3d печать глиной посредством экструзии

  • автор:

В данной статье «3d печать глиной посредством экструзии» мы поговорим об использовании синхронизированного шнекового экструдера с механической подачей. 3d печать глиной является одним из материалов 3d печати.

3d печать глиной

Что такое 3d печать глиной

3d печать глиной посредством экструзии, по-видимому, началась в конце 2009 года усилиями бельгийской студии Unfold. А вскоре после этого в 2010 году — работой британского гончара Джонатана Крепа.

В 2014 году Джонатан и Дрис Вербругген из студии Unold Studio открыли форум на Google+ под названием «Сделай свой собственный керамический принтер». (по состоянию на январь 2019 года). К сожалению, форум вскоре будет закрыт из-за ликвидации Google+.

Похоже, что почти вся 3d печать глиной посредством экструзии имеет устойчивую связь с Dries и пользовательским форумом Джонатана. Как м последующее развитие экструзионной печати на глине. Будь то корпоративное или личное, с открытым исходным кодом или закрытым,

3d печать глиной или другими пастообразными/шприцевыми материалами иногда приводит к проблеме. Она заключается в том, что трудно подать на печатающую головку больше, чем небольшое количество глины. Не делая при этом печатающую головку очень тяжелой.

Прекрасные примеры гениальных маленьких печатающих головок для глины включают в себя студию Studio Unfold с 2010 года или Ричарда Хорна с 2012 года. Jonathan Keep из Великобритании создал и поделился удивительно упрощенным принтером дельта-глины с немного большим объемом шприца в 2013 году.

Эти печатающие головки работают хорошо. Но они ограничены использованием относительно небольшого количества глины. Что значительно ограничивает размер объектов, которые могут быть напечатаны.

Чтобы преодолеть это материальное ограничение, «подача» глины может быть отделена от экструдера. В 2015 году две европейские компании, WASP (Италия) и VormVrij (Нидерланды), выпустили системы глиняной печати. Они соединяли «подачу» глины под давлением воздуха с моторизованной шнековой печатающей головкой.

В 2015 году американская компания 3DPotter выпустила глиняный принтер очень большой емкости. И в нем использовалось новое решение. В результате печатающая головка перемещается только вверх и вниз. А печатная платформа перемещается по осям X и Y.

3DPotter не использовал сжатый воздух для перемещения глины к печатающей головке. Вместо этого он использовал механический поршень для перемещения глины. Похоже, что это первый экструзионный глиняный принтер с большой емкостью для механического управления.

Однако в конструкции 3D Potter не используется печатающая головка шнека. И в результате она может иметь ограниченную способность останавливать и начинать экструзию глины. Конечно, можно многое сделать с непрерывной подачей глины. Например, работа голландского Оливье Ван Херпта использует этот процесс с большим эффектом.

Глиняный 3д принтер-Сжатие воздуха

Глиняный 3д принтер: Сжатие воздуха против Механической подачи

Сжатие воздуха

Глиняный 3д принтер печатает с помощью шнековой печатающей головки, снабженной глиной через систему воздушного сжатия, может работать исключительно хорошо. О чем свидетельствуют многие пользователи систем WASP и VormVrij. Но у компрессии есть некоторые недостатки.

Во-первых, в домашней или самодельной системе сжатие воздуха может создать угрозу безопасности. Если, конечно, не используются подходящие материалы и системы безопасности.

Например, при достаточном давлении воздуха пластиковая трубка, содержащая глину, которая подается на печатающую головку, может взорваться. В результате могут появиться острые осколки с высокой скоростью. Если предохранительный клапан сброса давления отсутствует. Или в случае взлома или повреждения контейнера.

Во-вторых, система подачи сжатого воздуха требует воздушного компрессора. Недорогие воздушные компрессоры могут быть довольно шумными. В то время как тихие воздушные компрессоры могут быть довольно дорогими.

В-третьих, система сжатия воздуха всегда контролируется независимо от прошивки принтера и платы управления. Без программного интерфейса воздушная система регулируется вручную через клапан регулирования давления.

Это усложняет систему, поскольку фактически превращается в пару перекрывающихся систем. Одну аналоговую (сжатие воздуха) и одну цифровую (плата управления).

Механическая подача

Механическая система подачи глины может быть описана как «объемная». В ней можно точно измерить объем материала, используемого в такой системе.

Это очень важно. Потому что глина является особенно сложным типом материала. Например, его свойства которого могут значительно различаться изо дня в день по мере изменения климатических условий.

