кінцевий результат виглядає добре, конструктори залишилися задоволеними.
Навіть за такої відносно простої технології 3D-друку, як FDM, можна створювати дуже складні форми, використовуючи різні матеріали з різними властивостями, такі як PVA і HIPS. Поступово з'являється все більше FDM-сумісних матеріалів, в результаті чого 3D-друк, який і сам по собі є інноваційною технологією, стає все більш гнучким за можливостями та різноманітним.