Готовим гипсовые молды для литья керамики в 3d
Мы с женой много занимаемся творчеством, она много занимается изготовлением изделий из керамики, а я часто помогаю ей по технической части. Сегодня расскажу, как я делаю гипсовые молды для литья керамики по трёхмерным моделям с помощью Blender и фотополимерного 3d-принтера.
(в конце есть фото — пример изделия, отлитого по молду, сделанному по такой технологии)
Для начала, конечно нужно иметь саму модель. Её можно создать самому, что по сути отдельная обширная тема, или скачать в интернете.
Например, мы хотим сделать вот такого гуся, как на картинке ниже.
Нам понадобится: базовое умение работать с 3d-редакторами, 3d-принтер, гипс, литьевой силикон.
Для моделирования и подготовки молдов мы используем Blender: он есть на Mac OS и бесплатный. В последних версиях сильно подтянули качество интерфейса и он стал гораздо дружелюбнее, чем лет десять назад.
Для начала давайте определимся с некоторой терминологией и общим планом действий, чтобы потом не отвлекаться на объяснения по ходу текста:
Молд — форма для литья, в данном случае для отливки из литьевого фарфора/керамики.
Литник — отверстие в молде, через которое заливается литьевая масса.
Многосоставный/трёхсоставный/двусоставный молд — молд, состоящий из определённого количества частей, которые скрепляются резинками при литье.
Мы возьмём 3d-модель, определим и создадим секущие плоскости, которые будем использовать для нарезки молда, создадим базовую форму молда — в нашем случае это будет параллелепипед, затем нарежем её на части с помощью модификатора Boolean и им же вырежем модель из этих частей молда.
Первым делом необходимо определиться, из скольки частей будет состоять молд и где должны проходить границы, по которым молд должен разделяться. Это зависит от сложности самой модели, так как каждая часть молда должна легко сниматься с отлитого изделия, не повреждая его. Для простых моделей часто может быть нужно всего две части (левая и правая), как на картинке ниже.
В случае с этим гусём не обойтись без хотя бы трёхсоставного молда: между его лапами есть поднутрение, которое помешает разъёму молда в стороны. Можно было бы разделить гуся в другой плоскости: вперёд и назад, но этому мешает голова, повёрнутая в сторону.
Итак, чтобы определиться с формой и количеством составов молда, намечаем примерные границы карандашиком на модели. Также на этом этапе нужно будет продумать, в каком месте на модели будет находиться отверстие для литника. Литник — это та часть молда, через которую в него заливается жидкая масса. В случае с декоративными фигурками проще всего размещать его на дне.
После этого нужно сделать секущие плоскости, которые мы будем использовать для того, чтобы создать сам молд. Затем из каждой плоскости делаем объект, ограниченный со стороны молда этой плоскостью, а с остальных сторон форма объекта не имеет значения, но должна быть больше предполагаемого молда: она будет использоваться для нарезки частей молда из базовой формы с помощью Boolean.
Здесь мы видим две секущих плоскости: вертикальная, которая будет разделять заднюю часть модели на две и передняя, которая будет отделять его грудку и лапы. При построении плоскостей нужно учитывать несколько факторов:
- Модель в границах одной плоскости (в нашем случае слева, справа и спереди) должна хотя бы примерно выглядеть так, что если эта модель будет из мягкой глины, а пространство перед ней будет частью молда, то эта часть легко снимется (то есть там не должно быть поднутрений, очень тонких и хрупких частей и т. д.). Иными словами, при движении молда и модели в разных направлениях, они не должны пересекаться.
- Сама секущая плоскость должна в местах пересечения с моделью быть максимально перпендикулярна поверхности модели. Это в дальнейшем гарантирует, что полученная часть молда не будет иметь тонких и хрупких краёв, которые потом отломятся.
- Нужно учитывать форму и расположение литника, т. к. если он находится рядом с секущей плоскостью, может получиться тонкая и хрупкая стенка.
Для того, чтобы проверить раъёмность молда (пункт 1), я также приспособил Blender. Нужно создать материал, который будет раскрашивать модель так, чтобы все части, которые спокойно достаются в определённую сторону, были раскрашены одним цветов, а остальные — другим. Для этого переходим на вкладку Shading и собираем такую штуку:
Материал берёт нормаль поверхности, отделяет от неё значение Y, затем красит в чёрный цвет всё, что будет больше нуля (проще говоря, все полигоны, "смотрящие" хоть чуть-чуть в направлении оси Y, будут чёрными). Всё остальное окрашивается в белый. Затем это немножко смешивается со стандартным шейдером, чтобы был свет и тени для удобства редактирования модели (если вы решите её чуть исправить на данном этапе).
