Человек — существо во многом беззащитное и открытое всем неблагоприятным факторам окружающей среды.  

И даже то малое, что было ему бережно дано самой природой — надёжный и тёплый шерстяной покров — было безжалостно уничтожено беспощадной эволюцией. :-D 

Впереди зима, и, за неимением самого главного, людям приходится ютиться в каменных пещерах, называемых домами, и одеваться в такую несвойственную им одежду… 

Но что можно поделать, чтобы повернуть историю вспять и покрыть мехом, хотя бы то некоторое, с чем нам приходится иметь дело ежедневно и вновь ощутить, как и в прежние времена, тёплое прикосновение ласковой шерсти, к своей обнажённой коже? 

Выход есть и его возможности, бесспорно, весьма широки: электрофлокирование! 

Итак, для начала, что это такое: электрофлокированием называется специальный технологический процесс, который позволяет покрывать ворсом произвольные поверхности. 

Результат такого покрытия ворсом отличается тем, что все ворсинки устанавливаются вертикально, создавая полную иллюзию натурального меха, а сам процесс достаточно технологичен, поэтому отличается производительностью и, кроме того, допускает автоматизацию и покрытие ворсом произвольных участков поверхности.  

Это предоставляет широкие возможности любителям микроконтроллеров, чтобы собрать свой ЧПУ;-) 

Это вкратце. А теперь, изучим нюансы…

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ! Так как флокирование подразумевает распыление мелких частиц ворса, это занятие является потенциально очень опасным для лёгких, так как может вызвать их повреждение и необратимые болезни!  

Любая информация этой статьи даётся исключительно и только для ознакомления, автор статьи не призывает к каким-либо действиям и не гарантирует чего-либо!

Флокирование, как процесс, конечно, появился не вчера — по некоторым оценкам, первые истоки можно отследить еще в Древнем Китае, где использовалась эта технология, чтобы покрывать ворсом предметы, смазанные предварительно смолой, а в средние века (XII век), применялось для покрытия растолчённым ворсом различных предметов и стен — также, предварительно покрытых клеем, с помощью деревянных трафаретов.

Основным стимулом к совершению этих действия являлось желание украшать предметы обихода, одежду.

К тому же, покрытые таким образом предметы, одежда, увеличивали свою привлекательность в глазах людей, что могло быть использовано для зарабатывания денег мастерами.

После относительно долгого периода забытья (сотни лет), технология вновь пережила свой ренессанс, о чём свидетельствуют, например, интерьеры Лувра. 

Однако подлинный подъём технологии начался только в XX веке, когда исследователи начали задумываться о способах сделать этот процесс более технологичным и быстрым — в мире во весь опор происходила промышленная революция и нужны были новые методы…

Сложно выделить конкретного «стартера» технологии в XX веке, так как многие сходятся к тому, что тут наблюдался скорее исторический эволюционный ход развития технологии, со множеством экспериментаторов, но, тем не менее, принято считать, что официальным изобретателем считается некто Джон Элмендорф, на чьё имя был зарегистрирован в 1936 году патент, описывающий создание ворсистых покрытий, с применением электростатики.

В дальнейшем, эта разработка получила активное внедрение уже после войны, когда в конце 1940-х — начале 1950-х годов началось массовое внедрение в Германии и США. 

Суть изобретения Элмендорфа и ключевое отличие от технологий предыдущих веков, заключалась в том, что раньше, применялось простое «посыпание» ворсом — смазанной клеем поверхности. Он же придумал, как устанавливать каждую ворсинку строго вертикально! 

Способ был предельно прост: нужно использовать высокое напряжение (30-100 кВ)!

А именно: нужно зарядить каждую ворсинку, что заставит её вылететь к другому полюсу, причём с ускорением.  

Во время полёта к другому полюсу, относительно протяжённая ворсинка будет развёрнута воздействующим на неё полем таким образом, что приобретёт направленность вдоль них и перпендикулярно тому полюсу, к которому направлен полёт. 

