3D nyomtatás otthon speciális anyagokkal

Elég hosszú idő telt el a legutóbbi blogbejegyzés óta, aki nem követte a parametric|art facebook, instagram, twitter, pinterest, youtube, vimeo vagy tumblr oldalát, azt is hihette, hogy a blog tiszavirág élete elmúlt. Szerencsére ilyesmiről szó sincs, sőt, éppen ellenkezőleg: az elmúlt hetekben annyira felpörögtek az események, hogy egyszerűen nem volt időm megírni egy valamirevaló posztot, márpedig ez a 3D nyomtatás blog mindig is igyekezett minőségi tartalmakkal jelentkezni. A néhány mondatos illetve csak képi bejegyzések megfelelő platformjai pedig a fent említett közösségi és webkettes oldalak, ahol azért folyamatosan frissült is a tartalom.

color PLA filaments © parametric | art

color PLA filaments
© parametric | art

A közelmúltben felgyorsultak az események, annyit elárulhatok, hogy nagy dolgok vannak készülőben, néhány héten belül ki is fog derülni, hogy miről is van szó. Aki már egy ideje követi a blogot annak nyilván kiderült, hogy a parametrikus tervezés és generatív ékszerek, valamint szobrok 3D nyomtatása mellett mindig is érdekelt a kísérletezés; legyen szó a 3D nyomtató gyári hardware-ének vagy software-ének hackeléséről, a 3D nyomtatott tárgyak leghatékonyabb utókezeléséről, vagy új, kísérleti anyagok kipróbálásáról. Ezért volt hatalmas lehetőség kijutni múlt héten az Egyesült Királyságba, ahol 2 napon keresztül Birminghamben a 3D nyomtatási technológiáké, additív gyártásé és 3D nyomtató készülékeké volt a főszerep. A TCT Show nem annyira az otthoni, lakossági 3D nyomtatási eljárásokra, mint inkább a kísérleti, high-tech megoldásokra volt kihegyezve, ezért olyan technológiákat lehetett testközelből megismerni, amelyek még nagy részben tesztelés alatt álltak; valószínűleg az elkövetkező néhány évben viszont ezek fogják meghatározni az additív gyártás, 3D nyomtatás és a különbző 3D nyomtató készülékek fejlődésének irányát. A következő bejegyzésben részletesebben írok majd a rendezvényről.

3d printed multicolor iphone cases by parametric|art and iHorn dock by Dizingof

3d printed multicolor iphone cases by parametric|art and iHorn dock by Dizingof

Amit viszont szerencsére magammal hoztam, az néhány nagyon különleges anyagminta, amelyekhez egyelőre csak itt lehetett hozzájutni, mivel forgalmazásuk még vagy el sem indult, vagy csak nagyon kevés helyről lehet őket beszerezni korlátozott mennyiségben és irreálisan magas áron. A mai bejegyzésben is a 3D nyomtatáshoz használt különleges műanyagszálakról, úgynevezett filamentekről lesz szó, amelyekkel az FDM technológiát használó 3D nyomtatók működnek. Ezek a készülékek a leginkább elterjedtek, és a leginkább hozzáférhetőek a szélesebb körök számára is, ugyanis ezeknek a legegyszerűbb a működése, és az áruk is – köszönhetően a pár évvel ezelőtt lejárt műszaki szabadalmaknak és az ezt követő piaci versenynek – a megfizethető tartományban helyezkedik el; így leginkább ezekkel találkozhatunk a tervezőirodák és designerek íróasztalain.

