Czy da się wydrukować … zakrętkę do butelki?

Kilka dni temu moja znajoma spytała mnie, czy byłbym w stanie wydrukować zakrętkę do butelki na wodę. Sam pomysł drukowania czegoś, co można kupić w sklepie za gorsze wydawał się nieco dziwny – jednak chodziło o dość nietypową butelkę kupioną gdzieś za granicą. W odróżnieniu od najczęściej stosowanych tego typu pojemników, które po opróżnieniu zwykle nadają się do wyrzucenia, ta butelka była wykonana z grubego plastiku i była wyposażona w wygodne, duże zamknięcie:

Niestety – jak widać na zdjęciu, oryginalna nakrętka okazała się niewystarczająco trwała i przy którymś mocniejszym dokręceniu jej środek oderwał się od całości:

W ramach wykonania nowej nakrętki w grę wchodziły 2 rozwiązania: wydrukowanie w całości kompletnego zamknięcia, albo wykonanie szerokiej obudowy nałożonej na zwykłą małą nakrętkę od innego napoju. Będąc ciekawym czy wydruk z PLA będzie trzymać odpowiednią szczelność, na początek spróbowałem pierwszej opcji.

W programie Cubify Design narysowałem odpowiedni przedmiot (w postaci zredukowanej do minimum, tak żeby przy pierwszych próbach ograniczyć zużycie filamentu). Samo zaprojektowanie gwintu przy korzystaniu z odpowiednich narzędzi jest dosyć proste. Na początek utworzyłem wycięty w środku walec, i tuż nad nim, na pionowej płaszczyźnie narysowałem niewielki trapez (widoczny na niebiesko). Przy użyciu narzędzia Helical Cut (spiralne wycięcie) owy trapez – po określeniu w milimetrach skoku oraz wysokości – wyciął wewnątrz walca gwint o odpowiedniej geometrii. Żeby uzyskać nakrętkę, wystarczyło do całości dodać denko (dla wzmocnienia konstrukcji nieco szersze od gwintowanego fragmentu).

Za pierwszym razem gwint wyszedł dość luźny i wymagał lekkiej modyfikacji. Wewnątrz nakrętki dodałem również cienki pierścień w celu poprawienia szczelności.

Jednym z częstych problemów występujących druku 3D jest ograniczona wytrzymałość między poszczególnymi warstwami, składającymi się na gotowy przedmiot. Dla przykładu, podłużny element wydrukowany w poziomie będzie bardzo trudno rozerwać chwytając go z dwóch końców – ponieważ przyłożona siła rozkłada się wzdłuż warstw obiektu. Jeśli taki sam przedmiot obrócimy tak, żeby był drukowany w pionie, rozerwanie go okaże się bardzo proste (puści jedno z połączeń między warstwami, które w tym układzie idą w poprzek przyłożonej siły i mają bardzo małą powierzchnię). W związku z tym, projektując przedmiot / przygotowując go do druku warto wziąć pod uwagę, jakie siły będą na niego działały, i czy nie lepiej będzie wydrukować go w innej orientacji.

W przypadku mojej nakrętki, przy zbyt mocnym dokręceniu pękł jej górny fragment. Akurat w tym projekcie trudno byłoby wydrukować przedmiot w innej pozycji, więc żeby go wzmocnić, należałoby po prostu zaprojektować w nim grubsze ścianki.

Niestety pomijając powyższy problem, nakrętka wydrukowana z PLA okazała się po prostu niewystarczająco szczelna. O ile z zakręconej, obróconej do góry dnem butelki nie wylewała się woda, to przy jej ściśnięciu sytuacja nie wyglądała już zbyt dobrze :)

Mimo kilku prób poprawienia geometrii przedmiotu (głownie dopasowania pierścienia uszczelniającego) nakrętka nie zdała egzaminu. Myślę że gdyby wydrukować ją z nieco elastycznego tworzywa (raczej Soft PLA niż NinjaFlex) można by uzyskać odpowiednią szczelność. PLA jest niestety dosyć twarde, i jak widać, trudno jest uzyskać wodoszczelne połączenia jest przy użyciu tego filamentu.

Odkładając na bok powyższe wydruki spróbowałem drugiego rozwiązania – polegającego na użyciu zwykłej, niepotrzebnej nakrętki i dodaniu do niej szerokiej obudowy:

Żeby “prawdziwa” nakrętka nie ślizgała się wewnątrz wydrukowanego przedmiotu, dodałem w swoim projekcie niewielkie ząbki. Na wydruku wyszły jednak dość płasko (w technologii FDM trudno o taką precyzję). Dlatego okleiłem nakrętkę taśmą izolacyjną – co sprawdziło się wyjątkowo dobrze.

Całość na koniec wymagała jeszcze lekkiego przeszlifowania krawędzi:

I to wszystko :) Z nową nakrętką butelka wygląda następująco:

Jak widać druk 3D jako technologia ma pewne ograniczenia, i szczególnie w wydaniu niskobudżetowym nie ma co się spodziewać, że będziemy mogli tworzyć od razu wszelkiego rodzaju, gotowe do użytku przedmiotu. Warto pamiętać że większość rzeczy którymi się otaczamy jest wynikiem wielu całkiem skomplikowanych procesów technologicznych i druk przestrzenny jest dalej jednym z nich. Mimo że pozwala bardzo szybko i prosto sposób tworzyć pewne obiekty, to do wielu zastosowań kompletnie się nie nadaje. Nie wydrukujemy sobie mebli do mieszkania, naczyń do kuchni ani nowej myszki do komputera. Za to technologia ta bardzo duże możliwości daje w połączeniu z innymi rozwiązaniami – nawet jeśli jest to użycie niepotrzebnej nakrętki czy taśmy izolacyjnej :)