介紹

對許多人來說，足不出戶就能列印出幾乎任何想像中的物品，這既令人驚嘆又令人振奮。現在想像一下，如果能將這些相對堅固的塑膠模型轉化為堅固耐用的藝術品，那該有多棒！我可以告訴你，這個過程出乎意料地簡單，而且我會一步一步地引導你完成。讓我們馬上開始吧，首先是流程概述，其中詳細介紹了將塑膠3D列印零件轉化為實體模型的關鍵步驟。

CAD建模： 將您的專案概念轉化為三維物件。

3D 列印： 透過積層製造將 STL 檔案轉換為有形零件。 

矽膠模具製作： 對 3D 列印零件進行矽膠陰模澆鑄。

混凝土澆築： 將混凝土注入矽膠陰模中。 

裝飾： 擺放模組化花盆，並添加裝飾植物和材料。

操作影片

https://youtu.be/40XSeIGZyiU

混凝土花盆

項目介紹

專案開始，我便著手設計一款模組化花盆，使其能夠快速組合成不同的佈局。為了方便3D列印、矽膠模具製作和混凝土澆築，設計必須相對簡潔。除了這些設計限制之外，我還希望某些組件能夠堆疊，進一步增強系統的模組化特性。 

設計考慮因素

在設計這個專案之初，我就希望能夠快速重新排列花盆和鋪路石，從而創造出不同的佈局。我透過將基本形狀（一個細長的六邊形）細分為三種獨特的形狀來實現這種模組化設計。主要形狀是五邊形，根據組件的應用場景，它可以有三種不同的配置。例如，如果想要打造垂直堆疊的效果，可以先放置一個基礎花盆，然後根據需要添加任意數量的空心花盆。由於這些形狀都源自於基礎的細長六邊形，因此可以以重複的模式添加，從而創造出全新且獨特的形狀。

圖 1.0：由四個六角形鋪路石構成的底座形狀。

圖 1.1：模組化元件可能實現的不同配置的兩種範例。

物料清單

• PLA長絲
• Mold Star 30 矽膠
• 速凝混凝土混合料
• 盆栽土
• 裝飾填充石
• 裝飾苔蘚
• 多肉植物
• 熱熔膠槍
• 3D印表機
• 330目砂紙
• 220目砂紙
• 塑膠薄膜
• 攪拌碗
• 攪拌棒

CAD建模

第一步是將您的專案概念轉換為三維模型，這樣我們就可以將其匯出為STL檔案。這個STL檔案隨後可以由切片軟體處理，我們將在下一步中詳細介紹。 

切片和3D列印

在開始列印之前，我們需要先將STL檔案轉換為G程式碼。這可以透過Snapmaker Luban軟體完成，該軟體將模型「切片」成薄層，並產生G程式碼形式的工具路徑，使印表機能夠解析這些數據，並將各個層組合成一個可列印的零件。有關切片和G代碼的更詳細解釋，請參閱這篇文章：  《切片和G代碼：3D模型與3D列印機之間的橋樑》。 

圖 1.2：在 Snapmaker Luban 軟體中對中空花盆組件進行切片。

後處理

列印完成後，我們就可以開始對部件進行後處理了。由於幾何形狀的原因，大多數部件在列印過程中不需要支撐材料，因此列印件的大部分錶面都很光滑。唯一的例外是空心花盆，它可以採用無需支撐材料的列印方向。但是，我希望所有零件的列印方向保持一致，以確保頂面的圓角一致。我首先使用 220 目砂紙打磨零件，去除明顯的表面瑕疵，使零件表面相對光滑。之後，我在所有部件上塗抹了填充底漆並使其乾燥。填充底漆很好地填補了層間細小的空隙或縫隙。然後，我再次打磨零件，這次使用 330 目砂紙，最終獲得了近乎完美的光滑表面。雖然後製有時比較繁瑣，但卻是確保最終產品高品質的關鍵步驟。因為矽膠模具會捕捉到零件上的任何小瑕疵，而這些瑕疵反過來又會反映在混凝土澆築的零件上。 

圖 1.3：用 330 目砂紙打磨填料底漆六角形鋪路石。

模具設定

由於我使用的是Mold Star 30矽膠的試用裝，所以需要優化模具外殼的形狀。我先在CAD軟體中規劃好要鑄造的零件，然後再圍繞這些零件設計外殼。我確保零件之間留有足夠的空間，以確保矽膠模具的壁足夠堅硬，能夠在混凝土固化過程中支撐混凝土。模具外殼也是3D列印的，但我沒有進行任何後處理，因為矽膠模具邊緣的表面光潔度並不重要。下一步是用熱熔膠將後處理過的列印零件黏在底座上，我用的是一塊舊相框的塑膠板。然後我將模具外殼套在這些零件上，也用熱熔膠固定。務必確保模具外殼和底座之間沒有縫隙，否則矽膠會慢慢滲漏，因為它的黏度不高。這個項目我沒有使用脫模劑，但如果你想確保矽膠固化後能輕鬆取下3D列印的零件，可以使用一些脫模劑。就我而言，即使沒有使用任何脫模劑，我也能夠以最小的力氣拆下這些零件。 

