Екструдер для самостійного виготовлення філаменту. Домашнє виробництво прутка чи економіка має бути економною Які особливості у цих пристроях

Продовжимо на тему того, як філамент подається в зону плавлення (HotEnd"а).

На фото класичний репрапівський екструдер - родоначальник усіх 3d-друкарських механізмів у саморобників.

Варто відзначити той факт, що редуктор (з ставленням не менше 1:5) обов'язковопотрібний для приводу філаменту діаметром 3,0 мм. Призначення редуктора – підвищити момент на валу за рахунок зменшення частоти обертання. Іншими словами, крутитиме сильніше, але повільніше, а нам, як раз, велика частота обертання і не потрібна - пластик повинен встигати плавитися.
Якщо маємо справу із прутком 1,75 мм або ще меншого діаметра, то редуктор нам робити необов'язково. Хоча, якщо використовується зовсім слабкий двигун (наприклад, від старого принтера Epson, який я використав спочатку), то редуктор таки доведеться робити.

На фото саме такий двигун і екструдер, зроблений на його основі з деталей від старих принтерів.

У промислових 3D-принтерах екструдер виглядає дуже схоже:

На фото серце принтера компанії Stratasys - тих самих товаришів, які і вигадали (і запатентували) технологію друку розплавленим пластиком.

Є, звичайно, і більш наворочені варіанти, але вони складні в реалізації, тому не годяться для самостійного (кустарного) виготовлення:

Так як пластик 3 мм значно (!) Дешевше тонших варіантів (до того ж поширеніший), то і привід ми будемо робити, розраховуючи на більш тостий філамент. А вже пластик 1,75 (і подібні) ми зможемо штовхати цим екструдером взагалі без проблем. В цьому випадку знадобиться лише невелика модифікація хотенду (про це пізніше).

Отже.

Для початку нам потрібний двигун. Причому кроковий і дуже бажано біполярний, інакше з керуванням доведеться повозитись. Відрізнити його від уніполярного (ще один різновид кроковиків) можна за кількістю висновків. Їх має бути 4. У цьому випадку можна використовувати типовий драйвер управління (Pololu). Схема такого двигуна:

Колір проводів може бути абсолютно будь-яким, тому перевіряємо де якісь обмотки тестером. З приводу початку/кінця обмотки - це ми визначатимемо експериментально при підключенні та движку.

В принципі, можна підключити і двигун, який має 6 висновків – головне правильно визначити де які обмотки, після чого просто залишиться 2 непотрібні дроти, які можна просто відрізати.

В даному випадку у нас залишаться непідключеними "жовтий" та "білий" дроти.

Зі старих принтерів можна наколупати багато корисного, але двигуни там стоять дуже слабкі, особливо в нових струминниках, тому годяться для застосування тільки з редукторами з дуже великим передатним ставленням. Ось приклад таких двигунів:

З усього цього різноманіття для використання як привод філаменту піде хіба що Epson EM-257 - він має необхідну кількість висновків (4), а також більш-менш непоганий момент на валу. Ось ще кілька подібних двигунів:

Вони звичайно слабкі для нашої мети, і, в ідеалі, краще використовувати аналог Nema17 (той, що застосовується в оригінальному репрапі), зате їх можна купити за копійки на будь-якому радіоринку або виколупати зі старого заліза. До речі, не варто брати за основу екструдера радянські ДШІ-200, які дуже популярні у верстатобудівників, т.к. вони надто важкі, щоб їх тягати як друкуючу голову.

З доступних у Росії можна виділити сайт магазину "Електропривід", на якому продають аналог Nema17 – FL42STH. Я вибрав для принтера двигуни FL42STH47-1684A, які чудово підходять не тільки для екструдера, а й для приводу всіх осей.

Тепер нам потрібний редуктор.

Зрозуміло, що чим менше його габарити, тим краще для нас – менше буде загальна маса друкуючої голівки, відповідно і швидкість позиціонування (як і швидкість друку загалом) буде вищою.

Спочатку планувалося використовувати кроковий двигун з планетарним редуктором промислового виготовлення, на кшталт такого:

Але знайти його в Росії за нормальною ціною просто нереально, та й у Китаї вони продаються зовсім не за доступним засобамтому, як завжди, все самотужки.

Для себе я визначив (в результаті) ідеальний варіант – планетарний редуктор, витягнутий зі старого шуруповерта, перероблений для використання з кроковим двигуном.

Донор виглядає приблизно так, як на фото. А в розібраному вигляді щось на кшталт:

Фото не моє, але ці планетарні редуктори сильно один від одного не відрізняються. Тому шукаємо дохлий шуруповерт і вперед розбирати.

