Impresión 3D de broches conductivos con grafeno PLA: 9 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

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Este instructivo documenta mi primer intento de imprimir en 3D broches conductivos sobre tela. Quería imprimir en 3D un broche hembra que se conectaría a un broche macho de metal normal.

El archivo se modeló en Fusion360 y se imprimió en una Makerbot Rep2 y una Dremel utilizando PLA de grafeno conductor Black Magic 3D.

Los broches son broches de punta abierta YKK 'Snapet' (tamaño 12L) y tienen 7.5 mm de ancho. Los practicantes de eTextiles los utilizan a menudo, ya que son los más pequeños disponibles. Puede comprarlos en diferentes tamaños de diferentes proveedores, pero parecen ser un diseño estandarizado. Compra la talla 12 aquí.

Mi objetivo es explorar formas de hacer una prenda que sea conductora y elástica y que preferiblemente no use partes de metal duro. Hacer conectores que sean compatibles con broches adquiribles existentes facilitará la prueba y la iteración.

Esta prueba funcionó sorprendentemente bien y vale la pena imprimir el archivo, pero definitivamente necesita muchos más ajustes. Por ahora, se puede imprimir y probar tal cual, pero definitivamente es una prueba de concepto en lugar de un complemento completamente funcional que se puede imprimir de manera confiable, p. el PLA tiende a encogerse y los broches tienen una vida útil limitada.

Si imprime este archivo, deje un comentario y cuénteme sus hallazgos.

Más imágenes aquí:

Estas exploraciones son parte de un proyecto más grande llamado Second Skin, un traje de creación de prototipos para eTextiles. Subiré todos los archivos, patrones y documentación a medida que se completen. Puede seguir el proyecto aquí, oa través de mi sitio web:

También deberías echarle un vistazo a Rewear de Lara Grant. Ha estado trabajando en un sistema modular para wearables basado en un tablero de broches impresos en 3D sobre tela. También se centra en la sostenibilidad de estas técnicas, que es algo que también veo como parte integral de su desarrollo futuro. Pronto integraremos nuestros experimentos en un sitio web dedicado a conectores etextiles, ¡así que asegúrese de visitar el sitio web de Lara y también Instructables!

Paso 1: archivos Fusion360

El archivo se modeló con bastante rapidez utilizando Fusion360.

Tomé tantas medidas como pude de un broche existente e hice un diseño aproximado. Debido a que el ajuste es tan pequeño, algunas de las proporciones internas se hicieron con conjeturas y, por lo tanto, será necesario jugar más.

Enlace para descargar la versión actual aquí:

El archivo adjunto a este Instructable fue mi primer intento. Funcionó bastante bien. El archivo vinculado (arriba) se modificó, haciendo que la base del complemento sea más sólida. la idea es que ayudaría a que se adhiera mejor a la tela. Si bien esto ayudó un poco, vale la pena probar ambos archivos si desea imprimir una versión de esto. Tuve éxitos y fracasos con ambos.

También señalaré que soy un novato total en Fusion y tuve ayuda ninja para ajustar el archivo de JON-A-TRON. ¡Deberías echarle un vistazo a sus clases de impresión 3D!

Si desea utilizar broches más grandes (como 15 mm, que son más comunes), esperaría que este archivo se pueda redimensionar e imprimir en las dimensiones correctas y también se ajustará a versiones más grandes de este diseño de complemento. No he probado esto todavía porque estoy tratando de hacer todo lo más pequeño posible.

Estos broches de metal son increíbles, pero a menudo el dado es difícil de encontrar. Utilizo pinzas Prym vario para aplicar broches a mano y es difícil encontrar el dado que encaja. Así que hice un archivo de fusión imprimible para los Snapets de 12L;) Una vez más, no es perfecto ya que las impresiones 3D tienden a encogerse y deformarse y eventualmente romperse. ¡Pero recién estaba imprimiendo unos nuevos cuando esto sucede! Los archivos se adjuntan para el interior (parte del conector) y el exterior (accesorio de anillo) de la matriz. Uno es una fracción más grande que el otro. Si los usa al revés, el broche se pegará en el dado.

Paso 2: Prueba de impresión y configuración

Esta primera instantánea fue impresa por Lara Grant. Ella está trabajando en un proyecto similar haciendo una tela a presión y tiene un gran Instructable sobre la impresión 3D sobre tela. También deberías ver sus clases de wearables.

Es un filamento de grafeno Black Magic 3D y se imprimió en una Makerbot Rep 2 con la temperatura de impresión y la extrusora ajustadas a 220 °.

Ambos hemos estado probando una técnica mediante la cual imprime una capa base de filamento, detiene la máquina para insertar la tela y luego continúa imprimiendo. Esto significa que el filamento se derretirá alrededor de la tela y creará un sello. Puedes ver esto en la segunda imagen; hay filamento en la parte inferior de la tela. Esta capa se imprimió primero en la cama, luego se pausó la impresora y se insertó la tela. A continuación, se reanudó la pausa de la impresora y se continuó con la impresión.

