Экструдер для самостоятельного изготовления филамента. Домашнее производство прутка или экономика должна быть экономной Какие особенности в этих устройствах

Продолжим на тему того, каким образом филамент подается в зону плавления (HotEnd"а).

На фото классический репраповский экструдер - родоначальник всех 3d-печатающих механизмов у самодельщиков.

Стоит отметить тот факт, что редуктор (с отношением не менее1:5) обязательно нужен для привода филамента диаметром 3,0 мм. Назначение редуктора - повысить момент на валу за счет уменьшения частоты вращения. Другими словами, будет крутить сильнее, но медленнее, а нам, как раз, большая частота вращения и не нужна - пластик должен успевать плавиться.
Если имеем дело с прутком 1,75 мм либо еще меньшего диаметра, то редуктор нам делать необязательно. Хотя, если используется совсем слабый двигатель (например, от старого принтера Epson, который я использовал поначалу), то редуктор все-таки придется делать.

На фото как раз такой двигатель и экструдер, сделанный на его основе из деталей от старых принтеров.

В промышленных 3D-принтерах экструдер выглядит очень даже похоже:

На фото сердце принтера компании Stratasys - тех самых товарищей, которые и придумали (и запатентовали) технологию печати расплавленным пластиком.

Есть, конечно, и более навороченные варианты, но они сложноваты в реализации, поэтому не годятся для самостоятельного (кустарного) изготовления:

Так как пластик 3 мм значительно (!) дешевле более тонких вариантов (к тому же распространеннее), то и привод мы будем делать, рассчитывая на более тостый филамент. А уже пластик 1,75 (и подобные) мы сможем "толкать" этим экструдером вообще без проблем. В этом случае потребуется лишь небольшая модификация хотэнда (об этом позже).

Итак.

Для начала нам нужен двигатель. Причем шаговый и очень желательно биполярный, иначе с управлением придется повозиться. Отличить его от униполярного (еще одна разновидность шаговиков) можно по количеству выводов. Их должно быть 4. В этом случае можно будет использовать типовой драйвер управления (Pololu). Схема такого двигателя:

Цвет проводов может быть абсолютно любым, поэтому проверяем где какие обмотки тестером. По поводу начала/конца обмотки - это мы будем определять экспериментально при подключении и движка.

В принципе, можно подключить и двигатель, который имеет 6 выводов - главное правильно определить где какие обмотки, после чего просто останется 2 ненужных провода, которые можно просто отрезать.

В данном случае у нас останутся неподключенными "желтый" и "белый" провода.

Из старых принтеров можно наковырять много полезного, но движки там стоят очень слабые, особенно в новых струйниках, поэтому годятся для применения только с редукторами с очень большим передаточным отношением. Вот пример таких двигателей:

Из всего этого многообразия для использования в качестве привода филамента пойдет разве что Epson EM-257 - он как раз имеет нужное количество выводов (4), а также более-менее неплохой момент на валу. Вот еще несколько подобных двигателей:

Они конечно слабоваты для нашей цели, и, в идеале, лучше использовать аналог Nema17 (тот, что применяется в оригинальном репрапе), зато их можно купить за копейки на любом радиорынке или выковырять из старого железа. К слову - не стоит брать за основу экструдера советские ДШИ-200, которые очень популярны у станкостроителей, т.к. они слишком тяжелые, чтобы их тягать в качестве печатающей головы.

Из доступных в России можно выделить сайт магазина "Электропривод" , на котором продают аналог Nema17 - FL42STH. Я выбрал для принтера двигатели FL42STH47-1684A, которые прекрасно подходят не только для экструдера, но и для привода всех осей.

Теперь нам необходим редуктор.

Понятно, что, чем меньше его габариты, тем лучше для нас - меньше будет общая масса печатающей головки, соответственно и скорость позиционирования (как и скорость печати в целом) будет выше.

Изначально планировалось использовать шаговый двигатель с планетарным редуктором промышленного изготовления, наподобие вот такого:

Но найти его в России по нормальной цене просто нереально, да и в Китае они продаются совсем не по доступным средствам, поэтому, как всегда, все своими силами.

Для себя я определил (в итоге) идеальный вариант - планетарный редуктор, вытащенный из старого шуруповерта, переделанный для использования с шаговым двигателем.

Донор выглядит примерно так как на фото. А в разобранном виде что-то вроде:

Фото не мое, но принципиально эти планетарные редукторы сильно друг от друга не отличаются. Поэтому ищем дохлый шуруповерт и вперед - разбирать.

Как и раньше, нам понадобится толковый токарь, который поможет насадить приводную шестерню от оригинального шуруповертного движка на наш шаговик. Также необходимо будет выточить крышку-корпус для подшипника выходного вала. Фотографии моего варианта выложу позже (придется разобрать готовый экструдер). Можно, в принципе, сделать чертеж крышки, которая была выточена из алюминия, хотя токарю обычно хватает простого объяснения "на пальцах" чего именно мы хотим от него получить.

Вроде бы пора брать фотоаппарат в руки и начинать детальную фотосессию всех тонкостей процесса, а то в интернете кончились картинки, которые идеально подойдут к моему описанию.

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.

Каждый 3D-принтер имеет конструктивные особенности. Главную роль в любом устройстве играет экструдер 3d, второе название которого – печатающая головка. Суть ее работы проста: она выдавливает пластик через специальное сопло, благодаря чему и складывается трехмерный рисунок.

Особенности конструкции

3D-принтер работает на основе нитевидного пластика нескольких видов, но чаще всего применяются пластик ABS и PLA. И несмотря на разнообразие расходных материалов, все печатающие головки создаются по одному принципу и мало чем отличаются друг от друга. Устройство экструдера 3d принтера следующее:

• Блок cool-end подает филамент. Он включает в себя шестерни и привод от электрического мотора, а также прижимной механизм. Под воздействием вращения шестерни из катушки извлекается пластиковая нить, пропускается в нагреватель, где под воздействием высокой температуры пластик становится вязким. Такая структура дает возможность выдавить нить через сопло, чтобы придать ей нужную форму.
• Блок hot-end представляет собой сопло с нагревателем. Для его создания используются латунь или алюминий, отличающиеся высокой теплопроводностью. В состав нагревательного элемента также входят спираль из нихромовой проволоки, пара резисторов, термопары, регулирующие температуру. Во время работы hot-end разогревается, за счет чего и происходит плавление пластика. Важную роль играет своевременное охлаждение рабочей платформы, что обеспечивается специальной термоизолирующей вставкой между hot-end и cool-end.

Разновидностью печатающей головки является боуден экструдер, который отличается тем, что hot-end и cool-end разнесены с точки зрения расположения: нагреватель с соплом располагаются на печатающей голпринтер промышленныйовке, в то время как подающее устройство расположено на раме принтера. Пластиковая нить подается посредством длинной тефлоновой трубки. Главное ее назначение – оберегать нить от возможных изгибов, чтобы она подавалась в hot-endс оптимальной скоростью и давлением. Боуден экструдер хорош тем, что позволяет сделать меньше и легче печатающую головку, но с другой стороны, передача пластика к соплу не так надежна.

Как выбирать экструдер?

Экструдер для 3d принтера нужно выбирать правильно, учитывая несколько важных моментов:

1. Материал . современные печатающие головки оснащаются литыми элементами или созданными на основе 3d-печати. Конечно, литые модификации отличаются прочностью, что особенно важно для участков, на которые приходится большая нагрузка. С другой стороны, напечатанные на 3D-принтере детали гораздо дешевле.
2. Подача филамента . Качество этого механизма играет важную роль, поскольку нить должна подаваться к нагревателю постоянно и аккуратно. Только так можно обеспечить бесперебойную печать. Во время пути к соплу пластик может запутаться, поэтому нужно выбирать принтеры с электрическим двигателем высокой мощности – так запутывания можно свести к минимуму.
3. Тип подающего ролика . Очень часто в результате плохого сцепления материала с подающим роликом нить начинает проскальзывать. Особенно часто такие ситуации возникают при использовании нейлоновой нити на тех устройствах, где можно применять только ABS или PLA-пластик.
4. Размер сопла . Экструдер может оснащаться соплами разного диаметра. Важную роль при выборе играет назначение самих изделий. Например, если объекты должны быть тщательно и детализированно прорисованы, то сопло выбираются меньшего диаметра. Чем меньше сопло, тем выше вероятность его засорения, поэтому лучшее выдавливание пластика обеспечивается при мощном электрическом двигателе.

Как сделать своими руками

Чтобы сделать экструдер для 3D-принтера экструдер своими руками, потребуется подобрать шаговый двигатель. Однако в этом качестве можно использовать и моторы от старых сканеров или принтеров. Для крепления двигателя потребуется корпус, прижимной ролик и хот-энд. Корпус создается из разных материалов, при этом его конструкция может быть самой разной. Прижимной ролик должен регулироваться пружиной, поскольку толщина прутка не всегда идеальна. Материал сцепляется с подающим механизмом, но сцепление не должно быть слишком сильным – в ином случае кусочки пластика будут откалываться.

Хот-энд можно купить (покупка обойдется примерно в 100 долларов), а можно скачать чертежи и создать его самостоятельно. Радиатор создается из алюминия и нужен для того, чтобы отвести тепло от ствола хот-энда. Это позволит предотвратить преждевременное нагревание материала для печати. Хорошее решение – светодиодный радиатор, а охлаждение выполнять посредством вентилятора. Ствол хот-энда создается из полой металлической трубки, которая служит для соединения радиатора и нагревательного элемента.

Тонкая часть трубки – это термобарьер, который исключает попадание тепла в верхнюю часть экструдера. Главное в хот-энде – добиться того, чтобы филамент не плавился раньше времени, что приведет к засорению сопла.

Нагревательный элемент в 3d-экструдере своими руками создается из алюминиевой пластины. В ней сверлится отверстие для крепления ствола хот-энда, затем сверлятся еще отверстия для болта крепления, резисторов, терморезистора. Пластина нагревается резистором, а задача темистора – регулировать рабочую температуру. Сопло можно создать из глухой гайки с закругленным концом. Лучше, если гайка латунная или медная – эти металлы отличаются простотой обработки. В тисках крепится болт, затем на него накручивается гайка, а в центре сверлится отверстие. Таким образом, легко создается экструдер в домашних условиях.

Некоторые модели принтеров оснащаются двойными экструдерами – это позволяет печатать двухцветные объекты или создавать структуры поддержки из растворимого полимера. То есть одновременно на таком устройстве можно использовать сразу два вида пластика. Правда, одновременная печать все равно невозможна, поэтому каждый экструдер задействуется в случае необходимости.

В настоящее время самая доступная цена на пластиковую нить для 3D принтеров составляет более 20$ за 1 кг, стоимость филамента от надежных производителей или с какими-либо особенными характеристиками (цвет, добавки) достигает 50$.

Таким образом, при печати 3D моделей, снижение расхода материала и его стоимости становятся ключевыми факторами повышения экономичности и, соответственно, доходности 3D печати.

Экструдер Лимана

Первым публичным шагом к этому стало объявленное в марте 2013 года изобретение с открытым источником – экструдер для самостоятельного создания пластиковой нити для 3D принтеров. Изобретатель Хью Лиман представил свою машину на конкурс и выиграл главный приз от фонда Кауфмана и Maker Faire. Одним из главных условий конкурса была цена устройства – не более 250$. Победивший экструдер позволяет выдавливать нить диаметром 1,75 или 3 мм с погрешностью в 0,01мм, причем это был уже второй вариант представленного устройства, первый не прошел по цене. Изобретение Лимана с открытым исходным кодом, что позволяет любому использовать и строить его.

С помощью самодельного экструдера, вы сможете экономить до 80%. Качественный филамент стоит около 50$ за 1 кг, тогда как покупка килограмма гранул обойдется только в 10$. А если вы покупаете упаковку гранул в 25 кг, то каждый килограмм обойдется всего в 5$.

Экструдер Фишера

Вдохновленный экструдером Лимана, Бен Фишлер из Сан-Диего (Калифорния) решил попробовать создать простую в использовании версию для пользователей. STRUdittle является ультра-компактным устройством и может делать нити из ABS пластика со скоростью экструзии 30-60 см в мин.

Точность на экструдере достаточно высокая:

• Погрешность 0,05 мм при свободном выводе филамента;
• Погрешность 0,03 мм при использовании автоматически сматывающей готовую нить катушки.

Проект Фишлера запущен на Kickstarter для того, чтобы сделать этот продукт доступным для масс. Необходимые средства уже собраны, и комплектное устройство предлагается участникам со финансирования по 385$. Причем, кроме полного комплекта, уже имеющим подобный экструдер также предлагается отдельно только механизм для автоматического сматывания филамента за 100$. А само устройство поставляется с размерами сопла по выбору заказчика, в том числе вообще без него – для изготовления материалов нестандартных размеров.

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:

1. 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.
2. 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.