Як і раніше, нам знадобиться тямущий токар, який допоможе насадити приводну шестерню від оригінального шуруповертного двигуна на наш кроковик. Також необхідно виточити кришку-корпус для підшипника вихідного валу. Фотографії мого варіанту викладу пізніше (доведеться розібрати готовий екструдер). Можна, в принципі, зробити креслення кришки, яка була виточена з алюмінію, хоча токар зазвичай вистачає простого пояснення "на пальцях" чого саме ми хочемо від нього отримати.

Начебто час брати фотоапарат в руки і починати детальну фотосесію всіх тонкощів процесу, а то в інтернеті скінчилися картинки, які ідеально підійдуть до мого опису.

Техаська компанія re:3D приймає попередні замовлення на великоформатні FDM 3D-принтери Gigabot нового покоління та спеціалізовані екструдери для друку гранульованими пластиками.

На Kickstarter невеликий, але процвітаючий виробник з Остіна виходить втретє, встигнувши провести краудфандингові кампанії на підтримку 3D-принтера Gigabot в 2013 році, а потім Open Gigabot в 2015. Як підказує назва лінійки, підприємство спеціалізується на крупноформатних 3.

Не став винятком і новий апарат Gigabot X – насправді варіант флагманського Gigabot 3+, але з новим екструдером. В даний час компанія випускає три варіанти 3D-принтера третього покоління, що відрізняються розміром області побудови - 590х600х600 мм (Gigabot 3+), 590x760x600 мм (Gigabot 3+ XL) та 590х760х900 мм (Gigabot 3+ XL).

Інженери re:3D спочатку орієнтувалися створення систем для 3D-печати пластиковими відходами, і з міркувань екологічності, а й економії. Розробники поступово просуваються до мети, а наступний етап – перехід на друк гранулятом, адже собівартість філаменту в порівнянні з гранульованим пластиком тієї ж маси легко виростає на порядок. Крім того, гранульований пластик доступний у більш багатому асортименті, ніж готові філаменти.

Кожен 3D-принтер має конструктивні особливості. Головну рольу будь-якому пристрої грає екструдер 3d, друга назва якого – друкуюча головка. Суть її роботи проста: вона видавлює пластик через спеціальне сопло, завдяки чому складається тривимірний малюнок.

Особливості конструкції

3D-принтер працює на основі ниткоподібного пластику кількох видів, але найчастіше застосовуються пластик ABS та PLA. І незважаючи на різноманітність витратних матеріалів, всі друкуючі голівки створюються за одним принципом і мало чим відрізняються один від одного. Пристрій екструдера 3d принтеранаступне:

• Блок cool-endподає філамент. Він включає шестерні і привід від електричного мотора, а також притискний механізм. Під впливом обертання шестірні з котушки витягується пластикова нитка, пропускається в нагрівач, де під впливом високої температури пластик стає в'язким. Така структура дозволяє видавити нитку через сопло, щоб надати їй потрібної форми.
• Блок hot-endє сопло з нагрівачем. Для його створення використовуються латунь чи алюміній, що відрізняються високою теплопровідністю. До складу нагрівального елемента також входять спіраль з ніхромового дроту, пари резисторів, термопари, що регулюють температуру. Під час роботи hot-end розігрівається, за рахунок чого відбувається плавлення пластику. Важливу роль грає своєчасне охолодження робочої платформи, що забезпечується спеціальною термоізолюючою вставкою між hot-end та cool-end.

Різновидом друкувальної головки є боуден екструдер, який відрізняється тим, що hot-end і cool-end рознесені з точки зору розташування: нагрівач з соплом розташовуються на друкуючому голпринтері промисловий, в той час як пристрій, що подає, розташований на рамі принтера. Пластикова нитка подається за допомогою довгої трубки. Головне її призначення - оберігати нитку від можливих згинів, щоб вона подавалася в hot-end з оптимальною швидкістю та тиском. Боуден екструдер хороший тим, що дозволяє зробити менше і легше друкуючу голівку, але з іншого боку, передача пластика до сопла не така надійна.

Як вибирати екструдер?

Екструдер для 3d принтера потрібно вибирати правильно з огляду на кілька важливих моментів:

1. Матеріал. сучасні друкуючі головки оснащуються литими елементами або створеними на основі 3d-друку. Звичайно, литі модифікації відрізняються міцністю, що особливо важливо для ділянок, на які припадає велике навантаження. З іншого боку, надруковані на 3D-принтері деталі набагато дешевші.
2. Подання філаменту. Якість цього механізму відіграє важливу роль, оскільки нитка повинна подаватися до нагрівача постійно та акуратно. Тільки так можна забезпечити безперебійний друк. Під час шляху до сопла пластик може заплутатися, тому потрібно вибирати принтери. електричним двигуномвисокої потужності – так заплутування можна звести до мінімуму.
3. Тип ролика, що подає. Дуже часто в результаті поганого зчеплення матеріалу з роликом, що подає, нитка починає прослизати. Особливо часто такі ситуації виникають при використанні нейлонової нитки на тих пристроях, де можна застосовувати лише ABS або PLA-пластик.
4. Розмір сопла. Екструдер може оснащуватися соплами різного діаметра. Важливу роль виборі грає призначення самих виробів. Наприклад, якщо об'єкти повинні бути ретельно та деталізовано промальовані, то сопло вибираються меншого діаметра. Чим менше сопло, тим вища ймовірність його засмічення, тому краще видавлювання пластику забезпечується за потужного електричного двигуна.

Як зробити своїми руками

Щоб зробити екструдер для 3D-принтера екструдер своїми руками, потрібно підібрати кроковий двигун. Однак у цій якості можна використовувати мотори від старих сканерів або принтерів. Для кріплення двигуна потрібно корпус, притискний ролик і хот-енд. Корпус створюється з різних матеріалів, при цьому його конструкція може бути різною. Притискний ролик повинен регулюватися пружиною, оскільки товщина дроту не завжди ідеальна. Матеріал зчіпляється з механізмом, що подає, але зчеплення не повинно бути занадто сильним - в іншому випадку шматочки пластику будуть відколюватися.

Хот-енд можна купити (купівля коштуватиме приблизно 100 доларів), а можна скачати креслення і створити його самостійно. Радіатор створюється з алюмінію та потрібен для того, щоб відвести тепло від ствола хот-енду. Це дозволить запобігти передчасному нагріванню матеріалу для друку. Хороше рішення- Світлодіодний радіатор, а охолодження виконувати за допомогою вентилятора. Стовбур хот-енду створюється з порожнистої металевої трубки, яка служить для з'єднання радіатора та нагрівального елемента.

Тонка частина трубки – це термобар'єр, який унеможливлює попадання тепла в верхню частинуекструдера. Головне в хот-енд - домогтися того, щоб філамент не плавився раніше часу, що призведе до засмічення сопла.

Нагрівальний елемент у 3d-екструдері своїми руками створюється з алюмінієвої пластини. У ній свердлиться отвір для кріплення ствола хот-енду, потім свердляться ще отвори для болта кріплення, резисторів, терморезистора. Пластина нагрівається резистором, а завдання темістора – регулювати робочу температуру. Сопло можна створити з глухої гайки із закругленим кінцем. Краще, якщо гайка латунна чи мідна – ці метали відрізняються простотою обробки. У лещатах кріпиться болт, потім на нього накручується гайка, а в центрі свердлиться отвір. Таким чином, легко створюється екструдер у домашніх умовах.

Деякі моделі принтерів оснащуються подвійними екструдерами – це дозволяє друкувати двоколірні об'єкти або створювати структури підтримки розчинного полімеру. Тобто одночасно на такому пристрої можна використовувати одразу два види пластику. Щоправда, одночасний друк все одно неможливий, тому кожен екструдер задіяний у разі потреби.

В даний час найдоступніша ціна на пластикову нитку для 3D принтерів складає більше 20 $ за 1 кг, вартість філаменту від надійних виробників або з будь-якими особливими характеристиками (колір, добавки) досягає 50 $.

Таким чином, під час друку 3D моделей, зниження витрати матеріалу та його вартості стають ключовими факторами підвищення економічності та, відповідно, прибутковості 3D друку.

Екструдер Лимана

Першим публічним кроком до цього став оголошений у березні 2013 року винахід з відкритим джерелом – екструдер для самостійного створеннянитки для 3D принтерів. Винахідник Х'ю Ліман представив свою машину на конкурс та виграв головний приз від фонду Кауфмана та Maker Faire. Однією з основних умов конкурсу була вартість пристрою – трохи більше 250$. Екструдер, що переміг, дозволяє видавлювати нитку діаметром 1,75 або 3 мм з похибкою в 0,01мм, причому це був вже другий варіант представленого пристрою, перший не пройшов за ціною. Винахід Лимана з відкритим вихідним кодом, що дозволяє будь-кому використовувати та будувати його.

За допомогою саморобного екструдера ви зможете заощаджувати до 80%. Якісний філамент коштує близько 50 $ за 1 кг, тоді як покупка кілограма гранул обійдеться лише в 10 $. А якщо ви купуєте упаковку гранул 25 кг, то кожен кілограм обійдеться всього в 5$.

Екструдер Фішера

Натхненний екструдером Лімана, Бен Фішлер із Сан-Дієго (Каліфорнія) вирішив спробувати створити просту у використанні версію для користувачів. STRUdittle є ультра-компактним пристроєм і може робити нитки з пластику ABS зі швидкістю екструзії 30-60 см в хв.

Точність на екструдері досить висока:

• Похибка 0,05 мм при вільному виведенні філаменту;
• Похибка 0,03 мм при використанні котушки, що автоматично змотує готову нитку.

Проект Фішлера запущений на Kickstarter, щоб зробити цей продукт доступним для мас. Необхідні кошти вже зібрані, і комплектний пристрій пропонується учасникам фінансування по 385 $. Причому, крім повного комплекту, вже має такий екструдер також пропонується окремо тільки механізм для автоматичного змотування філаменту за 100$. А сам пристрій поставляється з розмірами сопла на вибір замовника, у тому числі взагалі без нього – для виготовлення матеріалів нестандартних розмірів.

Будь-який з принтерів 3D має свої особливості конструкції. Основним у таких пристроях є його ще називають друкуючою головкою. Роль головки у роботі принтера дуже проста. Її участь у видавлюванні пластику через сопло, внаслідок чого складається малюнок у тривимірному форматі. Виникає закономірне питання: чи можна зробити своїми руками?

Які особливості у цих пристроях

Під час роботи принтера з використанням 3D технологій зазвичай використовується ниткоподібний . Він є різних видівале для таких принтерів в основному беруть PLA або ABS. Проте, великий вибір вихідного матеріалу мало впливає на конструкцію друкуючої головки, як правило, різними виробниками вони виготовляються за подібним типом. Ось яка конструкція екструдера у сучасного 3d принтера надходить у продаж:

1. Cool-end це блок філамент, що подає. У його конструкції обов'язково присутні кілька шестерень та електричний мотор. Пластикову нитку із відповідної котушки витягають від процесу обертання шестерень, далі вона проходить через нагрівальний елемент, де на пластик впливає висока температура і він стає м'яким. Це дозволяє далі в'язкий пластик видавлювати за допомогою використання сопла і надавати йому необхідні обриси.
2. Інший hot-end блок це сопло зі своїм нагрівальним елементом. При його виготовленні використовують алюмінієві або латунні метали. Цьому блоку властива дуже висока теплопровідність. У складі компонента нагрівання вбудована дротяна спіраль, два резистори, і термопара для регулювання температури нагрівання приладу. При роботі hot-end нагрівається і тим самим відбувається процес плавлення пластику. Дуже важливим моментому роботі обох блоків є охолодження робочих платформ. Це забезпечує спеціальна термоізолююча вставка між блоками.

Чи можливо зробити саморобний екструдер для 3d принтера

Якщо ви все-таки зважилися самостійно змайструвати екструдер до 3d-принтера, необхідно вибрати двигун. Але, тут можливе застосування і старих двигунів від принтера або сканера (робітник, звичайно). Якщо ви не впевнені, з яким саме двигуном найкраще працюватиме саморобний екструдердля 3d принтера форум зі спеціалістами, у цій галузі, допоможе вам у всьому розібратися. Щоб закріпити двигун, необхідний корпус із відповідного матеріалу, хот-енд, а також ролик – його функція притискання. Щоб зробити сам корпус, можуть бути використані різні матеріали, як і його форму, ви можете зробити на власний розсуд. Для регулювання притискного ролика обов'язково використовувати пружину, так як по товщині прутик не обов'язково ідеально відповідає вимогам. Матеріал обов'язково зчіпляється з компонентом, що подає. Але воно так само не можна робити тісним, тому що в цьому випадку частинки пластику можуть відколотися у процесі друку.

Хот-енд ви можете придбати, хоча це і не найдешевше придбання, у такому разі саморобний екструдер для 3д принтера стане непоганим вкладенням грошей. Хоча ви можете знайти та вивчити його креслення та зробити самому. Отже, із алюмінієвого сплаву створюють радіатори, він необхідний для відведення теплого повітря від ствола приладу. Тоді можна легко уникнути надмірного перегріву пристрою під час друку. Дуже практичне використання світлодіодного радіатора, а охолодження проводити вентилятором. Для створення ствола хот-енду використовується порожня трубка з металу. Вона з'єднує радіатор із нагрівальним елементом.

Для самостійного конструювання елемента нагрівання в 3d-екструдер вибирається пластина з алюмінієвих сплавів. У цій пластині свердліть дірку для того, щоб закріпити хот-енд. Після чого просвердлюються отвори для болтів кріплення, резистора та терморезистора. Резистор нагріває пластину, а терморезистор якраз цю температуру нагрівання регулює. Для створення сопла, як правило, використовується гайка із закругленим кінцем. Найпростіше піддається обробці гайка з латунного чи мідного металу. Болт закріплюється лещатами, після чого накручує на нього гайку і свердліть в центрі отвір. Це і є спосіб не надто клопіткого створення екструдера в домашніх чи польових умовах.

Для деяких моделей таких принтерів в оснащення входять два екструдери, це дає можливість друку зображення у двох кольорах або створювати структури розчинного полімеру. Але, якщо вам вдалося зробити один екструдер для 3d принтера своїми руками то і подвійний змайструвати так само стане можливим.