Выглядит это так:
Можно увидеть, что некоторые части рельефа на крыльях неразъёмны. Можно исправить это или, в случае небольших неровностей, понадеяться, что усадки литьевого материала будет достаточно, чтобы это скомпенсировать.
Видно, что голова точно не разнимется вперёд, но это нормально: мы уже планируем изгибать секущую плоскость вдоль головы. Чтобы посмотреть разъёмность в других направлениях, нужно задать угол к оси Y в поле Angle ноды Vector Rotate в созданном материале.
Продолжим же с созданием молда. Так выглядит объект, который возле модели ограничен секущей плоскостью, а затем просто расширяется во все стороны. Что-то такое нужно сделать для каждой части молда.
Затем нужно создать базовую форму молда (обычно это параллелепипед), которая будет содержать в своём центре модель, продублировать эту базовую форму по количеству составов молда и, наконец, начать нарезать молд.
При создании базовой формы нужно учесть, что у будущего гипсового молда должна быть достаточная толщина стенок во всех местах, чтобы он мог впитывать достаточно влаги из литьевого материала.
Нарезка делается с помощью модификатора Boolean (в других 3д-пакетах он называется обычно так же). Этот модификатор позволяет производить "арифметические" действия над моделями. В нашем случае нужно оставить от базовой формы только её пересечение с секущим объектом (полученным путём расширения секущей плоскости), а затем вычесть из него саму модель (гуся).
В стеке модификаторов это будет выглядеть так:
Кроме прочего, надо не забыть про ещё две вещи: замки и литник.
Без литника в молд не получится ничего залить, а без замков молд будет разъезжатся. Поэтому при необходимости берём сферы, плющим их немного, размещаем ровно по секущим плоскостям, после чего к одной стороне молда приклеиваем их Boolean'ом, а из другой стороны вырезаем такую же сферу но чуууть-чуть больше размером. После вырезания и склеивания всего-всего получается такая штука:
Повторяем операцию с остальными частями молда и отправляемся печатать это на принтере. Мы печатаем наши модели на SLA (фотополимерном) принтере, но для крупных изделий кто-то использует и FDM. Но, в случае с FDM, после печати модель нужно будет обработать (закшкурить, возможно, зашпатлевать). Для высокодетализированных объектов лучше подходит SLA.
Здесь маленькая ремарка: конечно, для экономии материала можно сделать молд полым, но это приводит к изменению его геометрии при охлаждении/усадке, из-за чего готовый молд не будет сходиться.
Итак, печатаем наш молд (а строго говоря, пока лишь его прототип), обрабатываем его при необходимости, после чего ищем или делаем опалубку для заливки силикона. Для маленьких штук хорошо подходят коробки от старых смартфонов. Берём наши напечатанные молды и приклеиваем их на дно коробочки, после чего заливаем их силиконом. После застывания и извлечения силикона получается такая вещь:
(серые пятна — остатки бумаги со дна коробки, которые решили остаться внутри силикона)
Это называется кап. Ну или каппа, кто как их называет. По сути, это молд для отливки молда. Сюда нужно залить гипс, чтобы получился правильный, гипсовый молд. Почему нельзя использовать просто пластиковый молд, напечатанный на принтере? Потому что для литья керамики нужен молд, который будет хорошо впитывать воду, иначе керамика или фарфор не схватятся. У каппы есть ещё один плюс — с одной каппы можно снять большое число молдов, прежче чем она износится, но её износ будет гораздо медленнее износа гипсового молда. Это позволяет сделав каппу единожды, наделать много крутых одинаковых штук!
Итак, льём гипс. Разводим для этого раствор средней прочности. Слабый будет крошиться, а слишком твёрдый будет плохо впитывать воду.
(на фото коробка слегка сжата струбциной, но это оказалось ненужным. Я переживал, что каппа расползётся под своим весом, но и без опалубки всё было хорошо)
И через часик или два уже можно достать готовый молд:
Я, будучи на середине написания текста, захотел добавить в начало поста картинку для привлечения внимания, своего рода превьюшку, но тут пока что нельзя двигать блоки в редакторе постов. Так что вот, бонус в конце: уточка! Маленькая милая уточка, так как проект, где нужен данный гусь, ещё в работе.
