深度解析全球粘土（陶瓷）3D打印現(xiàn)狀

作者：黃子帆

當(dāng)很多小伙伴玩桌面3D打印機(jī)玩久了以后，就感覺(jué)沒(méi)什么意思，就想能夠打印其他的材料多好啊，有的人比較喜歡吃，就想打印糖或者巧克力，喜歡玩的就想打印陶泥。我就是屬于喜歡玩的。

  

                                         打印軟糖                                       

打印巧克力

但是該怎樣才能打印出這種膏狀類(lèi)的材料呢？真正在打印膏狀材料的開(kāi)拓者是Richard Horne。他在他的個(gè)人主頁(yè)中記載了怎樣制作膏狀擠出機(jī)。分別是用來(lái)糖糊、巧克力、玉米面粉、陶泥進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。

個(gè)人主頁(yè)

打印陶泥                              

打印黑巧克力

  

打印玉米面糊                     

打印reprap酥

Richard Horne是一名偉大的探索者，他首先在reprap mendel完成了粘土打印的實(shí)驗(yàn)，也做了顆粒擠出機(jī)和蠕動(dòng)式擠出機(jī)等。他做的粘土3D打印擠出機(jī)原理是注射泵（注意不是柱塞泵），（注射泵是通過(guò)電機(jī)和各種機(jī)構(gòu)將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，利用直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)來(lái)推動(dòng)注射器，常用的是絲桿螺母，Richard Horne使用的是同步帶）

  

同步帶注射泵                                    

絲桿螺母注射泵

在2013年以后國(guó)外的一些愛(ài)好者和3D打印廠(chǎng)商也在折射泵擠出機(jī)的基礎(chǔ)上推出了自己的粘土3D打印機(jī)。
在2014年意大利設(shè)計(jì)師和工程師Francesco Pacelli，利用注射泵也制造出了打印粘土的3D打印機(jī)

  

                               利用絲杠螺母的注射泵                             

粘土3D打印機(jī)

2015年2月3D PotterBot也推出了粘土3D打印機(jī)，機(jī)器本身的形狀是平臺(tái)做XY的平動(dòng)，擠出機(jī)Z向運(yùn)動(dòng)。該公司聲稱(chēng)，這樣做粘土擠出機(jī)可以使打印更加精確。但是如果你看到3D PotterBot在YouTube上發(fā)的視頻，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣做精度雖然高了但是會(huì)導(dǎo)致重心位置升高，穩(wěn)定性降低，而且打印的速度非常慢。
DeltaBots的機(jī)器需要2950 $，他們提供兩種不同的容量，2000毫升和4000毫升（67盎司和135盎司）

DeltaBots 粘土3D打印機(jī)               

正在打印

DeltaBots公司設(shè)計(jì)的擠出機(jī)，也是采用注射泵，但是直接采用的是貫通式步進(jìn)電機(jī)沒(méi)有采用絲桿螺母或者是同步帶同步輪。而且不是采用注射器而式這幾設(shè)計(jì)制造的料筒活塞，噴嘴還有各種不同直徑的。

DeltaBots公司設(shè)計(jì)的擠出機(jī)

不同直徑的噴嘴

注射泵擠出機(jī)總結(jié)

注射泵擠出機(jī)簡(jiǎn)單，制作方便，成型效果好，但是缺陷就是容量太小，最大的注射器只有200ml,而且使用大容量的注射器，質(zhì)量很重，會(huì)導(dǎo)致慣性很大使設(shè)備的穩(wěn)定性降低。而且在裝填粘土的時(shí)候，如果黏土中出現(xiàn)空氣，在打印時(shí)會(huì)發(fā)生斷料的情況。

還有采用壓縮空氣，來(lái)進(jìn)行粘土打印

Jonathan的打印機(jī)是在delta 3D打印機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，而且所有部件都可以自己DIY，或者在互聯(lián)網(wǎng)上訂購(gòu)，這種設(shè)計(jì)便于使用粘土進(jìn)行逐層堆積。打印機(jī)使用Johann Rocholl修改過(guò)的Marlin固件。切片軟件他使用Skeinforge和Slic3R切片。
粘土擠出機(jī)部分改裝自膠粘劑行業(yè)：Jonathan使用了迪康系統(tǒng)TS系列點(diǎn)膠槍的部件，使用了其料筒、效應(yīng)器和上蓋，粘土被壓縮空氣擠出料筒，壓強(qiáng)大約為30 psi（磅/平方英寸）或2bar。(使用的是點(diǎn)膠機(jī)配件在某寶可以購(gòu)買(mǎi)，但是這臺(tái)粘土3D打印機(jī)需要買(mǎi)一臺(tái)空氣壓縮機(jī)最好是電動(dòng)的而且靜音)。

