Техасская компания re:3D принимает предварительные заказы на крупноформатные FDM 3D-принтеры Gigabot нового поколения и специализированные экструдеры для печати гранулированными пластиками.
На Kickstarter небольшой, но преуспевающий производитель из Остина выходит в третий раз, успев провести краудфандинговые кампании в поддержку 3D-принтера Gigabot в 2013 году, а затем Open Gigabot в 2015. Как подсказывает название линейки, предприятие специализируется на крупноформатных 3D-принтерах.
Не стал исключением и новый аппарат Gigabot X – по сути вариант флагманского Gigabot 3+, но с новым экструдером. В настоящее время компания выпускает три варианта 3D-принтера третьего поколения, отличающиеся размером области построения – 590х600х600 мм (Gigabot 3+), 590x760x600 мм (Gigabot 3+ XL) и 590х760х900 мм (Gigabot 3+ XLT).
Инженеры re:3D изначально ориентировались на создание систем для 3D-печати пластиковыми отходами, и не только из соображений экологичности, но и экономии. Разработчики постепенно продвигаются к цели, а следующий этап – переход на печать гранулятом, ведь себестоимость филамента в сравнении с гранулированным пластиком той же массы с легкостью вырастает на порядок. Кроме того, гранулированный пластик доступен в более богатом ассортименте, чем готовые филаменты.
О сборке принтера Mosaic из набора деталей от компании MakerGear рассказано в статьеСобираем 3D принтер своими руками. Наверное, вы обратили внимание, что там подробно рассмотрено устройство 3D принтера, но не идет речь о печатающей головке. Это тема сегодняшнего разговора.
Мы рассмотрим виды экструдеров и способы изготовления отдельных деталей этого сложного механизма, чтобы понять как сделать экструдер своими руками (видео о сверлении сопла в конце статьи).
Печатающая головка 3-d принтера протягивает пруток пластика, разогревает его и выталкивает горячую массу через сопла.
Wade extruder
На картинке представлена упрощенная схема экструдера типа Wade. Устройство состоит из двух частей. Вверху расположен cold-end (холодный конец) – механизм, подающий пластик, внизу – hot-end (горячий конец), где материал разогревается и выдавливается через сопло.
Экструдер Боудэна
Существует и другая конструкция устройства, где холодная и горячая части разведены, а пластик поступает в hot-end по тефлоновой трубке. Такая модель, где cold end жестко закреплен на раме принтера, получила название Bowden extruder .
К ее несомненным достоинствам стоит отнести следующее:
- материал не плавится раньше времени и не забивает механизм;
- печатающая головка значительно легче, что позволяет увеличить скорость печати.
Однако и недостатки имеются. Нить пластика на таком большом расстоянии может перекручиваться и даже запутываться. Решением этой проблемы может стать увеличение мощности двигателя колдэнда.
Cold end
E3D-v6 в сборе
Пруток филамента проталкивается вниз шестерней, приводящейся в движение электродвигателем с редуктором. Подающее колесо жестко крепится на валу двигателя, в то время как прижимной ролик не закреплен стационарно, а находится в плавающем положении и, благодаря пружине, может перемещаться. Такая конструкция позволяет нити пластика не застревать, если диаметр прутка на отдельных участках отклоняется от заданного размера.
Hot-end
Пластик поступает в нижнюю часть экструдера по металлической трубке. Именно здесь материал разогревается и в жидком виде вытекает через сопло. Нагревателем служит спираль из нихромовой проволоки, или пластина и один-два резистора, температура контролируется датчиком. Верхняя часть механизма должна предотвратить раннее нагревание филамента и не пропустить тепло вверх. В качестве изоляции используется термостойкий пластик или радиатор.
Подающий механизм
Прежде всего, нужно подобрать шаговый двигатель. Лучше всего купить аналог Nema17, но вполне подойдут и моторы от старых принтеров или сканеров, которые на радиорынках продаются совсем дешево. Для нашей цели нужен биполярный двигатель, имеющий 4 вывода. Собственно, можно использовать и униполярный, его схема показана на рисунке. В этом случае желтый и белый провода просто останутся неиспользованными, их можно будет отрезать.
Как правило, моторчики от принтеров слабые, но вот EM-257 (Epson), как на рисунке ниже, с моментом на валу 3,2 кг/см, вполне подойдет, если вы собираетесь использовать филамент Ø 1,75 мм.
Для прутка Ø 3 мм, или при более слабом двигателе, понадобится еще и редуктор. Его тоже можно подобрать из разобранных старых инструментов, например, планетарный редуктор от шуруповерта.