¡Funcionó asombrosamente! Primer intento usando el archivo que había hecho 10 minutos antes … ¡E incluso se rompió muy bien!

Este complemento que ves aquí se imprimió en powernet. Es un material que uso mucho y que estoy usando para el proyecto relacionado Second Skin que usa circuitos de estiramiento. Es elástico en 4 direcciones y se usa para lencería y ropa de baile. Funciona bien porque es una fina malla sintética. Por lo general, está hecho de poliamida, por lo que el filamento derrite la superficie y se adhiere bien a ella. El filamento también puede fundirse dentro y alrededor de la superficie de la propia malla microfina.

Powernet tiene una buena resistencia a la tracción y si se tensa con cinta adhesiva cuando se coloca sobre la cama, no se engancha con la extrusora.

Paso 3: Impresión 3D sobre una traza de tela conductora

Este brillante tejido es un jersey elástico tejido con trazos conductores. Creo que es la hechicería de Hannah Perner-Wilson y Mika Satomi de Kobakant y fue hecha a medida. Me dieron algunos en el campamento de verano de eTextiles y decidimos que sería una gran cosa para probar la conexión eléctrica entre la tela y la impresión.

Es una tela de jersey, y parece que las fibras se recubrieron antes de ser tejidas, en lugar de que se imprima el recubrimiento conductor después de la fabricación. Es demasiado grueso para imprimir a través de la superficie (como en la prueba anterior) ya que el filamento no se conectaría de la misma manera que lo hace a través de los orificios de la red eléctrica.

Configuramos el Makerbot para que imprima directamente sobre la tela. lo que ve arriba es la primera impresión de prueba en este material.

Muchas personas diferentes han estado probando la impresión 3D sobre tela, y parece diferir según la naturaleza de la impresión, los materiales y las máquinas utilizadas. La mayoría de los éxitos parecen involucrar mallas, ya que el tejido está suelto y el filamento puede hundirse a través de la tela para crear una unión.

Algunas personas bajan la boquilla de la impresora. Esto rompe la extrusora contra la tela y fuerza el filamento hacia las fibras, pero puede arrastrar el material. Otra opción es levantar el punto de inicio de la extrusora para comenzar la impresión, lo que significa que corta la impresión de tal manera que comience justo por encima del grosor de la tela. Imagino que esto funcionaría bien si tu tela fuera gruesa. Como los nuestros son bastante delgados y planos, imprimimos directamente sobre el material con la configuración predeterminada, simplemente apagando las balsas y cualquier soporte.

¡Funcionó maravillosamente! Esto puede deberse a varios factores: - la superficie de esta tela en particular era ideal para que la impresión se adhiera - la extrusora estaba a la temperatura perfecta en este momento (este filamento puede ser muy inconsistente) - los dioses de la impresión 3D estaban de buen humor y tuvimos mucha suerte

Claramente, esto necesita más pruebas.

Paso 4: Prueba de conductividad

Esta prueba utilizó un conector de eTextile elástico hecho con hilo conductor Karl Grimm. Dentro del conector negro hay un zigzag de hilo conductor aislado por capas de tela a cada lado. Cada extremo tiene un snapet macho. Todos estos materiales tienen una resistencia bastante baja.

La resistencia a través del conector de 30 cm, a través del broche y a través de unos 8 cm de tejido conductor parece ser de unos 10 ohmios. Esto fue sorprendente y pareció mantenerse bastante estable incluso cuando se estiró. ¡No estoy seguro de que sea una lectura precisa y repetible!

Paso 5: Impresión en diferentes superficies

Luego decidí intentar imprimir en una Dremel. Esto se debe principalmente a que el Makerbot estaba teniendo un ataque de silbido, pero la variedad siempre es buena. Nuevamente, la temperatura de impresión y la extrusora se establecieron en 220 °

He estado trabajando en trazas conductoras elásticas, aisladas y adheridas para eTextiles. Estas telas utilizan capas textiles adheridas con la fusión Bemis SewFree, una película de unión por calor súper fina. Esto significa que las muestras de tela eran más gruesas que las pruebas anteriores. Las trazas conductoras están aisladas dentro de la tela Powernet y solo tienen los extremos expuestos como almohadillas redondas.

Cuando imprimí por primera vez el archivo con la configuración predeterminada, se estrelló contra la superficie de la tela y distorsionó la impresión. Puedes ver el resultado en la primera imagen. El chasquido no funcionó esta vez.

Jonathon me mostró cómo cortar la lima en Cura y elevar la posición inicial de la extrusora en 0,4 mm.

