Использование HIPS филамента для создания сложных форм

Одна из самых заманчивых перспектив, которые обещала 3D-печать, — создавать такие формы и объекты, которые было бы сложно или невозможно получить иными способами. Однако недавно я выяснил, что на форму создаваемых посредством 3D-печати объектов налагаются определенные ограничения. В основном они связаны с тем, что каждый следующий слой должен на чем-то держаться, в идеале – на предыдущем слое. Например, вы не можете распечатать стоячую букву Т, потому что, если принтер начнет снизу, перекладине наверху будет просто не на что опереться, пластик стечет на подложку, и получится незнамо что.

Поддерживая сложную 3D-печать

Обойти это можно, если использовать так называемые поддержки, которые не являются частью оригинальной 3D-модели. Они могут вставляться слайсером, программой, преобразующей 3D-модель в набор инструкций, согласно которым 3D-принтер перемещает свои узлы и механизмы, чтобы получить в итоге 3D-объект. Такие поддержки удобны, но вместе с тем они доставляют дополнительные хлопоты, потому что из готового изделия их нужно извлечь, все зачистить и т.п.

Когда я только начинал заниматься 3D-печатью, в своих моделях вообще не использовал поддержек. Это потому, что слайсер, в котором я работал, был исключительно неинтуитивен, и мне так и не удалось выяснить, как включается эта функция. Мне стало даже интересно, что удастся получить из свисающих, нелинейных форм, которые можно благополучно распечатывать без всяких подпорок. Экспериментируя с разными формами с учетом ограничений материалов и технологии я воображал себя средневековым строителем. Неудивительно, что немалая часть из удавшихся объектов имела готический вид, как вот этот:

Объект в виде короны в готическом стиле, распечатанный без поддержек

В конце концов я перешел на более продвинутый слайсер, где уже смог использовать поддержки, что позволяло создавать гораздо более разнообразные формы. Однако я все равно продолжал наталкиваться на некоторые ограничения, даже при использовании поддержек в своих 3D-моделях. Из объектов со сложной или деликатной внутренней геометрией было практически невозможно вручную извлечь поддерживающие структуры, и все кончалось либо поломкой, либо очень неаккуратным результатом.

Растворимые материалы: PVA и HIPS

К счастью, для подобных случаев существует более совершенное решение: поддержки из растворимых материалов. Например, поливиниловый спирт (PVA) легко растворяется даже в холодной воде. Но мой Makerbot Replicator 2X несколько привередлив в отношении пластика. PVA плохо липнет к платформе и плохо липнет к ABS. Постоянно норовит отвалиться, поэтому мне пришлось искать какой-нибудь другой материал. Им оказался высокопрочный полистирол (HIPS), который по своим характеристикам очень напоминает обычный ABS (под который Rep 2X «оптимизирован»). HIPS растворяется лимоненом, веществом на цитрусовой основе. Сложные объекты можно печатать стандартным ABS или PLA, а HIPS использовать в качестве материала для поддержек. Конечный продукт погружается в ванну с лимоненом, где HIPS растворяется за несколько часов. Кроме того, HIPS имеет близкую рабочую температуру, хорошо клеится к ABS и платформе. Расход лимонена нужен маленький, так как большая часть поддержки обычно удаляется руками. Лимоненная ванна – слегка более сложная процедура, чем если бы это была обычная вода, но у нее есть свой плюс: после купания деталь пахнет лимоном!

По сути, отдельный материал для поддержки интересен только если много печатать и есть двойной экструдер, во многих случаях можно просто обработать деталь после печати.

Недавно я подверг технологию применения растворимого HIPS стресс-тесту – строительная компания попросила сделать им модель сложной арматурной конструкции, чтобы показать ее заказчику. Предложенная конструкция действительно была очень сложной, с большим количеством структурных элементов и довольно запутанной внутренней геометрией. Здесь было совершенно нечего делать с классическими ABS-поддержками, потому что извлекать их вручную было бы невероятно кропотливой и трудной задачей.

Так я испытал HIPS с лимоненом. Мне пришлось сделать девять попыток, пока не распечаталась требуемая конфигурация. В том, что вышло из принтера, конструкция из ABS была практически неразличима, она была словно в коконе из HIPS. На печать ушло 14 часов и почти столько же на ванну из лимонена, чтобы растворить HIPS, что не удивительно, ведь HIPS составлял около 60% первоначального объекта. Конечный результат выглядит хорошо, конструкторы остались довольны.

Арматурная модель сложной структуры.
Слева – кокон растворимого филамента, справа — конечный продукт

Даже при такой относительно простой технологии 3D-печати, как FDM, можно создавать очень сложные формы, используя различные материалы с различными свойствами, такие как растворимые PVA и HIPS. Постепенно появляется все больше FDM-совместимых материалов, в результате чего 3D-печать, которая и сама по себе является инновационной технологией, становится все более гибкой по возможностям и разнообразной.