Patērētāju 3D printeri spēj izgatavot pārsteidzoši sarežģītus objektus, tomēr drukāšana vairākās krāsās joprojām bieži nozīmē ievērojamu plastmasas atkritumu daudzumu. Ja vienā modelī jāizmanto, piemēram, sarkans, balts un zils filaments, printerim pēc katras maiņas jāizspiež iepriekšējās krāsas atlikumi, pirms sprauslā nonāk tīrs jaunais materiāls.

Creality uzskata, ka tai ir praktiskāka pieeja. Jaunais K3 printeris izmanto četras savstarpēji maināmas sprauslu vienības, kuras mehāniski iespējams nomainīt 4,8 sekundēs. Uzņēmums apgalvo, ka KliTek sistēma var samazināt filamenta patēriņu atkritumos līdz pat 85%, bet drukāšanas laiku — līdz pat 80%, salīdzinot ar tradicionālām vienas sprauslas daudzkrāsu metodēm.

Šie ir ražotāja, nevis neatkarīgi iegūti rezultāti, un faktiskie ietaupījumi būs atkarīgi no modeļa, krāsu izkārtojuma un nepieciešamo maiņu skaita. Tomēr K3 pieeja ir interesanta tāpēc, ka Creality nav mēģinājusi tikai pilnveidot filamenta maiņu — tā ir mainījusi pašu mezglu, kas materiālu nogādā drukas zonā.

Kāpēc daudzkrāsu drukāšana rada tik daudz atkritumu

Pieejamu galda 3D printeru pirmsākumos vairākkrāsu objekta izgatavošana parasti nozīmēja apturēt iekārtu un manuāli nomainīt filamenta spoli vai arī iegādāties printeri ar vairākiem ekstrūderiem. Neviena no šīm iespējām nebija īpaši eleganta. 2015. gadā tika apskatīti arī tādi risinājumi kā Diamond Hotend, kas trīs filamenta padeves kanālus apvienoja vienā sprauslā, tomēr arī šāda sistēma krāsu maiņas laikā varēja radīt atkritumu torņus.

Vēlāk automātiskās filamenta maiņas sistēmas padarīja daudzkrāsu drukāšanu ērtāku, neprasot printera konstrukciju veidot ar vairākām pilnām drukas galvām. Šajā kategorijā ietilpst Prusa Multi Material Upgrade, Mosaic Palette un Bambu Lab Automated Material System jeb AMS.

Šo sistēmu kompromiss ir tāds, ka daudzas no tām joprojām izmanto vienu kopīgu sprauslu. To var salīdzināt ar konditorejas maisiņu, kurā sākotnēji ir sarkans krēms, bet nākamajam rotājumam nepieciešams balts. Nepietiek tikai pievadīt maisiņam balto krēmu — sarkanais materiāls vēl atrodas sprauslā, tāpēc tas vispirms jāizspiež, līdz jaunā krāsa kļūst tīra.

3D printerī notiek kas līdzīgs: viena filamenta spole jāizkrauj, cita jāielādē, bet izkusušās plastmasas atlikumi jāizspiež. Atkarībā no printera un iestatījumiem materiāls nonāk tā dēvētajā attīrīšanas tornī, kas tiek drukāts līdzās galvenajam objektam, vai arī veido nelielus plastmasas kamolus un pavedienus, kurus lietotāji mēdz dēvēt par “printera kakām”. Sarežģītā modelī ar daudziem krāsu pārejas punktiem šie atkritumi kļūst ievērojami, un iekārta reizēm pavada vairāk laika krāsas maiņai nekā paša objekta veidošanai.

KliTek izmanto četras atsevišķas sprauslu vienības

Nozare šo problēmu pazīst jau gadiem. Piemēram, Prusa XL izmanto instrumentu maiņas sistēmu ar līdz pat piecām atsevišķām drukas galvām, no kurām katra saglabā savu filamenta padevi. Tā vietā, lai vienu sprauslu skalotu ar jaunu materiālu, printeris novieto pašreizējo drukas galvu un paņem citu.

Šāda pieeja ir efektīva, taču vairākas pilnas drukas galvas palielina izmaksas un mehānisko sarežģītību. Vienas sprauslas sistēmu priekšrocība vienmēr bijusi relatīva vienkāršība un pieejamāka cena, tāpēc ražotāji tagad meklē veidu, kā samazināt atkritumus, neatsakoties no kompaktākas konstrukcijas.

Creality risinājumu dēvē par KliTek. Tā ir četru kanālu sistēma, kurā netiek mainīta visa drukas galva. K3 nomaina mazāku mezglu, kurā ietilpst sprausla, hotends un filamenta plūsmas ceļš.

Katra vienība saglabā savu filamenta padevi ielādētu un gatavu nākamajai izmantošanai. Kad drukāšanai nepieciešama cita krāsa vai materiāls, printeris novieto pašreizējo sprauslu un paņem vajadzīgo nomaiņas vienību. Creality norāda, ka pati mehāniskā apmaiņa aizņem 4,8 sekundes, savukārt pilna krāsas vai materiāla maiņa — aptuveni 15 sekundes. Tas joprojām ir būtisks uzlabojums salīdzinājumā ar atkārtotu filamenta izvilkšanu, ielādi un atlikumu izspiešanu caur vienu sprauslu.