Переделка понадобится, чтобы насадить шестерню двигателя шуруповерта на шаговик, совместить ось вращения моторчика с редуктором. И крышку для подшипника выходного вала тоже нужно изготовить. На выходной оси устанавливается шестерня, которая и будет подавать пруток пластика в зону нагрева.
Корпус экструдера служит для крепления двигателя, прижимного ролика и хотэнда. Один из вариантов показан на рисунке, где через прозрачную стенку хорошо виден красный пруток филамента.
Изготовить корпус можно из разных материалов, придумав собственную конструкцию, или, взяв за образец готовый комплект, заказать печать на 3-d принтере.
Главное, чтобы прижимной ролик регулировался пружиной, так как толщина прутка не всегда идеальна. Сцепление материала с подающим механизмом должно быть не слишком сильным, во избежание откалывания кусочков пластика, но достаточным для проталкивания филамента в hot-end.
Нужно отметить, что при печати нейлоном лучше использовать подающую шестерню с острыми зубчиками, иначе она просто не сможет зацепить пруток и будет проскальзывать.
Цельнометаллический хотэнд
Широко распространены и пользуются популярностью хотэнды фирмы E3D. Можно купить его на ebay.com за 92 $ (без доставки) или скачать чертежи, находящиеся в свободном доступе на официальном сайте компании (http://e3d-online.com/), по которым и сделать, прилично сэкономив.
Радиатор изготавливается из алюминия и служит для отвода тепла от ствола хотэнда и предотвращения преждевременного нагревания материала для печати. Вполне подойдет светодиодный радиатор , для усиления охлаждающего эффекта можно направить на него еще и вентилятор небольшого размера.
Ствол хотенда – полая металлическая трубка, соединяющая радиатор и нагревательный элемент. Изготавливается из нержавеющей стали из-за ее низкой теплопроводности.
Вот как выглядит деталь в разрезе и ее с размерами под пруток Ø 1,75 мм.
Тонкая часть трубки служит термобарьером и предотвращает распространение тепла в верхнюю часть экструдера. Важно, чтобы филамент не начал плавиться раньше времени, ведь в этом случае прутку придется толкать слишком много вязкой массы. В результате увеличивается сила трения, и забиваются трубка и сопло.
Если вы сами просверлили деталь, нужно отполировать отверстие ствола. Для черновой шлифовки подойдет мелкая наждачная бумага «нулевка», закрепленная скотчем на сверле меньшего диаметра.
Обязательна чистовая полировка до зеркального блеска (нитью и пастой ГОИ № 1), затем полезно прожарить отверстие подсолнечным маслом для уменьшения силы трения. Чтобы предотвратить слишком раннее разогревание пластика, можно покрыть нижнюю часть трубки, находящейся в радиаторе, тонким слоем термопасты.
Еще одна возможная проблема: расплавленный пластик под давлением поступающего прутка может просочиться вверх и остыть в зоне охлаждения, что приведет к забиванию ствола и прекращению печати. Бороться с этим можно с помощью тефлоновой изоляционной трубки, которая вставляется в ствол хотэнда до зоны начала разогрева филамента.
Нагреватель
Пластина нагревателя
В качестве нагревательного элемента используется алюминиевая пластина. Если вам не удалось найти подходящего по размеру толстого бруска, вполне подойдет алюминиевая полоса толщиной 4 мм, которую можно приобрести в магазинах стройматериалов. В этом случае нагревательный элемент будет состоять из двух частей. Необходимо просверлить центральное отверстие для ствола хотэнда, и скрутив болтом, зажать всю конструкцию в тисках. Затем насверлить нужное количество отверстий для составляющих элементов нагревателя:
- болта крепления,
- двух резисторов,
- терморезистора.
Для нагревания пластины можно использовать керамический 12v нагреватель или резистор на 5 Ом. Но для нашего блока лучше подойдут два резистора на 10 Ом, так как они гораздо меньше по размеру, а соединение параллельно как раз и даст нужное сопротивление в 5–6 Ом.
Контролировать температуру будет NTS-термистор 100 кОм марки B57560G104F, с максимальной рабочей температурой 300 °C. Терморезисторы с меньшим сопротивлением использовать нельзя, они, как правило, обладают большой погрешностью при высоких температурах.
Необходимо обеспечить плотное соединение резисторов с пластиной, так как воздушная прослойка тормозит нагревание. Здесь важно правильно выбрать герметик. Лучше всего использовать керамико-полимерные пасты (КПДТ), рабочая температура которых не менее 250 °C. Для дополнительной теплоизоляции неплохо весь hot-end замотать стеклотканью.