generative bracelet designed by parametric | art 3D printed with neon yellow PLA

generative bracelet designed by parametric | art 3D printed with neon yellow PLA

Alapesetben ezek a készülékek ABS szálakkal dolgoznak, amelyekkel 190 és 220 Celsius közötti hőmérsékleten fűtött munkaasztalra nyomtatva relatíve gyorsan és költséghatékonyan készíthetőek el a 3D tervezőszoftverekkel készült 3D nyomtatott objektumok. Az ABS egy viszonylag ellenálló, rugalmas anyag, amelyet előszeretettel alkalmaznak műanyag tárgyak fröccsöntéssel történő nagy darabszámú gyártása során is. Aránylag jól működik az újrafelhasználása, azonban mégsem tekinthető környezetbarát anyagnak, mivel évezredek alatt bomlik csak le. Ezért jelentett hatalmas előrelépést a nagyjából ugyanilyen fizikai tulajdonságokkal rendelkező PLA szálak megjelenése, amelyek ugyanilyen hőmérséklet-tartományban extrudálhatóak, kicsit ridegebbek (ugyanakkor keményebbek is), viszont nedves talajban néhány hónap illetve év alatt komposztálhatóak. És ha elhisszük a szakemberek jóslatát, vagyis hogy az egyszerűbb 3D nyomtató készülékek néhány éven belül a háztartásokban is megtalálhatóak lesznek a tintasugaras 2D-s nyomtatókhoz hasonlóan, nem szorul magyarázatra a környezeti tényező fontossága: rövid időn belül ugyanis telenyomtatnánk imádott bolygónkat le nem bomló műanyag szeméttel.

color PLA filaments  © parametric | art

color PLA filaments
© parametric | art

A különböző PLA szálak ma már gyakorlatilag a szivárvány minden színében elérhetőek, sőt, létezik már az alapesetben rideg és kemény anyagnak egy modifikált, lágyított változata is, amely rugalmasabb és puhább, de a FlexPLA nevű 3D nyomtatási alapanyagról már az előző blogbejegyzésben részletesen esett szó. Az  ABS-nek is létezik többféle különleges változata, számomra a leginkább érdekes a sötétben világító, foszforeszkáló változat volt, amely hatalmas népszerűségnek örvend megjelenése óta a RepRap felhasználók körében. Mindig is szerettem volna kipróbálni, azonban – részben gazdaságossági, részben környezetvédelmi okokból – ha tehetem, mindig elkerülöm az ABS-szel történő 3D nyomtatást. (A fűtött 3D nyomtató munkaasztala ugyanis nagyjából 400W-tal több energiát fogyaszt a PLA szállal történő 3D nyomtatásnál, ahol csupán a ’hot end’-nek nevezett kis alumínium dobozt kell felhevíteni a fűtőbetéttel 200-240 Celsius körüli hőmérsékletre.)

luminous PLA 3D printing material © parametric | art

luminous PLA 3D printing material
© parametric | art

A birminghami TCT Show-n azonban a kezembe akadt egy kínai gyártónak a Luminous PLA nevű termékmintája, amely a PLA minden előnyös tulajdonsága mellett fluoreszkáló adalékanyagot is tartalmaz, így ennek segítségével környezetbarát módon is lehet sötétben világító tárgyakat nyomtatni. Elég érdekes tárgyak készíthetőek így, gondoljunk csak bele milyen jól néz ki egy sötétben világító telefontok, futurisztikus ékszer, vagy éppen egy generatív 3D nyomtatott lámpabúra, amely a lámpaoltást követően még gyenge éjjelifényt sugároz magából. Gyakorlatiasabb haszna is van: ilyen anyagból készülhetnek villanykapcsolók, jobb láthatóságot biztosító ruhafelvarrók, bringás kiegészítők: a lehetséges alkalmazási területeket a végtelenségig lehetne sorolni. Az alábbi képen elég jól látható a hatás: a képet teljes sötétségben egy ablaktalan helyiségben készítettem 10 másodperces expo-val, az összes fény a tárgyból származik.

fluorescent iphone case designed and 3D printed by parametric | art

fluorescent iphone case designed and 3D printed by parametric | art

Egy korábbi bejegyzésben már esett szó a Laywood nevű anyagról, amely lehetővé teszi a fával történő 3D nyomtatást, ugyanis – a 3D nyomtatón és a G-code-on elkövetett változtatásokat követően – a legtöbb asztali 3D nyomtató készülékben használható. Ebből a szempontból sajnos hátrányt élveznek a zárt rendszerű FDM printer készülékek, ahol sem a hardware sem a software nem tesz lehetővé semmilyen finomhangolást. (Cserébe viszont – állítólag – stabilabban működnek. Én azért nem ezt tapasztaltam.)