  

                           Jonathan設(shè)計(jì)的粘土打印機(jī)                              

正在工作

擠出機(jī)配件

2015年波蘭公司TYTAN 3D 推出了多功能的3D打印機(jī)，其中既包括打印粘土的擠出機(jī)，也是采用壓縮空氣，推動(dòng)活塞擠出。TYTAN 3D的擠出機(jī)使用的不是點(diǎn)膠機(jī)，而是采用壓力控制閥和電磁閥。壓力控制閥控制氣壓，電磁閥控制氣流通斷。

  

                                     擠出機(jī)                                            

TYTAN粘土3D打印機(jī)               

國(guó)內(nèi)外還有很多公司也是用壓縮空氣，就不一一說(shuō)明了，需要了解可以去3D print網(wǎng)站了解。壓縮空氣的好處就是容量很大，不需要電機(jī)控制，但是需要空氣壓縮機(jī)。而且壓力不好把握。如果在他裝填粘土的時(shí)候，混有氣泡，不止會(huì)發(fā)生斷絲的情況，高壓氣體會(huì)將原有的部分破壞。

另外一種擠出方式就是高壓氣體與螺桿擠出相結(jié)合。這樣既不會(huì)產(chǎn)生氣泡，也不會(huì)受到容量的限制不能打印大尺寸的作品。
在reprap的雜志上，有關(guān)粘土打印的記載。是采用高壓氣體與螺桿擠出相結(jié)合。

粘土3D打印機(jī)正在工作的的圖

作品圖

螺桿擠出內(nèi)部結(jié)構(gòu)（白色部分為打印件）

擠出機(jī)整體圖

由于金屬螺桿太貴，國(guó)外愛(ài)好者基本上采用塑料螺桿，但是由于螺桿與粘土摩擦，用不了多久，就會(huì)將螺桿磨損。由于這個(gè)方案非常好國(guó)外許多廠(chǎng)商都基于壓縮空氣和螺桿的基礎(chǔ)上推出了自己的擠出機(jī)。

LUTUM 3D粘土打印機(jī)
2015年3月份推出LUTUM® 3D粘土打印系統(tǒng)，它的售價(jià)為3950歐元（不含增值稅、運(yùn)輸和包裝費(fèi)，太貴了，不適合中國(guó)人）。這個(gè)價(jià)格包括一臺(tái)LUTUM迷你3D打印機(jī)，一個(gè)粘土罐、一個(gè)控制箱，一個(gè)壓力控制系統(tǒng)等。需要自己準(zhǔn)備的是一臺(tái)空氣壓縮機(jī)，一些粘土用于3D打印，以及一個(gè)窯爐用于燒制。

  

                                            擠出機(jī)                                            

打印實(shí)物

擠出機(jī)工作原理就是使用高壓氣體將料筒內(nèi)的粘土通過(guò)高壓氣體壓縮到進(jìn)料口，減速步進(jìn)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與螺桿相連，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)將內(nèi)部的粘土擠出。

中國(guó)國(guó)內(nèi)做粘土3D打印的主要有四川成都的和山東淄博的。
四川成都有人做粘土的3D打印，要價(jià)RMB 200,000。

擠出機(jī)采用壓縮氣體的方式。

山東淄博也有人做，機(jī)器沒(méi)見(jiàn)著，找了一個(gè)樣品圖，感覺(jué)上釉的水平太挫了。

我們課題組（雖然就倆人）上次閑著沒(méi)事也做了做，其他的都不說(shuō)了看圖吧

打印過(guò)程視頻

對(duì)陶瓷3D打印感興趣，請(qǐng)加熊大微信/qq：392908259

我想学习陶瓷打印

歡迎來(lái)湖南醴陵陶瓷3D打印研究所參觀指導(dǎo)，本所致力陶瓷3打印，在SLS陶瓷粉末打印、FDM泥料打印都已成功。

meilinghn 發(fā)表于 2016-4-6 23:22
歡迎來(lái)湖南醴陵陶瓷3D打印研究所參觀指導(dǎo)，本所致力陶瓷3打印，在SLS陶瓷粉末打印、FDM泥料打印都已成功。

你好，我是做食品3D打印的能加我的微信119270381一起交流一下吗？

meilinghn 發(fā)表于 2016-4-6 23:22
歡迎來(lái)湖南醴陵陶瓷3D打印研究所參觀指導(dǎo)，本所致力陶瓷3打印，在SLS陶瓷粉末打印、FDM泥料打印都已成功。

發(fā)點(diǎn)作品上來(lái)看看