Сопло
Глухая гайка с закругленным концом идеально подойдет для изготовления сопла. Лучше взять деталь из меди или латуни, так как эти металлы относительно легко обрабатываются. Нужно закрепить в тисках болт, накрутить на него гайку и просверлить в центре закругления отверстие нужного диаметра.
Сделать это можно так: на сверло, зажатое в обычную дрель, закрепить цанговый патрон со сверлышком нужного диаметра. Получается интересная конструкция.
Наиболее удачным считается отверстие 0,4 мм, так как при меньшем диаметре замедляется скорость, а при большем – страдает качество печати.
Вот еще один способ просверлить сопло (видео на английском).
Как видите, изготовить экструдер для 3-d принтера своими руками достаточно сложно. Но если вы знаете, что сделать какую-то деталь самостоятельно не удастся из-за отсутствия необходимых материалов или инструментов, необязательно приобретать готовый комплект полностью, можно купить отдельно любую часть экструдера и продолжить работу.
Печатайте с удовольствием.
Когда дело касается настольных 3d принтеров, мы можем наблюдать, что цены на эти устройства в течение последних нескольких лет значительно упали. Сейчас практически каждый желающий может позволить себе приобрести такое устройство и сделать его частью своей жизни, создавая самые разнообразные трехмерные изделия. Существует лишь одно препятствие, которое становится причиной отказа в покупке 3d принтера – это стоимость материала. Сейчас специалисты побороли эту проблему и сконструировали устройство, позволяющее создавать рабочий материал прямо у себя дома, а его цена, по сравнению со стандартной, выглядит просто смешной.
Средняя цена на пластиковую нить составляет порядка 40 долларов за килограмм. Те люди, кто активно пользуются 3d принтерами, прекрасно знают, что такое количество может быть использовано в течение всего пары дней. Если произвести простые математические расчеты и умножить данную стоимость на недели, месяцы или годы, можно получить в итоге довольно кругленькую сумму.
В последнее время компании озаботились данным вопросом и начали создавать специальные устройства, которые могут снизить цену нити с десятков долларов, до единиц. Эти машины создают рабочий материал путем переплавки специальных пластиковых гранул, с последующей намоткой готовой нити на катушку. Гранулы получить гораздо проще, а соответственно это помогает снизить конечную стоимость эксплуатации 3d принтеров.
Совсем скоро компания 3devo представит миру свое изделие, ранее зарегистрированное на площадке Kickstarter. NEXT 1.0 – это одна из тех машин, которая позволит создавать нити для FFF/FDM принтеров прямо у себя дома.
“Машины для создания материала для FFF/FDM представлены самыми различными компаниями, но 3devo отличается от других тем, что уделяют внимание мелочам и качеству конечного продукта, а также материалу, который будет изготавливаться в процессе эксплуатации. В отличие от других аналогичных устройств, которые создают некачественную нить, с неплотной структурой, NEXT 1.0 предназначен для изготовления профессионального материала. Эта нить в последующем может с легкостью наматываться сразу на катушку 3d принтеров, что позволяет добиться действительно невероятных результатов. 3devo делают все максимально возможное и невозможное, чтобы сделать вашу жизнь действительно комфортной”, — рассказывает Лукас ван Лиувен (Lucas van Leeuwen).
NEXT 1.0 имеет 7 основных функций, которые, по словам специалистов компании, выделяют его среди остальных подобных устройств:
- Создание высококачественной нити – специальная система последовательной экструзии позволяет легко транспортировать гранулы внутрь устройства и превращать их в плотные нити.
- Система трехмерного обогрева – в отличие от других устройств для создания FDM/FFF нити в домашних условиях, NEXT 1.0 оснащен тремя зонами обогрева, а температура каждой из них может быть отрегулирована независимо друг от друга.
- Встроенный датчик Хоппера – он напомнит пользователю о том, что гранулы заканчиваются и пора позаботиться о дозаправке.
- Система управления диаметром – пользователь самостоятельно выбирает диаметр изготавливаемой нити.
- Система автоматической намотки готовой нити.
- Возможность легкой и быстрой заменой катушки.
- Доступный и понятный пользовательский интерфейс, которым могут пользоваться даже люди, использующие устройство впервые.