generative lampshade designed by parametric | art 3D printed with wood and PLA

generative lampshade designed by parametric | art 3D printed with wood and PLA

A Laywood-ot fejlesztő német mérnök azonban a hatalmas sikert követően sem maradt tétlen, további fejlesztésekbe fogott, és elkészítette ugyanazon az elven a Laybrick névre hallgató, homokkőszerű filamentet, amellyel kőhatású tárgyak készíthetőek egy asztali 3D nyomtatón. A Laybrick gyakorlatilag biopolimerrel kötött finom kőpor, amely a polimer megolvasztását követően az olvadékkal együtt kipréselhető a nyomtatófejen, így a fához hasonlóan a műanyag megszilárdulását (kihűlését) követően kő hatású tárgyakat kapunk. 170 és 220 Celsius körüli hőmérsékleten lehet vele a legszebb eredményt elérni, a kész modell felülete pedig nagyon könnyedén tökéletesíthető finom csiszolópapír segítségével, sőt, vízfestékkel is dekorálható.

© parametric | art 3D printing with sandstone (Laybrick filament)

© parametric | art 3D printing with sandstone (Laybrick filament)

A 3D nyomtatás kőből így egy viszonylag egyszerű gépen is lehetséges, építészeti és régészeti makettek esetében különlegesen jól jön ez a természetes és szép felületi textúra. A nyomtatáshoz célszerű kicsit módosítani a gépen, a fej eltömődését megakadályozandó célszerű egy minimum 0.5 mm-es nozzle-t felszerelni, valamint 90 mm/s sebesség fölött már nem volt túl egyenletes az eredmény.

voronoi pendant designed by parametric | art 3D printed with wood and sandstone

voronoi pendant designed by parametric | art 3D printed with wood and sandstone

De a különleges, kísérleti anyagok felsorolásának még egyáltalán nincs vége, a sorban következő a HIPS, amellyel életemben először ezen a kiállításon találkoztam. Műanyagiparban járatos emberek számára biztosan ismerősen cseng a mozaikszó, azonban kérdésemre még a kiállított 3D nyomtatókat forgalmazó szakemberek és ismerősök sem tudtak rendes választ adni, a képviselő cég kínai alkalmazottja pedig ugyanazt a két mondatot emlegette bármit is kérdeztem. Kis utánajárásnak hála kiderült, hogy igazi kincsre leltem: a HIPS valójában a High Impact Polystyrene rövidítése, amely fröccsöntésnél gyakran alkalmazott anyag, 3D nyomtatás kapcsán azonban eddig nemigen került szóba. Pedig rendkívüli cucc, főleg különleges alkalmazásokra: az anyaggal 250 fokos hőmérséklet felett lehet nyomtatni. Sajnos a legtöbb 3D nyomtató maximum 240 fokra tudja csak fűteni az extruder fejet, ezért itt is bele kell nyúlni a g-code-ba, ha ezzel a különleges anyaggal szeretnénk nyomtatni.
hips-filamentDe miért is jó a 3D nyomtatás HIPS-szel? Az anyag – a magas olvadáspontja révén – sokkal magasabb hőmérséklet-tartományban is megőrzi szilárdságát, 180 Celsiusig (ahol már a normál ABS és PLA anyagok mind folyékony halmazállapotúak) egészen szilárd marad, így akár fröccsöntéshez is készíthető vele protoszerszám. Például, ha egy egyszerű tárgyból mondjuk 20 darabot kellene elkészítenünk, ahelyett, hogy ugyanazt a modellt 20-szor egymás után kinyomtatnánk, a negatív (öntő-)formát HIPS-ből kinyomtatva azt vígan kiönthetjük PLA vagy ABS olvadékkal. Így a folyamat sokkal gyorsabb és gazdaságosabb. Ha lesz rá módom, kipróbálom majd professzionális körülmények között is, egy ipari fröccsöntőgépen, hogy hány ciklust bír ki az így készült szerszám. (Remélhetőleg többet, mint a szilikon.)