При этом, если в качестве одного из полюсов применятся бункер для ворса, а в качестве другого — смазанная клеем поверхность, то, летящая на большой скорости ворсинка с усилием воткнётся в клеевую поверхность и крепко будет удерживаться ей, а воздействующие на неё силы заставят её встать строго вертикально.

Из этого проистекает интересное следствие: так как вертикальная ориентация ворсинки достигается силовыми линиями поля, то, это означает, что ворсинка в любом случае воткнётся вертикально, даже если поверхность имеет сложную форму (вогнутости, выпуклости). 

Однако, тут нужно учитывать, что на ориентацию каждой ворсинки нужно время, из-за её массы. Таким образом, требуются тесты, для определения оптимального расстояния, для конкретного ворса (с его конкретной длиной, массой). Типичным диапазоном расстояния от флокатора до поверхности, является 10-30 см.

При этом, с ростом плотности уже нанесённого покрытия (и плохом контакте электрода с ней, из-за накопления заряда прилетевших ворсинок), может наблюдаться отброс ворсинок: прилетевшие в покрытие ворсинки не могут воткнуться в клеевую поверхностью из-за накопленного поверхностью заряда, в результате чего, отталкиваются и отлетают в сторону. 

При подключении источника высокого напряжения, его отрицательный полюс подключается к устройству заряда ворсинок, снабжённому бункером (флокатору), а положительный полюс — к покрываемой ворсом поверхности, которая если не является токопроводящей, то допустимо подключать с помощью зажима типа «крокодил» этот полюс прямо к клеевому слою.

Почему именно такая полярность: так как именно она обеспечивает стабильность процесса и прочное покрытие. Обратная полярность может привести к пробоям, нестабильному заряду, непрочному удержанию ворса.

Флокатор (в самом простом, ручном исполнении) представляет собой электростатическое устройство, без каких-либо механических приводов: грубо говоря, это банка с засыпанным ворсом и рукояткой, спереди прикрытая сеточкой и подключенная к источнику высокого напряжения. 

При работе, его слегка покручивают за рукоятку, вокруг оси, и этого вполне достаточно, для уверенного вылета ворса (если удерживать флокатор на рабочем расстоянии от поверхности):

Причём (что может быть интересно любителям настольной миниатюры) — с использованием флокатора можно делать весьма реалистичную траву для своих миниатюр, а сам процесс занимает весьма малое время:

Что может быть особенно интересно — флокировать можно абсолютно разные материалы, начиная от объёмных фигур и, заканчивая тканью. 

Есть ещё любопытный вариант совмещения технологий: распечатывание с помощью 3D печати различных объектов, например логотипов, после чего приклеивание их к поверхности, и флокирование всей поверхности.  Получается  довольно недурно:

Также, хорошо выглядит вариант флокирования сквозь трафарет или, просто нанесённых вручную надписей, рисунков, — для нанесения которых был использован исключительно клей, покрываемый затем, в ходе флокирования, щетиной:

Вы уже, наверное, поняли, что здесь есть хорошая возможность для автоматизации! ;-)

Подобное поэтапное флокирование (сначала наносится клей, а потом щетина) — может быть поставлено даже на поток, в результате чего, можно получать декоративные ткани, промышленным способом, в больших количествах:

В качестве щетины могут использоваться разные материалы, в числе которых особо отличается нейлон, который создаёт прочную, красивую и износостойкую поверхность, хорошо восстанавливающуюся, после сдавливания. 

Несмотря на то, что аппараты для флокирования стоят достаточно недорого (что-то в районе 10000-13000 руб), некоторые, поступают ещё проще — используют в качестве донора для переделки в флокатор — электрическую мухобойку, снабжая её самодельным бункером с сетчатым передом:

Ну и немного об автоматизации: как вы могли убедиться, никто из программистов, до сих пор ещё, не приложил руки, чтобы сделать ЧПУ-станок для флокирования, несмотря на то что он весьма прост! ;-) 

По крайней мере, такое сложилось впечатление, после анализа доступных материалов по этому вопросу!

