世界の粘土（セラミック）3Dプリントの現状を詳細に分析

著者: 黄子凡

長い間デスクトップ 3D プリンターで遊んでいた友人の多くは、退屈だと感じ、他の素材を印刷したいと思っています。食べるのが好きな人はキャンディーやチョコレートを印刷したいのですが、遊ぶのが好きな人は粘土を印刷したいと思っています。私は遊ぶのが好きなタイプです。
ジェリービーンズの印刷
チョコレートの印刷しかし、このペースト状の材料をどのように印刷できるのでしょうか?ペースト材料の印刷における真の先駆者はリチャード・ホーンでした。彼はペースト押出機の作り方を自身のホームページに記録しました。砂糖ペースト、チョコレート、コーンフラワー、粘土を使用して実験が行われました。

個人ホームページ粘土印刷
ダークチョコレートを印刷コーンミールを印刷
印刷Reprapクリスプ
リチャード・ホーンは偉大な探検家です。彼はまずレプラップ・メンデルで粘土印刷の実験を完成し、ペレット押し出し機や蠕動押し出し機も作りました。彼が作った粘土3Dプリント用押し出し機の原理はシリンジポンプです（プランジャーポンプではないので注意）。（シリンジポンプは、モーターの回転運動をモーターやさまざまな機構を介して直線運動に変換し、その直線運動を利用してシリンジを押し出します。一般的に使用されているのはスクリューナットです。リチャード・ホーンは同期ベルトを使用しています。）

同期ベルト注入ポンプ
2013年以降、一部の海外の愛好家や3Dプリントメーカーも、屈折ポンプ押出機をベースにした独自の粘土3Dプリンターを発売しました。
2014年には、イタリアのデザイナー兼エンジニアであるフランチェスコ・パチェッリ氏も、シリンジポンプを使って粘土を印刷する3Dプリンターを開発しました。
リードスクリューナットを使用したシリンジポンプ
粘土3Dプリンター
2015年2月には、3D PotterBotも粘土3Dプリンターを発売しました。マシン自体の形状は、プラットフォームがXY方向に移動し、押し出し機がZ方向に移動するというものです。同社は、そうすることで粘土押し出し機による印刷の精度が向上すると主張している。しかし、3D PotterBotがYouTubeに投稿した動画を見ると、この方法は精度が高いものの、重心が上がり、安定性が低下し、印刷速度が非常に遅いことがわかります。
DeltaBots マシンの価格は 2,950 ドルで、2,000 ml と 4,000 ml (67 オンスと 135 オンス) の 2 種類の容量が用意されています。
DeltaBots 粘土 3D プリンター
印刷
DeltaBots が設計した押出機も射出ポンプを使用していますが、リードスクリューナットや同期ベルトと同期ホイールの代わりに、スルータイプのステッピングモーターを直接使用しています。また、このように設計・製造されるのは注射器ではなくバレルピストンであり、ノズルは様々な直径のものが用意されています。
DeltaBotsが設計したさまざまな直径の押出機ノズル
シリンジポンプ押出機の概要

シリンジポンプ押出機はシンプルで製造が簡単で、成形効果も良好ですが、容量が小さすぎるという欠点があります。最大のシリンジでも200mlしかありません。また、大容量のシリンジを使用すると非常に重くなり、大きな慣性が発生し、装置の安定性が低下します。また、粘土を充填する際に粘土の中に空気が入ってしまうと、印刷中に材料が壊れてしまう可能性があります。

圧縮空気は粘土印刷にも使用されます。

ジョナサンのプリンターはデルタ 3D プリンターをベースに設計されており、すべての部品は DIY するか、インターネットで注文できます。この設計により、粘土を使用して層ごとに積み上げることができます。プリンターは、Johann Rocholl によって変更された Marlin ファームウェアを使用します。スライスソフトウェアスライスには Skeinforge と Slic3R を使用します。
粘土押し出し機は、接着剤業界から一部改造したものです。ジョナサンは、バレル、エフェクター、カバーなど、Decon Systems TS シリーズのディスペンシングガンの部品を使用しました。粘土は、約 30 psi (平方インチあたりの重量) または 2 bar の圧力で圧縮空気によってバレルから押し出されます。 (使用した接着剤ディスペンサーマシンのアクセサリは Taobao で購入できますが、この粘土 3D プリンターには、できれば電動で静かなエアコンプレッサーを購入する必要があります)。

ジョナサンの粘土プリンター
働く

押出機アクセサリ
2015年、ポーランドのTYTAN 3D社は、粘土を印刷するための押し出し機を備え、圧縮空気を使用して押し出し用のピストンを駆動する多機能3Dプリンターを発売しました。 TYTAN 3D の押出機はディスペンシングマシンを使用せず、代わりに圧力制御バルブとソレノイドバルブを使用します。圧力制御バルブは空気圧を制御し、ソレノイドバルブは空気の流れを制御します。

押出機
TYTAN 粘土 3D プリンター
国内外でも圧縮空気を使っている企業はたくさんあるので、一つ一つ説明はしません。詳しく知りたい方は、3Dプリントのウェブサイトに行ってみてください。圧縮空気の利点は、容量が大きく、モーター制御が不要であることです。ただし、空気圧縮機が必要になります。そして、そのプレッシャーをコントロールするのは難しいのです。粘土を詰めるときに気泡があると、ワイヤーが切れるだけでなく、高圧ガスによって元の部品も破壊されてしまいます。

もう一つの押し出し方法は、高圧ガスとスクリュー押し出しを組み合わせることです。これにより、気泡の発生を防ぎ、大型作品の印刷能力を制限しません。
reprap マガジンに粘土印刷に関する記録があります。高圧ガスとスクリュー押し出しを組み合わせて使用します。

粘土3Dプリンターが動作している写真スクリュー押出機の内部構造の写真（白い部分が印刷物です）押出機の全体像金属製のネジは高価すぎるため、海外の愛好家は基本的にプラスチック製のネジを使用していますが、ネジと粘土の摩擦により、すぐにネジが摩耗してしまいます。このソリューションは非常に優れているため、多くの海外メーカーが圧縮空気とスクリューをベースにした独自の押出機を発売しています。

LUTUM 3D粘土プリンター
LUTUM® 3D粘土印刷システムは2015年3月に発売され、価格は3950ユーロ（VAT、配送料、梱包料は除く。高価すぎて中国人には適していません）です。この価格には、LUTUM ミニ 3D プリンター、粘土タンク、コントロールボックス、圧力制御システムなどが含まれています。準備する必要があるのは、エアコンプレッサー、3D プリント用の粘土、焼成用の窯だけです。
押出機
印刷物理押し出し機の動作原理は、高圧ガスを使用してバレル内の粘土を高圧ガスを介して供給ポートに圧縮することです。減速ステッピングモーターはカップリングを介してスクリューに接続され、スクリューが回転して内部の粘土を絞り出します。

中国の主な粘土 3D プリント企業は、四川省成都と山東省淄博市にあります。
四川省成都では粘土を使った3Dプリントをしており、1枚20万人民元で販売している。
押し出し機は圧縮ガスを使用します。

山東省淄博市でもやっている人がいます。機械は見たことがありませんが、サンプル写真を見つけましたが、艶出しのレベルがあまりにも悪いと感じました。

私たちの研究グループ（2人だけですが）は、この間暇なときに少し仕事をしました。他には何も言いませんので、写真だけ見てください。

印刷プロセスのビデオセラミック3Dプリントに興味がある場合は、Xiong Da WeChat / QQを追加してください：392908259

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