Végül, de nem utolsósorban következzen egy szintén különleges műanyagszál, amelynek egészen speciális az alkalmazási területe. Jóllehet a tengerentúlon már hónapok óta kapható, olyan magas áron adják, hogy eddig nem mertem bevállalni még az 1 kg-os tekercs megrendelését sem, főleg, hogy csak nagyon különleges feladatok elvégzésére való, arra viszont a legmegfelelőbb. A színe kissé sárgás, esztétikailag nem mutat valami jól, de nem is erre való. Nevezzük nevén a gyereket: a PVA műanyagról van szó, magyarul polivinyl alkohol, amely hasonló hőmérsékleten használható asztali 3D nyomtatónkban, mint a fentebb említett anyagok, egyetlen különbséggel: ez az anyag vízoldható!

PVA water soluble 3D printing filament

PVA water soluble 3D printing filament

A PVA-ból készült 3D nyomtatott tárgyak tehát a csap alá tartva, vagy egy kád vízben teljesen feloldódnak. Hogy mire is jó ez? Az egyedi teásbögrénket nyilván nem ebből az amúgy rendkívül drága anyagból fogjuk nyomtatni. (1 kg PVA ára körülbelül a háromszorosa az ABS illetve PLA szálakénak.) Én két területen is hatalmas lehetőséget látok benne, az egyik valószínűleg minden 3D nyomtatással foglalkozó kollégának segítséget nyújt majd, a másik annyira speciális, hogy elvétve lesz csak rá szükség, akkor viszont a legjobb eredményt érhetjük el vele.
Aki játszott már FDM technológiát használó 3D nyomtatóval, bizonyára szembesült az eljárás technológiai korlátaival is, péládul, hogy a gép nem tud a levegőbe nyomtatni: a kis meredekségű, vízszintes és lelógó szerkezetek mindenképpen alátámasztást igényelnek. Ezekre a helyekre célszerű a 3D nyomtatás megkezdése előtt a modellhez támasszerkezeteket, ún. support-okat adni. (A slicer programok automatikusan is legenerálják őket, ezek azonban gyakran annyira sűrűek, hogy inkább egy saját, Grasshopper-ben összerakott algoritmus alapján magam készítem el őket.)

Az egy extruderrel rendelkező gépek esetében a támaszanyagot ugyanabból az anyagból nyomtatjuk, mint magát a modellt, viszont sokkal lazább szerkezettel, hogy azok a 3D nyomtatás végeztével mechanikusan eltávolíthatóak (értsd: letörhetőek) legyenek a tárgyról. Ez rengeteg bosszúságot tud okozni, főleg ha nem vagyunk elég körültekintőek, és közben eltörjük a modellünket is. 2 extrudáló fejjel rendelkező 3D nyomtatók esetében a támaszanyag külön anyagból készül, amely egy speciális (általában maró lúg) oldószerrel aztán több-kevesebb sikerrel letisztítható a modellről. Sajnos az eredmény ezekben az esetekben is mindig hagy némi kívánnivalót maga után, így tökéletes megoldást ez sem jelent a kényes geometriák nyomtatására. És itt jön a képbe a PVA első és legfontosabb alkalmazási területe: az egyik fejbe a PVA szálat befűzve a támaszanyagot vízoldható anyagból tudjuk nyomtatni, így a 3D nyomtatás befejeztével a modellt egyszerűen vízzel átmosva csak az eredeti szerkezet marad meg. Egy álom válik ezzek valóra, korábban csak a méregdrága gépek voltak képesek kimosható támaszanyaggal dolgozni. A PVA alapanyag így lehetővé teszi minden olcsó 3D nyomtató tulajdonosnak a bonyolulut formák 3D nyomtatását is.