В системе сжатия воздуха точное количество давления, необходимое для перемещения глины в один день, может не совпадать с количеством, необходимым на следующий день.

Точно так же гладкий фарфор может не нуждаться в таком же давлении, как песчаная терракотовая глина. Следовательно, пользователь системы сжатия воздуха может потратить значительное количество времени на точную настройку подачи давления.

Другим огромным преимуществом объемной механической подачи является то, что пользователь может с большой точностью работать с программным обеспечением для 3D-резки, используемым для подготовки объекта к печати.

Короче говоря, принтер «знает», сколько глины необходимо для производства слоя определенной толщины. Механическая система может выдавливать именно это количество. Независимо от того, насколько мягкой или жесткой может быть глина. До тех пор, пока глина не настолько жесткая, чтобы остановить двигатель.

Точность объемной механической системы подачи позволяет использовать некоторые дополнительные полезные инструменты. Которые могут быть знакомы пользователям принтеров с пластиковыми нитями.

Точное количество глины может быть автоматически рассчитано с помощью программного обеспечения для нарезки. Если кто-то знает стоимость глины, это может быстро позволить определить стоимость печати. Через программное обеспечение для нарезки.

Кроме того, изменения в скорости печати или паузы в печати могут быть легко обработаны в механической системе подачи. Изменения настроек печати во время печати влияют на всю систему, а не на часть системы.

Нужно принять решение об изменении диаметра сопла для печати? Это также может быть автоматически компенсировано в программном обеспечении для нарезки с огромной и повторяемой точностью.

Это также верно для системы сжатия воздуха Dries Verbruggen. Она использует экструдер типа Moineau, изготовленный ViscoTec. Тем не менее, запатентованная система ViscoTec сравнительно довольно дорогая.

По состоянию на январь 2019 года неизвестна система экструдеров Moineau с открытым исходным кодом, которая надежно работает с долговечностью, необходимой для длительного использования с керамикой.

Стоит отметить, что, когда принтер с механической подачей пытается перегружать себя, типичным результатом является заикание двигателя. Но к счастью, не приводит к повреждению двигателя. В системе сжатия воздуха под избыточным давлением результаты могут быть значительно более опасными.

Печать глиной на 3d принтере - проблема синхронизации

Печать глиной на 3d принтере — проблема синхронизации

Далее описание от @tom с сайта https://wikifactory.com

В апреле 2016 года моя команда начала тестировать печать глиной на 3d принтере с механической системой подачи глины. Которая соединена с печатающей головкой шнека.

Оказалось, что, если скорость печати замедляется, давление в системе будет расти и нарастать. Если произойдет ряд перемещений, не связанных с печатью. А поток материала будет слишком большим или слишком маленьким. Или, в крайнем случае, может произойти сбой в работе оборудования. Например, приостановка шнека, но не подачи.

Решением этой проблемы должна стать синхронизация как системы подачи, так и экструдера шнека. В мире пластиковой печати функция параллельного выдавливания, приостановки и втягивания пластиковой нити контролируется одним шаговым двигателем, питающим «hot-end (горячий конец)» экструдера.

Этот набор действий повторно используется для печати на глине для управления шнеком шнека в различных конфигурациях. Например, таких как производимые WASP или VormVrij.

Проблема синхронизации в ранних экспериментах

В ранних экспериментах подача глины контролировалась отдельным, управляемым вручную, контроллером. Пользователь форума John DeMay проницательно прокомментировал: «Похоже, вам придется сидеть там и постоянно регулировать мотор в зависимости от потребностей экструдера».

Многие платы управления имеют выход E1 (экструдер 1), позволяющий использовать второй экструдер (первый — E0). Таким образом, и экструдер 0, и экструдер 1 могут выполнять одни и те же команды параллельно.

Однако двигатель, необходимый для вращения шнекового шнека, не обязательно должен быть очень мощным. Но должен вращаться относительно быстро, чтобы быть эффективным.

И наоборот, двигатель, необходимый для выталкивания запаса глины, должен был быть чрезвычайно мощным. Но также вращаться с очень медленной скоростью. Чтобы достаточно медленно продвигать массу глины. И чтобы соответствовать выходу сопла.

Например, нам (команде @tom) иногда нравится подавать глину из контейнера диаметром 50,8 мм (2 дюйма). И проталкивать ее через сопло размером всего 0,6 мм. Это означает, что диаметр подачи более чем в 84 раза больше диаметра сопла.

Какая прошивка для смешивания цветов лучше?

Работая с глиняной печатью, я продолжал реконфигурировать свои домашние пластиковые принтеры. Я постарался быть в курсе событий в этой области.

Я просматривал различные прошивки, доступные для плат управления принтером. И наткнулся на сообщение на Reprap.org под названием «Repetier Color Mixing».

В публикации (от 18 января 2016 г.) упоминается документ под названием «The Color Mixing Theory.txt». Первое появление которое я мог найти на Github, опубликованном в 2014 г. пользователем «Repetier». Который, как я предполагаю, является первоначальным автором.

В этом посте подробно описаны способы настройки прошивки для работы с пластиковым принтером под названием «Diamond hotend». Это позволило трем независимо контролируемым нитям накала слиться в одном сопле для печати.

Система микропрограммного смешения цветов позволила получить практически любой цвет в спектре. Это достигалось путем смешивания цветов в определенных соотношениях. Например, смесь 50% красного и 50% желтого цвета даст оранжевый результат.

Это представляло для меня ограниченный интерес. Так как я был пользователем пластикового принтера. Который никоим образом не интересовался пластиком в качестве окончательного материала для презентации. Будь то одноцветный или полный спектр.

Идея встроенного программного обеспечения

Однако мне пришло в голову, что идея встроенного программного обеспечения для смешения цветов была замечательной. Поскольку она позволяла нескольким двигателям экструдера продвигать материал с разными, но переменными скоростями. При этом оставаясь идеально синхронизированной.

Например, вы можете выдавливать цвет A на 10%, цвет B на 60% и цвет C на 30%. Но, когда принтер приостановил выдавливание для перемещения, все три двигателя остановятся одновременно. Точно так же, если вы отрегулируете расход принтера, расход всех трех экструдеров будет увеличен. В то время и до сих пор это кажется мне почти волшебным.

Микропрограмма для смешивания цветов представляет собой абсолютно жизнеспособный способ синхронизации двух двигателей. Но также позволяет независимо контролировать скорость каждого из них. Как это происходит? Используя то, что называется «виртуальным экструдером»:

— прошивка также вводит понятие виртуальных экструдеров. Смесительные экструдеры могут имитировать 16 экструдеров (достижимых от T0 до T15) с заданным соотношением смешивания. Текущий коэффициент смешивания может быть сохранен как виртуальный экструдер с командой M164.

— все N экструдеров получают вес Wx, и выполняются шаги для сохранения веса в оптимальном количестве. Поэтому каждый экструдер имеет счетчик ошибок Ex. Который инициализируется с помощью Wx. И мы также вычисляем сумму S всех весов.

3d печать глиной — успешный тест

Само собой разумеется, я был чрезвычайно взволнован, чтобы найти этот кусок кода и готов испытать его. 6 июня 2016 года я подключил два совершенно разных двигателя. «Стандартный» шаговый двигатель NEMA 17 и двигатель NEMA 23 с коробкой передач 15:1, к плате управления RAMPS 1.4 с прошивкой Repetier. В то время единственная прошивка, которую я знал, использующая эту способность смешивания цветов. Я отправил простую команду выдавливания для двигателей.

К моему большому удивлению (у меня нет опыта в подобных вещах), это сработало именно так, как я надеялся. Два двигателя вращались на разных скоростях. Но оставались синхронизированными с точки зрения остановок, пусков и пауз. Я быстро снял это видео и разместил его на YouTube и форуме Google+ по печати.

Видео невероятно скучное. Но вскоре у меня фактически заработали моторы. И я печатал глину в гораздо более убедительном видео более раннего дизайна принтера.

Я безжалостно работал над глиняной печатью в течение четырех лет. И все же,  я до сих пор горжусь самой важной вещью, которую я внес в наше сообщество разработчиков ПО с открытым исходным кодом. Идея использовать микропрограмму для смешивания цветов для управления подачей глиняного принтера. А также вращение шнека на разных и независимо переменных скоростях, остающихся синхронизированными.

Сообщество глиняной печати невелико, и поэтому ставки не так высоки. Пока. Но я думаю, что было бы полезно указать «первенство», когда кто-то решает небольшую проблему.

Насколько я могу судить, я был первым. Кто реализовал этот процесс смешивания цветов таким образом, чтобы управлять печатающей головкой механического подающего шнека на глиняном принтере.

Некоторые другие (как я понимаю их) сообщества глиняной печати:

2009 год — первая экструзионная печать на глине для производства произведений искусства, Studio Unfold.

