3D печать на сетчатой ткани

Пролог

Всем привет! Я занимаюсь разработкой «умных пайеток» - электромеханических цветовоспроизводящих устройств для дизайнерской одежды. Наша команда увлечена идеей создания одежды и аксессуаров, которые могут менять свой цвет по желанию хозяина или в зависимости от условий окружающей среды.

В статье хочу рассказать о том, как мы использовали 3D печать в работе над проектом, поделиться опытом и инструментами.

3D печать на ткани

Одна из задач, которую мне пришлось решить – придумать как сделать из пластиковых пайеток эластичное полотно, которое по своим свойствам будет напоминать текстильные материалы. При этом, необходимо предусмотреть возможность легко создавать электрические соединения между пайетками.

Есть довольно много статей и материалов, посвящённых изготовлению одежды на 3D принтере. Придумано уже множество различных способов от создания шарниров прямо в процессе печати до печати эластичными пластиками.

В процессе поиска решения мне попалось вот это видео. Из него я впервые узнал про способ печати на сетчатой ткани с использованием обычного FDM 3D принтера.

Сам же автор утверждает, что подсмотрел идею вот здесь: Shorey Designs.

Сущность метода очень проста. Мы создаём 3Д модель фрагмента будущего полотна, затем располагаем множество фрагментов так, чтобы получилось целое полотно. Запускаем слайсер и подготавливаем G-код. Перед тем как отправить его на принтер, нужно вставить паузу и поднять экструдер перед печатью определённого слоя. В процессе работы принтер остановится. В этот момент мы накрываем напечатанные слои сетчатой тканью. Продолжаем печатать. Благодаря наличию крупных отверстий в ткани, слои пластика будут сцепляться друг с другом, как при обычной печати, а сетчатая ткань будет прочно интегрирована внутрь деталей.

Модифицируем G-код

В качестве слайсера я использую программу Cura версии 3.2.1. 3D принтер – самодельный H-bot под управлением платы на базе ATmega2560 (RAMPS 1.4) с прошивкой Marlin.

Для того чтобы поставить принтер на паузу, существует команда M25. Команда для подъёма по Z на 20мм: G0 Z20. Примечательно, что M25 должно идти перед подъёмом, иначе сначала происходит отработка следующей команды. Почему так происходит для меня загадка, видимо как-то связано с обработкой команд принтером.

Добавляем команды в G-код:

Автоматизация операции

Вручную искать необходимую строку в файле G-кода и вставлять команды – не самое современное решение, подумал я и написал простенькую программу, которая позволяет открывать и просматривать траектории. 

Для удобства просмотра слоёв предусмотрена команда «разнести», которая позволяет визуально увеличить расстояние между слоями модели. После нажатия кнопки «вставить паузу», между отмеченным слоем (красный) и предыдущим увеличивается расстояние. Значит печать прервётся именно между этими слоями. 

Чтобы понять, где заканчивается один слой и начинается следующий, я использовал комментарии, которыми Cura любезно снабжает свои выходные файлы. Ключевое слово «;LAYER:Х» позволяет безошибочно находить граница слоёв в текстовом файле.

Нажатие на кнопку «записать файл» позволяет сохранить модифицированный G-код в указанном месте.

Сохраняем файл на SD карту и несём к принтеру.

Забавно, что лишь при подготовке этой статьи, я наткнулся на видео, в котором рассказывают каким образом можно при помощи стандартных средств Cura сделать тоже самое… Но процесс уже запущен, тормозить поздно! Вот здесь, начиная с 7:30 подробно описано как это сделать.Что же… поспешишь – научишься парсить G-код!

Пробуем печатать

Формирование первых слоёв. Печатаем на стекле. Стол с подогревом. Температура стола 60⁰С, температура печати 220⁰С. Материал печати - PLA пластик. Высота слоя 0,2мм.

Во время паузы подкладываем ткань и фиксируем магнитами. Поскольку столик алюминиевый (парамагнетик), то магнитики ставим с верхней и с нижней стороны стола. Фиксация производится в 4-х местах, в уголках детали. Этого вполне достаточно. Главное – не располагать их слишком близко к области печати, иначе магниты налипают на печатающую головку.

Спустя 40 минут получается вот такая структура. Толщина каждого 6 угольного элемента 1мм. Зазор между элементами 2мм.

В этом эксперименте в качестве ткани – подложки использовался фатин. Он представляет собой лёгкую сетчатую ткань средней жёсткости, сплетённую из нитей полиэстера.

Также были проведены эксперименты с печатью на москитной сетке. В хозяйственном магазине их нашлось два вида: тканевая и фиберглассовая. Тканевая сетка мягче фатина, но обладает большей механической прочностью на разрыв, а также меньшей эластичностью. Фиберглассовая сетка жёстче фатина, её механическая прочность наибольшая из всех участников эксперимента.

Печать шестиугольных пайеток на фиберглассовой москитной сетке. Зазор между элементами 1мм. Матрица очень жёсткая. Зазора явно недостаточно.

Печать круглых пайеток на фиберглассовой москитной сетке. Зазор между окружностями 2мм. Обладает большой гибкостью, но остаётся слишком много незаполненного пространства между пайетками.

После нескольких пробных печатей, выбор был сделан в пользу тканевой сетки. Она и легла в основу матрицы умных пайеток. Получившаяся матрица может изгибаться во все стороны.

В видеоролике демонстрация работы программы, процесса печати и конечного результата.

Заключение

Метод печати на сетчатой ткани показал себя очень хорошо. Это идеальное решение для нашей задачи, потому что тканевая подложка позволяет вплетать в неё токопроводящие нити, которые используются для обеспечения электрической связи между отдельными пайетками матрицы. Причём формирование «рисунка» проводников может производиться на подготовительном этапе. А сама 3D печать уже позже.

Прочность получающейся структуры зависит, в основном, от прочности материала подложки. А вот гибкость будет зависеть ещё и от расстояния между пайетками, а также их формы.

Разработанная программа ещё требует доработки. Например, можно довить ретракт перед подъёмом, позволить пользователю регулировать высоту подъёма экструдера.

Ссылка на исходник программы для среды processing.

А также ссылку на релиз с .exe файлом программы.

Кстати, совсем недавно мы запустили наши «умные пайетки» на краундфайдинговой платформе. Для желающих ближе познакомиться с нашей работой оставлю ссылку.