special 3D printing filaments

special 3D printing filaments

A másik – ám sokkal kevésbé gyakori – alkalmazási lehetősége szintén a vízoldhatóságából fakad, itt a 3D nyomtatás azonban csak mint előkészítő folyamat szerepel. A legtöbben bizonyára ismeritek a carbon alkatrészeket, amelyek viszonylag drága szerkezetek. Találkozhatunk velük repülőgépeken, drága kerékpárokon, autókon; mindenhol, ahol a lehető legjobb mechanikai tulajdonságokra van szükség a lehető legkisebb önsúly mellett. Néhány hónappal ezelőtt egy különleges megbízást kaptam egy kerékpárhoz egyedi megrendelésre fékeket készítő mesterembertől. Ezek a professzionális fékek mind-mind carbonszálakból készülnek, hiszen a kerékpársport ezen szegmensében már minden egyes gramm számít. A carbon szerkezetek azonban egyáltalán nem tömörek; drágaságuk sem a carbonszálak magas ára miatt van, hanem a bonyolult technológiának köszönhető, ahogy a szálakat szépen egy formába vagy formára helyezik. Általában úgy készítik ezeket a fékeket, hogy az alapformát, amely néhány mm-rel kisebb, mint a készülő carbon fék, polisztirolból vagy más, könnyen megmunkálható és könnyű anyagból robotika segítségével kimarták, majd erre helyezték fel a carbon szálakat. Itt a sablon bentmaradó zsaluzatként funkcionált, így minél könnyebbnek kellett lennie, hiszen a kész féknél már nem játszik funkcionális szerepet. Ezért volt nagyszerű ötlet a PVA alkalmazása, amely az elkészült és megszilárdult carbon szerkezet belsejéből vízzel kimosható, így csak az erőátvitelben szerepet játszó alkatrészek növelték a szerkezet súlyát, és minden eddiginél könnyebb féket tudott így készíteni.ű

sandstone-like filament (Laybrick)

sandstone-like filament (Laybrick)

Kicsit hosszúra nyúlt a mai bejegyzés, valószínűleg a kevésbé szakmai olvasónak kicsit száraznak tűnhetett, a bemutatott képek sem annyira látványosak, mint ahogyan az lenni szokott; cserébe a következőben – amennyiben sikerül visszakapnom a fényképekkel teli kártyát – egy képes beszámoló következik majd az angliai kiállításról. Közben pedig nem álltam le a generatív és parametrikus tervezéssel sem: megint elkészült már egy hosszabb posztra való anyag képekkel, videókkal és a tervezés folyamatát bemutató tutorial-okkal, így arra sem kell majd sokat várni.

3D scanned sculpture 3D printed with sandstone by parametric | art

3D scanned sculpture 3D printed with sandstone by parametric | art

Reklámok

About bonooobong

parametric | architecture

8 comments

  1. 🙂 very cool looking prints !

  2. Visszajelzés: Elérhető árú 3D nyomtatók – I. rész | parametric | art

  3. Visszajelzés: 3D nyomtatáshoz használt műanyagszálak | 3dfizz

  4. eFi

    HIPS-t kipróbáltad már? Borzasztó kíváncsi vagyok rá.

    • Szia! Igen, egyelőre csak egy kis karkötőt sikerült szépen kinyomni, majd lesz róla poszt is. Egyébként hasonlóan viselkedik, mint az ABS; fűthető platni kellett neki (90C), és 260 C-on sikerült szépen extrudálni 150 mm/s nyomtatási sebességgel. Ahogy lesz valami nagyobb szériás meló, ki is próbálom, hogy viselkedik öntőformaként, legalább fel tudom használni olvadékként az elrontott PLA darabokat.

  5. Visszajelzés: 3D nyomtatás a Construma-n | parametric | art

  6. Visszajelzés: A Velleman K8200 open-source 3d nyomtató | 3dfizz

Vélemény, hozzászólás?

Adatok megadása vagy bejelentkezés valamelyik ikonnal:

WordPress.com Logo

Hozzászólhat a WordPress.com felhasználói fiók használatával. Kilépés / Módosítás )

Twitter kép

Hozzászólhat a Twitter felhasználói fiók használatával. Kilépés / Módosítás )

Facebook kép

Hozzászólhat a Facebook felhasználói fiók használatával. Kilépés / Módosítás )

Google+ kép

Hozzászólhat a Google+ felhasználói fiók használatával. Kilépés / Módosítás )

Kapcsolódás: %s

%d blogger ezt kedveli: