Chociaż teraz jest już powszednią techniką, możliwość dwukolorowego druku 3D swego czasu była prawdziwym fenomenem. Pomysłów, jak wprowadzić taką możliwość w życie od strony technicznej było dużo: jedna głowica z dwiema dyszami, dwie głowice po jednej dyszy, jedna głowica z jedną dyszą, ale możliwością wysuwania jednego i wsuwania drugiego filamentu. A jakimi cechami i ograniczeniami charakteryzuje się dwukolorowy druk 3D omówimy w tym artykule.
Zastosowanie druku dwukolorowego
Najbardziej oczywistym zastosowaniem jest po prostu druk elementu jednym rodzajem materiału, ale w kilku kolorach. Jest to wygodne przy druku elementów dekoracyjnych czy gadżetów promocyjnych, bo otrzymujemy gotowy produkt, którego nie musimy sklejać z fragmentów w różnych kolorach wydrukowanych na różnych drukarkach albo malować.
Oprócz tego jednak można wydrukować dany element z dwóch różnych materiałów, które charakteryzują się różnymi właściwościami. Przemawiającym do wyobraźni przykładem jest druk materiałem rozpuszczalnym w wodzie (np. PVA), którym drukujemy np. jedynie podpory, które po skończonym druku rozpuszczamy.
fot.: Przykład realizacji wyjątkowego prezentu.
Jak działa dwukolorowy druk 3D?
W zależności od konstrukcji drukarki, wyróżniamy kilka wariantów:
1. Drukarki z dwiema dyszami (dual extruder 3D printers)
-
- Drukarka ma dwie dysze, między którymi przełącza się w trakcie druku. Podają one różne filamenty, dzięki czemu materiał nie miesza się w jednej dyszy i po każdej zmianie część filamentu nie musi być zużywana na czyszczenie. Głowica jednak jest cięższa, bo ma dwie dysze, a więc jest też wolniejsza.
2. Drukarki z jedną dyszą i systemem mieszania lub podawania wielu filamentów
-
- W tym przypadku dwa (lub więcej) rodzaje filamentów trafiają do jednej dyszy, która domieszkuje procentowo podawanie w danym momencie danego filamentu. Może więc podawać tylko jeden filament, albo dwa na raz, dając mieszany efekt kolorystyczny (np. Cetus 2).(https://www.reddit.com/r/3Dprinting/comments/hr50ie/can_a_printer_mix_different_colors_to_create_a/?tl=pl)
3. Technologie z zewnętrznym podajnikiem (np. Palette, AMS w Bambu Lab)
-
- W przypadku AMS drukarka ma możliwość podawania na zmianę do czterech filamentów. Wiąże się to z cofnięciem (retrakcją) aktualnego filamentu, żeby zrobić w dyszy miejsce na nowy, a następnie oczyszczeniem dyszy z resztek poprzedniego filamentu, żeby nie zabrudzić nowej warstwy. Zabiera to sporo czasu podczas druku oraz generuje dużo odpadów.
- W przypadku Palette wprowadzanych jest kilka filamentów, które są cięte i łączone ze sobą w jedną nić. Zaletą jest to, że głowica nie musi na zmianę podawać filamentu, cofać go i czyścić głowicy, co oszczędza czas oraz filament (mniej odpadów spowodowanych czyszczenia dyszy), jednak samo przygotowanie jednej kolorowej nici oraz zoptymalizowanie procesu stapiania ze sobą pociętych fragmentów jest czasochłonne.
fot.: Przykładowy model, gdzie kolor materiału zmienia się tylko raz (przejście z warstwy czarnej na złotą).
Dlaczego druk dwukolorowy trwa dłużej? na przykładzie AMS
1.Czyszczenie dyszy
-
- Przy każdej zmianie koloru drukarka musi usunąć resztki poprzedniego filamentu z dyszy. Robi to wyciskając filament do bocznego pojemnika – najpierw obecny jest kolor poprzedniego filamentu, który po chwili kończy się, a w jego miejsce podawany jest nowy kolor. Procedura ta zabiera sporo czasu.
2. Cofanie i podawanie koloru
-
- Oprócz oczyszczenia dyszy, czas zajmuje też cofnięcie filamentu i podanie nowego.
3. Dodatkowe ruchy jałowe
-
- Przemieszczanie głowicy między drukowanym elementem a bocznym pojemnikiem to dodatkowy ruch, który nie występuje podczas druku w jednym kolorze. Wyhamowanie drukarki i jej powrót do drukowania również zabierają czas.
fot.: K2 Plus Combo w trakcie pracy z widoczną wieżą do czyszczenia dyszy.
Producenci pracują cały czas nad skróceniem tych dodatkowych czasów. Przykładem może być drukarka H2C wyposażona w magazynek wymiennych dysz (z przypisanymi do nich filamentami).
Jeszcze skuteczniejsza jest Prusa XXL, która ma wymienne głowice i nie potrzebuje dodatkowo AMS.
Wyzwania:
- Odpady materiałowe: przy częstych zmianach kolorów marnuje się dużo filamentu na wieżę czyszczącą lub w formie zwiniętych kupek filamentu w bocznym pojemniku.
- Stabilność temperatury: różne materiały mogą wymagać różnych temperatur, co należy uwzględnić przy projekcie.
- Adhezja między filamentami: nie wszystkie tworzywa dobrze się ze sobą łączą, więc warto zwrócić uwagę, czy nasz gotowy produkt będzie miał wymaganą trwałość.
fot.: Breloki promocyjne wykonane przy użyciu metody dwukolorowego druku 3D.
Wskazówki:
Druk dwukolorowy jest szczególnie opłacalny, gdy możemy zminimalizować ilość zmian kolorów. Jak to zrobić? Na przykładzie breloków – wprowadzić kolory warstwowo. Niech każda warstwa ma tylko jeden kolor.
Jeśli wprowadzamy nowy materiał wraz ze zmianą kształtu (np. na płaskim, białym prostokącie chcemy wydrukować czarne napisy), to niech jeszcze pierwsza jedna lub dwie warstwy napisów będą wydrukowane starym materiałem – dzięki temu minimalizujemy ryzyko rozłączenia się tych dwóch warstw na skutek różnic w stosowanych materiałach.
A czasem, aby uzyskać efekt dwukolorowy, bardziej opłaca się podzielić model na części i wydrukować je osobno, a następnie skleić. Również na etapie projektowym można podzielić model tak, by wydrukowane osobno fragmenty pasowały do siebie nawet bez sklejania. Może się to okazać szybszym i bardziej ekonomicznym rozwiązaniem.
fot.: Dwa pierwsze zdjęcia przedstawiają elementy, które zostały złożone z fragentów drukowanych oddzielnie w różnych kolorach. Element na zdjęciu trzecim składa się z czarnego elementu i doklejonych do niego pomalowanych ręcznie elementów (drukowane były z białego materiału).
Słowniczek pojęć
- Purge tower (wieża czyszcząca): dodatkowy blok (wieża) obok modelu, na którym drukarka kładzie pierwszych kilka warstw tuż po zmianie filamentu, aby pozbyć się reszte poprzedniego materiału.
- Dual extruder: drukarka z dwiema niezależnymi dyszami, pozwalająca drukować dwoma kolorami jednocześnie.
- Multi-material system (AMS, Palette): urządzenie zewnętrzne umożliwiające automatyczne podawanie wielu filamentów do dyszy.