Svarīgi, ka K3 nav printeris ar četrām sprauslām, kas drukā vienlaikus. Tas izmanto vienu sprauslu vienā reizē un izvēlas to, kas nepieciešama nākamajai objekta daļai.

Ja vecās krāsas atlikumi nav jāizskalo no kopīgas sprauslas, plastmasas atkritumu patiešām var būt daudz mazāk. Tam ir arī iespējamā vides priekšrocība. Lai gan ir izstrādāti risinājumi izmestā filamenta pārstrādei, lielai daļai mājas printeru radīto atkritumu nav vienkārša ceļa atpakaļ ražošanā. To neradīt jau sākotnēji var būt saprātīgāk, lai gan K3 papildu aparatūra un enerģijas patēriņš padara kopējās ietekmes uz vidi novērtējumu sarežģītāku.

Viens printeris varētu izmantot arī dažādus materiālus un sprauslu izmērus

K3 četri kanāli paredzēti ne tikai krāsu maiņai. Creality starp atbalstītajiem materiāliem min PLA, PETG un elastīgo TPU. Tas teorētiski ļauj vienā objektā apvienot stingras konstrukcijas daļas ar mīkstākiem, elastīgiem elementiem. Piemēram, vienā drukā varētu izveidot telefona vāciņu ar stingru PETG apvalku un elastīgiem TPU stūru aizsargiem vai robotizētu satvērēju ar cietu rāmi un mīkstām satveršanas virsmām.

Tomēr šeit ir būtisks ierobežojums: PLA, PETG un TPU ne vienmēr droši savstarpēji savienojas. Rezultātu ietekmēs materiālu izvēle, to saķere un konkrētās detaļas konstrukcija. Atsevišķas sprauslas pašas par sevi neatrisina ne nesaderīgu materiālu saistīšanās, ne atšķirīgu drukāšanas temperatūru problēmas.

Creality piedāvā arī vienā drukas darbā kombinēt dažādus sprauslu diametrus. Smalkai 0,2 mm sprauslai varētu uzticēt sarežģītas virsmas detaļas, bet lielāka 0,6 vai 0,8 mm sprausla ātrāk izdrukātu mazāk prasīgas modeļa daļas.

Līdz šim sprauslas izmēra izvēle parasti nozīmēja kompromisu starp detaļu precizitāti un ātrumu. Sprauslu maiņa drukas procesa laikā teorētiski ļauj izmantot abu pieeju priekšrocības. K3 standartaprīkojumā ir četras 0,4 mm sprauslas, bet citus izmērus var iegādāties atsevišķi. Dažāda diametra sprauslu izmantošana jau ieviesta programmā Creality Print 7.3, taču programmatūra šo funkciju joprojām apzīmē kā eksperimentālu.

Priekšrocības nemaina visus daudzkrāsu drukas kompromisus

Vēl jāvērtē mehāniskā uzticamība. Mehānismam, kas atkārtoti maina sakarsētus komponentus, jānodrošina ļoti precīza pozicionēšana, lai dažādu krāsu vai materiālu robežas veidotos tīri. Creality apgalvo, ka veikti plaši izturības testi, taču nozīmīgāks pārbaudījums būs sistēmas ilgstoša darbība parastās darbnīcās.

K3 nav pilnībā likvidējis daudzkrāsu drukas sarežģījumus, bet gan aizstājis vienu kompromisu kopumu ar citu. Tā vietā, lai pārvaldītu filamenta maiņu un ar to saistītos atkritumus, printerim jādarbojas ar četriem atsevišķiem hotendiem, to apsildes sistēmām un mehānismu, kas katru sprauslu novieto ārkārtīgi precīzi. Pat neliela nobīde var radīt redzamus defektus krāsu saskares vietās, bet četri hotendi nozīmē arī vairāk komponentu, kas potenciāli var sabojāties.

Creality sagaida, ka K3 starptautiski tiks laists klajā par cenu, kas būs zemāka par 900 ASV dolāriem. Galīgā cena un pieejamība pagaidām vēl nav apstiprināta.

Printeris nonāks arvien konkurētspējīgākā tirgū. Bambu Lab ir ieviesis Vortek sprauslu maiņas sistēmu, savukārt Prusa attīstījusi risinājumus ar vairākām drukas galvām. LightMake L4 šo ideju paplašina vēl vairāk — tam ir četras neatkarīgi kustīgas drukas galvas, kas spēj darboties paralēli.

Creality pieeja atšķiras no šiem risinājumiem: tā maina mazākas sprauslu vienības, nevis pilnas drukas galvas, un tādējādi potenciāli ļauj daudzsprauslu drukas priekšrocības piedāvāt pieejamākā iekārtā. K3 nav pirmais printeris, kas maina drukas instrumentus, un noteikti nebūs pēdējais. Tā nozīme varētu būt idejas padarīšana pieejamu plašākam lietotāju lokam.

Patērētāju 3D drukāšanā izšķērdēta plastmasa gadiem tika pieņemta kā cena par daudzkrāsu objektu izgatavošanu. K3 rāda, ka šis kompromiss, iespējams, vairs nav obligāts, lai gan jaunā sistēma pati par sevi neatceļ prasības pēc precīzas mehānikas, piemērotiem materiāliem un rūpīgas drukas procesa pārvaldības.