Para la siguiente prueba, también agregué una capa de adhesivo SewFree a la superficie en la que iba a imprimir. Esto fue para ver si esto hacía alguna diferencia en la forma en que se adhería la impresión.

Inicialmente funcionó muy bien, como puedes ver en la última imagen. Desafortunadamente, después de un par de broches, el broche se soltó de la tela y se cayó.

Paso 6: Prueba de impresión múltiple

Luego intenté imprimir múltiples instantáneas para ver cómo fluía la corriente a través de dos instantáneas en cada extremo de una traza conductora. Como solo tenía un complemento de trabajo en la prueba anterior, no pude verificar. Tal vez la impresión que Lara había hecho anteriormente fue una casualidad. Hice un panel rápido para probar varias impresiones.

Como se trataba de una prueba, decidí imprimir cada broche individualmente, en lugar de intentar imprimir múltiples broches en una sola pieza de tela.

Tres razones: 1. No quería invertir tiempo en hacer un archivo de diseño ya que el circuito de tela en el que estaba imprimiendo estaba hecho de manera imprecisa2. Las impresiones suelen fallar 3. No quería que el filamento deshonesto se arrastrara por la tela

Alineé cada broche en un punto centralizado y los imprimí uno por uno. Cada uno salió a la perfección.

Agregué la fusión SewFree a algunas de las almohadillas conductoras. Puede ver esto en las imágenes como círculos blancos y semicírculos. Este es el respaldo de papel que se despega. Lo dejé encendido para que sea más fácil de ver en las imágenes. Pensé que sería bueno ver cómo la fusión afectaba la adherencia en la misma impresión. Todos resultaron bastante similares. La mayoría se atascó y algunos se cayeron. No estoy seguro de por qué, pero supongo que se debe a pequeñas diferencias en el grosor de las capas de la tela. Todos se imprimieron en rápida sucesión en la misma impresora con la misma configuración.

la resistencia a través de una traza conductora de 15 cm a través de dos chasquidos resistivos fue de alrededor de 50 ohmios. Esto se hizo inmediatamente después de la impresión y parecía súper conductor, por lo que necesitábamos más pruebas.

Paso 7: resistencia a la lectura

Las lecturas que tomé de las instantáneas parecían diferir mucho. Esto también cambió con el tiempo.

Paso 8: volver a colocar los broches con epoxi conductor

Algunos de los broches se cayeron después de un poco de uso. No se adhirieron tan bien al material adherido como en las pruebas anteriores.

En este punto, vale la pena investigar otra opción: ¿se pueden imprimir los broches y luego pegarlos a la tela?

Puede ser cierto que los broches se pueden imprimir en ciertas telas, pero deben pegarse a otras. Esta podría ser una opción viable.

Usé epoxi conductor y pegué dos de los broches en su lugar para ver si el pegamento se puede unir y conducir de manera confiable.

Desafortunadamente, esto no se adhirió bien a la tela en absoluto. El epoxi es bastante calcáreo y no le gusta el material sintético denso. Aunque el pegamento permitió que fluyera una pequeña cantidad de corriente, los broches se cayeron después de un solo chasquido.

Paso 9: Conclusión y próximos pasos

Este diseño rápido funcionó muy bien para una primera prueba. Se ajusta de forma segura, puede conducir una pequeña cantidad de corriente y es una buena prueba de concepto.

Desafortunadamente, no dieron una conductividad constante. Algunos estaban bien y otros no funcionaron en absoluto. Parece que usar telas de tejido apretado es un problema, por lo que esto no funciona tan bien para mis telas unidas. Usar un tejido más abierto como el maillot, y especialmente el powernet, parece la mejor opción. El problema con eso es que cuanto menos densa es una tela, peor es la conductividad para los etextiles.

Hay bastantes problemas prácticos con el PLA. Tiende a deformarse y encogerse. Algunos de los broches funcionaron de inmediato, algunos necesitaron algunos cierres forzados iniciales antes de cumplir, aparentemente para estirar un poco la impresión. Algunas parecían demasiado pequeñas para romperse … Todo era un poco inconsistente.

También he estado leyendo que la conductividad de estos materiales puede cambiar con el tiempo. En este caso, diría que la presión del chasquido en sí puede afectar esto. Además, hacer pasar corriente a través del chasquido puede aumentar permanentemente la resistencia. Definitivamente, esto implicará más pruebas.

hay una descripción general bastante buena de los filamentos Black Magic 3D aquí

Quiero usar esta idea instantánea en un diseño de guantes. Quiero encontrar una manera de hacer conectores desmontables para sensores de estiramiento. La idea sería que este archivo snap se pueda integrar directamente en un sensor impreso en 3D para conectarlo a un circuito.

En la revisión, encontré este proceso interesante e informativo. No es lo suficientemente estable como para producir resultados medibles consistentes y me gustaría explorar más en experimentos más controlados.

Si prueba alguna de estas impresiones, ¡deje un comentario!