Создание машин для генерации FDM-нити – это не только предоставление пользователям возможности сэкономить, но и очередной шаг в развитии 3d технологий. В дальнейшем, 3devo хотят добавить возможность
Экструдер является одним из самых важных узлов 3D принтера. От его работы зависит не только качество печатаемой детали, но и успех процесса 3D печати в целом. Ведь известны случаи, когда процесс печати на 3D принтера аварийно прерывается именно из-за неполадок в механизме экструдера 3D принтера, заставляя выбрасывать в мусорную корзину уйму дорогущего пластика.
Именно поэтому создавая экструдер для 3D принтера своими руками, нужно подойти максимально ответственно к этому процессу. И не смотря на то, что экструдер 3D принтера представляет собой довольно примитивную конструкцию, малейший недочет в ней может привести к описанным выше неприятным последствиям.
Я все откладывал и откладывал изготовление экструдера, но вот мой 3D принтер уже почти готов, а экструдера все нет! Откладывать больше нельзя, поэтому начинаем делать экструдер 3D принтера своими руками.
Основная задача экструдера 3D принтера — подача прутка в разогретое сопло (HotEnd). Количество подаваемого пластика должно очень точно совпадать с рассчитанным в слайсере (специальной программе для нарезки печатаемой детали на слои). Если пластика будет подаваться больше, чем надо, деталь получится неровной, волнистой. Ее может вовсе сорвать со стола, если сопло в процессе печати ударится об излишки пластика, которого вообще не должно там быть. Если пластика будет подаваться меньше, чем надо, то слои могут вообще не склеиться между собой, и у печатаемой детали будет одна дорога — в мусорную корзину. Если, конечно, у вас нет собственного . С таким экструдером испорченную деталь можно размолоть на гранулы и надавить из нее пруток повторно.
Еще экструдер может случайно перегрызть пруток. Его может заклинить в канале подачи. В общем, с ним может произойти все, что угодно! Всего и не предусмотришь. Поэтому иногда даже не хочется браться за изготовление экструдера для 3D принтера, но деваться некуда — делать придется!
Конструкция экструдера проста до безобразия. Шаговый двигатель с надетым на его вал зубчатым колесиком проталкивает пластиковый пруток в трубочку. Чтобы колесико не проскальзывало по прутку, его поджимают с другой стороны другой штучкой, обычно подпружиненной.
У меня в качестве зубчатого колесика под рукой оказалась обычная латунная шестеренка. Я пробовал использовать пластиковую шестеренку, но она никак не хотела цеплять пластиковый пруток, и постоянно проскальзывала. Отсюда я сделал вывод, что толкатель прутка должен быть обязательно металлическим, чтобы зубчики вгрызались в пластик.
Но тут есть и опасность. Если мы будем слишком сильно вгрызаться в пруток, то есть вероятность его перегрызть! Поэтому, конечно, хорошо бы иметь колесико с остренькими, но как можно более маленькими зубчиками
В интернете я встречал варианты изготовления экструдера для 3D принтера своими руками, где в шестеренке экструдера протачивали полукруглую канавку. Так по идее должна была увеличиться площадь соприкосновения, да и пруток будет зафиксирован и не съедет никуда с такого экструдера. Я тоже попробовал проточить свою шестеренку, но в результате получил проскальзывание прутка. Еще бы — ведь я в итоге просто сточил остренькие зубчики, и они перестали вгрызаться в пластиковый пруток.
Хорошо у меня был второй моторчик с такой же шестеренкой. На нем я заточил зубчики поострее при помощи надфиля. Но для более острого колесика пришлось ослабить поджим прутка пружинкой, чтобы его зубчики не перекусили пополам.
Шаговый двигатель для экструдера 3D принтера я взял из старого принтера. Маркировка его указана на фото. Угол поворота на один шаг у него оказался 3,6°, поэтому на один оборот он делает всего 100 шагов. Это обязательно надо учитывать при настройке экструдера 3D принтера в прошивке контроллера управления.
Также делая экструдер 3D принтера своими руками никак нельзя рассчитать подачу на один оборот шагового двигателя. Если померить диаметр шестеренки экструдера и применить формулу L = π*D, то мы получим лишь примерное расстояние, которое пройдет пруток пластика при полном обороте подающей шестеренки. Тут совершенно не учитывается глубина «вгрызания» зубчиков в пластик. А какая это глубина — да кто ж его знает! У меня по расчетам получилась подача 28 мм на один оборот, а экспериментально я подобрал что-то около 23 мм.