圖 1.4：所有組件和模具外殼均已佈置好，並用熱熔膠黏在塑膠底座上。

混合矽油

我選擇 Mold Star 30 矽膠用於這個專案有幾個原因。最主要的原因是這種矽膠無需真空脫氣，而且黏度低，可以輕鬆流入狹小的空間。準備工作很簡單，鉑金矽膠以體積比 1A:1B 混合即可，無需稱量。我選擇將每瓶矽膠倒入同一個容器中，攪拌至混合均勻。矽膠準備好後，我開始緩慢地填充模具，確保填滿組件與模具之間的所有細小縫隙。矽膠成型過程的最後一步是攪拌矽膠。這一步非常重要，它可以去除矽膠中殘留的氧氣泡。如果矽膠中的氣泡沒有被徹底排出，澆鑄矽膠模具後，最終混凝土零件的表面光潔度可能會受到影響。如果我使用真空室對矽膠進行脫氣，就可以避免這種情況，可惜我當時沒有真空室。最終，由於殘留的氣泡而在混凝土部件中產生的特徵，反而成為了我欣賞和喜愛的部件表面特徵。   

圖 1.5：用 Mold Star 30 矽膠填充模具殼。 

部件拆卸

我先剝離了柔性塑膠底座，然後將矽膠壓入模具外殼，只留下帶有3D列印零件的矽膠模具，以此開始零件移除過程。由於大多數零件都直接黏在塑膠底座上，所以接下來只需將3D列印零件壓出即可。只有一個部件例外，需要我在矽膠模具上開出一些凹槽。事實證明，這些凹槽在移除混凝土澆築部件時非常有用。

圖 1.6：矽膠模具，所有 3D 列印零件均已成功移除。

混凝土攪拌

像這樣的澆築作業，可以使用的混凝土比非常多。我選擇了Quikcrete的砂/面層混合料，因為它的粉末比較細，而且我很容易就能在當地的家得寶（Home Depot）買到。混合混凝土的第一步是將適量的混凝土粉末倒入攪拌碗中，然後加水。一般來說，混凝土的濃稠度應該要跟燕麥粥差不多。混凝土要夠濕潤，能夠順利地流入矽膠模具，但又不能太濕。如果混凝土加水過多，乾燥後強度會降低，孔隙率會過高，更容易裂開。 

圖 1.7：混凝土攪拌過程，在加水攪拌混合物之前。

混凝土澆築

用混凝土澆築矽膠模具時，緩慢澆注非常重要。這有助於減少模具內殘留的氣泡數量。為了幫助排出殘留的空氣，我再次振動了矽膠模具。這使得絕大多數氣泡浮到表面，但仍有一些殘留的氣泡。這些氣泡最終在成品表面形成了一種獨特的紋理，我很喜歡這種效果。    

圖 1.8：小心地將混凝土混合物注入矽膠模具中。

後處理

混凝土完全乾燥後，我將零件從矽膠模具中取出。下一步是打磨零件底部表面少量的「毛邊」。這是由於矽膠模具沒有完全被混凝土填滿所造成的。當這種情況發生時，混凝土會產生毛細作用，導致混凝土黏附並沿著模具邊緣隆起。此外，我還打磨了空心花盆部件的幾個區域，以確保它們在堆疊時能夠與其他部件緊密貼合。   

圖 1.9：用 220 目砂紙塊磨混凝土空心花盆。

裝飾

後製完成後，就到了最有趣的部分。我先擺放了一個自己喜歡的佈局。然後決定哪些區域放植物和土壤，哪些區域只放石頭和苔蘚。我把空心花盆堆疊起來，裝滿土壤，為裡面種植的多肉植物提供養分。最後，我在多肉植物周圍放了一些小石頭，並在其他一些地方也放了一些石頭和苔蘚。我選擇了多肉植物和苔蘚主題的設計，但其實還有很多其他風格可以選擇。例如，用仙人掌和沙子打造一個沙漠主題的花盆。  

圖 2.0：在多肉植物周圍的土壤上添加小河石。

成品

其他申請

將3D列印部件製成矽膠模具，然後用該模具澆鑄其他材料，此過程可應用於各種各樣的項目。雖然這些3D列印零件的複雜性在一定程度上受到限制，但可以透過一些設計選擇來克服這些限制。此外，澆鑄材料的選擇也多種多樣，例如，您可以複製這個項目，但用巧克力代替混凝土。可能性幾乎是無限的。如果您有興趣嘗試這種製造工藝，但不知道從何入手，以下是一些專案創意，希望能給您一些啟發：  

• 混凝土花瓶
• 桌面收納用品
• 混凝土杯墊
• 燭台
• 手機支架
• 名片夾

結論

乍一看，用幾個3D列印零件和一些矽膠就能製作出消費級混凝土構件，似乎是一項艱鉅的任務。但一旦將製造流程分解成基本步驟，就會發現這其實很容易理解。希望透過閱讀本文，您能更了解如何將3D列印零件變成精美的混凝土製品，並從中獲得一些DIY專案的靈感。

現在就出去 創造奇蹟吧！