В принципе, это было бы очень интересно: некий привод, перемещающий головку по XY, наподобие 3D принтера, только без полноценной оси Z, а только имеющий упрощённое поднимание/опускание головки, вполне мог бы справиться с этой задачей! 

Тем более, что в сети существует великое множество подобных систем, уже реализованных практически — остаётся только полностью скопировать какую-либо из них, и несколько усовершенствовать: обычно, подобные аппараты используются для хобби-целей, в качестве рисующего XY плоттера.

Один из самых простых способов создания такого аппарата (даже если не подглядывать ни в чьи мануалы) и работа с ним, выглядит следующим образом:

• скачивается и устанавливается бесплатный векторный редактор inkscape, который позволяет экспортировать изображения, в формате g-code;

• в этом редакторе создаётся изображение, которое требуется нарисовать;

• изображение экспортируется из inkscape, в формате g-code;

• собирается на базе вашего любимого микроконтроллера (ардуино, esp32 и т.д.) — XY-манипулятор плоттерного типа, на базе двух шаговых двигателей;

• в микроконтроллер устанавливается прошивка, с интерпретатором g-code;

• в микроконтроллер заливается картинка в формате g-code (сделанная нами ранее);

• вуаля: рисуем! :-)

Понятно, что это всё для первого раза довольно сложно, поэтому, можно поизучать готовые проекты рисовалок, коих безумное количество конструкций есть, например, вот здесь.

Остаётся только несколько усовершенствовать выбранную конструкцию, разместив вместо фломастера/ шариковой ручки (типичных объектов, которыми рисует подобный плоттер), — некий микрораспылитель, или даже обычный шприц, наполненный клеем, шток которого мог бы опускаться шаговым двигателем, с заданной скоростью, всё время, пока головка находится в положении «опущена вниз» — что легко достигается добавлением к имеющийся конструкции отдельного микроконтроллера (если не хотите влезать в дебри, и менять конструкцию широко распространённых плоттеров) и, где микроконтроллер мог бы срабатывать от обычного концевого переключателя или, в более продвинутом варианте, от цифрового датчика Холла и неодимового микромагнита. 

Таким образом, можно было бы получить весьма простым образом рисующий плоттер, который наносит клей, после чего вы можете быстро покрыть поверхность узора ворсом, с помощью покупного или самодельного ручного флокатора. 

Легко, просто, доступно практически каждому...

Вариант для профи: а можно было бы небольшой флокатор установить прямо на головку, которая наносит клей — скажем, клеевое сопло идёт, нанося на поверхность клеевый состав, после чего, прямо поверх этой, покрытой клеем поверхности — распыляется ворс, прямо с самой головки! 

Ещё более эффективно и интересно! 

В принципе, производство таких аппаратов могло бы стать вполне себе даже небольшим (небольшим ли?) бизнесом! ;-)

Для того чтобы никого не рекламировать, где конкретно брать: флокаторы, ворс, и клей, — об этом говорить не буду. Однако, полагаю, что, при желании, вы легко сможете их найти и сами, через любой поисковик! ;-)

Таким образом, напоследок, можно сказать, что флокирование очень интересный процесс, позволяющий легко и, с его помощью, весьма просто можно добиваться весьма качественного покрытия поверхности ворсом, где это покрытие отличается отличным декоративным видом, достаточно высокой износоустойчивостью (если брать «правильные» виды ворса), большой притягательностью, что может быть коммерчески полезно! 

Особенно, если применить свои навыки инженера и программиста, обустроив хотя бы минимальную автоматизацию...;-) 

К тому же, автоматизация этого процесса с применением плоттерного ЧПУ — потенциально позволяет заключить установку в герметичный кожух, с фильтрацией воздуха и другими предосторожностями, для защиты здоровья.

Размещайте облачную инфраструктуру и масштабируйте сервисы с надежным облачным провайдером Beget.
Эксклюзивно для читателей Хабра мы даем бонус 10% при первом пополнении.