Первое использование шнековой печатающей головки для экструзионной глиняной печати, Jonathan Keep, 2014.

Первая конструкция глиняного принтера, в которой оси X и Y перемещают основание печати. В то время как печатающая головка перемещается только на Z. Это 3D Potter, 2015.

Первое двойное выдавливание 3d печать на глине, Vorm Vrij Lutum, 2016.

3d печать глиной — реализация

Этот конкретный процесс печати со смешиванием цветов впервые был реализован в прошивке Repetier с открытым исходным кодом в выпуске 0.92 в 2014 году. Я заинтересовался использованием этого процесса. В результате я использовал прошивку с открытым исходным кодом «Marlin». Которая в июне 2016 года не имела реализация смешения цветов.

Переключить прошивку было немного сложно, но все-таки не сильно. Мне в целом нравился Repetier. Хотя большая часть сообщества 3D-принтеров, с которым я взаимодействовал, использовала Marlin. Поэтому я был менее настроен на «мейнстрим». По крайней мере, среди любителей печати на глиняном принтере.

Марлин в конечном итоге реализовал смешение цветов в версии 1.1, выпущенной 4 мая 2017 года. К августу 2017 года Джонатан Креп внедрил версию прошивки для смешения цветов Марлина на своем дельта-форматном принтере, которую он задокументировал.

3d печать глиной - исследования 2019

3d печать глиной — исследования 2019

В то время реализация Repetier хорошо работала для меня. Но я знал, что в конечном итоге мне захочется использовать несколько цветов в глиняной печати. Это то, что я, наконец-то, начну исследовать в начале 2019 года.

Для чего потребуются как минимум четыре двигателя экструдера. Каждый экструдер в этой установке механической подачи использует один двигатель для «подачи», а другой для «шнека». Поэтому установка двойной экструзии будет иметь всего четыре двигателя экструдера и т. д.

Я также переключился с модифицированного принтера в стиле Prusa i3 на свой собственный принтер нестандартной конструкции. В котором, помимо прочих эксцентричностей, использовалось множество алюминиевых профилей.

Например, прессованные детали из OpenBuilds, различные компоненты из фрезерованной фанеры с ЧПУ и некоторые велосипедные колеса. Мой принтер начал выглядеть так.

Короче говоря, я перестал рассматривать этот проект как недорогую модификацию недорогого и широко доступного принтера в стиле Prusa.

Я начал все заново, получив несколько тысяч долларов на финансирование исследований через несколько грантов, в которых я принимал участие. С намерением просто сделать лучший принтер для печати на глине, который я смог сделать.

В поисках более качественных компонентов, чем те, которые я использовал ранее, я наткнулся на мощную плату управления Duet 3D с открытым исходным кодом.

Которая работает с прошивкой RepRap с открытым исходным кодом. Эта 32-битная плата предлагала реализацию смешения цветов, которую я не смог найти в конкурирующей 32-битной Smoothieboard.

Что дает использование Duet 3D?

Duet 3D также предлагает значительный потенциал расширения с помощью надстроек.

Duet 3D быстро завоевал меня благодаря удобному веб-интерфейсу и удивительно тщательной технической поддержке от руководителей компании. Несмотря на то, что он был значительно дороже, чем стандартные платы RAMPS. Которые можно купить у многочисленных взаимозаменяемых и иногда сомнительных посредников.

Я мог бы задать теоретический вопрос на 3D-форуме Duet и получить очень хорошо информированный ответ или ответы в короткие сроки.

Пользуясь Duet 3D 9 месяцев или около того, я по-прежнему впечатлен им. Возможность смешивания цветов в Duet 3D, на мой взгляд, гораздо более надежна. С точки зрения того, как получить к ней доступ и управлять ею, чем в реализациях Repetier или Marlin.

Duet позволяет вам определить «инструмент». И этот инструмент может состоять из множества элементов. В моем случае экструдер для глиняного принтера представляет собой единый инструмент. Состоящий из двух компонентов — двигателя подачи и двигателя шнека.

Каждый из них может управляться в режиме реального времени. И контролироваться независимо. Так что, если вы чувствуете, что вам нужно немного больше подачи, вы можете переместить ползунок в веб-интерфейсе. И из канала поступит больше глины. Вы можете ускорить или замедлить шнек, используя аналогичный слайдер.

все фото с сайта: Джонатан Крепп

Все новости в наших группах: вконтакте, twitter, facebook