Теперь про то, куда подается пруток. В своей статье про я писал о том, что для максимального облегчения печатающей головки я решил сделать выносной экструдер с подачей через фторопластовую трубку. Это так называемый Экструдер Боудена (экструдер Эрика Боудена). С такой конструкцией экструдера 3D принтера можно добиться максимальных скоростей печати с высоким качеством, потому как приводным механизмам 3D принтера не придется таскать тяжелые шаговые двигатели.
Любой из принтеров 3D обладает своими особенностями конструкции. Основным в таких устройствах является , его еще называют печатающей головкой. Роль головки в работе принтера предельно проста. Ее роль в выдавливании пластика через сопло, в следствии чего, складывается рисунок в трехмерном формате. Возникает закономерный вопрос: возможно ли сделать своими руками?
Какие особенности в этих устройствах
Во время работы принтера с использованием 3D технологий, как правило, используется нитевидный . Он есть разных видов, но для таких принтеров в основном берут PLA или ABS. Но, большой выбор исходного материала мало влияет на конструкцию печатающей головки, как правило, разными производителями они изготовляются по схожему типу. Вот какая конструкция экструдера у современного 3d принтера поступает в продажу:
- Cool-end это блок подающий филамент. В его конструкции обязательно присутствуют несколько шестерней и электрический мотор. Пластиковую нить из соответственной катушки извлекают от процесса вращения шестерней, далее она проходит через нагревательный элемент, где на пластик воздействует высокая температура и он становится мягким. Это позволяет далее это вязкий пластик выдавливать посредством использования сопла и придавать ему необходимые очертания.
- Другой hot-end блок это сопло со своим нагревательным элементом. При его изготовлении используют алюминиевые или латунные сплавы. Этому блоку присуща очень высокая тепло проводимость. В составе компонента нагревания встроена проволочная спираль, два резистора, и термопара для регулировки температуры нагревания прибора. При работе hot-end нагревается и тем самым, проходит процесс плавления пластика. Очень важным моментом в работе обеох блоков является охлаждение рабочих платформ. Это обеспечивает специальная термоизолирующая вставка между блоками.
Возможно ли сделать самодельный экструдер для 3d принтера
Если вы все-таки решились самостоятельно смастерить экструдер к 3d принтеру, необходимо выбрать двигатель. Но, здесь возможно применение и старых моторов от принтера или сканера (рабочий, естественно). Если вы не уверены, с каким именно мотором лучше всего будет работать самодельный экструдер для 3d принтера форум со специалистами, в этой области, поможет вам во всем разобраться. Чтобы закрепить двигатель, необходим корпус из подходящего материала, хот-энд, а так же ролик – его функция прижимание. Чтобы сделать сам корпус, могут быть использованы разные материалы, как и его форму, вы можете сделать по своему усмотрению. Для регулирования прижимного ролика обязательно использовать пружину, так как по толщине прутик не обязательно идеально соответствует требованиям. Материал обязательно сцепляется с подающим компонентом. Но оно так же нельзя делать тесным, так как в этом случае частички пластика могут отколоться в процессе печати.
Хот-энд вы можете приобрести, хотя это и не самое дешевое приобретение, в таком случае самодельный экструдер для 3д принтера станет неплохим вложением денег. Хотя вы можете найти и изучить его чертежи и сделать самому. Итак, из алюминиевого сплава создают радиаторы, он необходим для отведения теплого воздуха от ствола прибора. Тогда можно будет легко избежать чрезмерного перегрева устройства во время печати. Очень практично использование светодиодного радиатора, а охлаждение производить вентилятором. Для создания ствола хот-энда используется полая трубка из металла. Она соединяет радиатор с нагревательным элементом.
Для самостоятельного конструирования элемента нагревания в 3d-экструдере выбирается пластина из алюминиевых сплавов. В этой пластине сверлите дырку для того, чтобы закрепить хот-энд. После чего просверливаются отверстия для болтов крепления, резистора и терморезистора. Резистор нагревает пластину, а терморезистор, как раз эту температуру нагревания регулирует. Для создания сопла, как правило, используется гайка с закруглённым концом. Проще всего поддается обработке гайка из латунного или медного сплава. Болт закрепляется тисками, после чего накручиваете на него гайку и сверлите в центре отверстие. Это и есть способ не слишком хлопотного создания экструдера в домашних или полевых условиях.
Для некоторых моделей таких принтеров в оснащение входят два экструдера, это дает возможность печати изображения в двух цветах или создавать структуры из растворимого полимера. Но, если у вас получилось сделать один экструдер для 3d принтера своими руками то и двойной смастерить так же станет возможным.
