Андрей Смирнов
Время чтения: ~23 мин.
Просмотров: 0

Как сделать экструдер для 3d принтера своими руками

Как выбрать лучший экструдер?

Выбор лучшего экструдера зависит от Вашего 3D принтера. Оптимальный вариант — оценить желаемые возможности вашего 3D принтера и выбрать экструдер в соответствии с этими требованиями. После этого вы сможете определиться с наилучшим вариантом совмещения корпуса и экструдера. Как правило, основными показателями при выборе экструдера являются допустимые скорость и температура 3D печати. В данной статье мы исходим из предположения, что вы не привязаны к конкретной модели 3D принтера, а пытаетесь сконструировать собственный.

После того как вы выбрали подходящий хотэнд, следующий шаг — определиться с методом его установки на принтер. Самый распространенный вариант крепления — J-head.

Корпус экструдера — это вопрос индивидуальный. Корпус можно сделать с прямым приводом или с зубчатыми колесами. Как правило, используют прямой привод, так как его конструкция гораздо проще. Если вы собираетесь печатать с филаментом диаметром 3мм и больше, стоит задуматься о зубчатых колесах, чтобы обеспечить большую силу подачи. Конструкция корпуса е имеет особых ограничений, ее можно менять, особенно если вы используете приводные колеса. Если вам нужна дополнительная информация и идеи, можете поискать примеры конструкций на сайтах с бесплатными 3D моделями, где вы найдете огромное количество интересных конструктивных решений.

Еще один момент, который стоит учесть — количество экструдеров, которые вы хотите использовать в вашем 3D принтере. В большинстве используется один, но в последнее время набирают популярность принтеры с двумя. Два экструдера дают возможность печатать двумя цветами или разными материалами. Если вы используете два экструдера, убедитесь, что ваша управляющая плата сможет ими управлять и оба хотэнда хорошо откалиброваны относительно стола для печати.

Хотэнд

Как уже говорилось выше, хотэнд — одна из самых важных деталей 3D принтера. По-сути, без хотэнда вы не сможете ничего напечатать. Самый важные характеристики хотэнда — сопло, максимально допустимая температура нагрева, диаметр филамента и напряжение питания.

Надо проверить, чтобы напряжение питания нагревателя было совместимо с другими узлами вашего 3D принтера. В большинстве случаев используется напряжение питания 12 В, но 24 вольта встречается тоже. Каких-либо преимуществ в том или другом случае нет. Это просто зависит от используемых вами узлов.

Размер филамента определяется в зависимости от того, что вы собираетесь печатать. 1.7 мм — самый распространенный диаметр, но многие используют и 3 мм. Убедитесь, что ваш хотэнд сможет работать с диаметром материала, который вы хотите использовать. Хотэнд для 3 мм не сможет работать с филаментом диаметром 1.75 мм!

Характеристики сопла очень важны, так как сопло определяет сколько пластика можно использовать за единицу времени с одной стороны и, соответственно, уровнем допустимой детализации, котора зависит от максимально допустимой высоты слоя. Самый распространенный размер сопла — 0.4 мм, который является средним между 0.5 мм для быстрой 3D печати и 0.35, который используется для печати с высокой детализацией.  Есть и сопла большего/меньшего диаметров, но большинство используют практичные размеры в диапазоне от 0.35 до 0.5 мм. Чаще всего сопло изготавливают из латуни.

Ну и характеристика максимально допустимой температуры нагрева влияет на типы материалов, которые вы сможете использовать. Многие хотэнды рассчитаны на максимальные температуры, которые позволяют печатать PLA и ABS пластиками, возможно, нейлон. Основной ограничивающий фактор в этих хотэдах — PTFE направляющая. Популярная альтернатива — цельнометаллический хотэнд, в котором не используется PTFE направляющая, а предусмотрена система активного охлаждения с помощью кулеров. Допустимые температуры нагрева цельнометаллических хотэндов значительно выше.

Ниже приведено сравнение некоторых лучших хотэндов и конструкций экструдеров для 3D принтеров на рынке на момент конца 2017 года.

«Магические числа»

Автор данного исследования: CHEP. Материал о магических числах является вольным переводом.

Вдаваться глубоко в теорию работы шагового двигателя не буду. Это всегда можете найти в сети интернет, иначе получится учебник.

Что же за «магические числа»?

Шаговые моторы на Anycubic i3 MEGA имеют шаг 1.8 градуса, что равно 200 шагам на оборот. Это, если можно так сказать, его «натуральные шаги» или «натуральные положения вала». Эти положения максимально точны.

Микрошаги это дробление каждого шага на некоторое количество шагов. Этим и управляет драйвер двигателя. Микрошаг является менее точным положение. Во-первых, точности привода мешает геометрическая неидеальность ротора и статора двигателя, неидеальные обмотки, зазоры в подшипниках вала и т.п. В результате двигатель выполняет шаги всегда с некоторой погрешностью (как правило, 5% от величины полного шага), причем абсолютное значение погрешности постоянно для любого выбранного микрошагового режима! Кроме того, во многих драйверах управление двигателем также далеко от идеального, что приводит к дополнительной неравномерности перемещения в режиме микрошага.

В принтере Anycubic i3 MEGA на оси Z стоят ходовые валы со следующими параметрами:

  • Внешний диаметр: 8мм
  • Шаг: 2мм
  • Подъем гайки за 1 оборот: 8мм

В виду нехитрых расчетов, зная, что двигатель делает 200 шагов на оборот и за этот оборот подъем по оси Z составит 8мм, получаем 8мм/200шагов = 0.04мм. Это и есть «магическое число».

При любой высоте слоя печати кратной 0.04мм (0.12, 0.16, 0.2 и т.д.) двигатель будет совершать «натуральный шаг», следовательно и самое точное перемещение, что должно в результате дать равномерный слой.

Вступление

Эта статья затрагивает лишь FFF-принтеры (от Fused Filament Fabrication, т.е. «производство методом наплавления нитей»), также известные как FDM-принтеры (от Fused Deposition Modelling, т.е. «моделирование методом наплавления») или MPD-принтеры (от Molten Polymer Deposition, т.е. «наложение расплавленных полимеров»). То есть здесь не будут обсуждаться другие 3D-печатные технологии вроде цифровой светодиодной проекции (DLP), стереолитографии (SLA), селективного лазерного спекания (SLS) и т.д. И причина в том, что на данный момент FFF-принтеры – это самые популярные машины для домашней 3D-печати, также называемой «настольной 3D-печатью». Поэтому, если вы планируете купить 3D-принтер, то в конце концов будете использовать именно машину, которая печатаем FFF-методом. Повторимся, FFF – это синоним FDM. Оба термина описывают примерно одну и ту же технику, однако фраза Fused Deposition Modelling и ее аббревиатура FDM являются зарегистрированными товарными знаками Stratasys Inc, одной из крупнейших 3D-печатных компаний.

При написании этой статьи мы использовали 3D-принтер Ultimaker (примечание: это Ultimaker Original, а не новая версия под названием Ultimaker 2). Хотя принцип работы Ultimaker не отличается принципиально от того, как работают другие FFF-принтеры, нужно иметь в виду, что другие принтеры могут выглядеть в определенной степени по-другому. Впрочем, функционально все FFF-принтеры очень сильно похожи друг на друга.

Хот-энд

Хот-энд, как правило, сделан из алюминия и представляет собой квадратную или бочковидную деталь, которая может разогреваться до 250°C. Это довольно высокая температура, поэтому хот-энд должен быть изолирован от остальных частей принтера. Вы же не хотите, чтобы другие детали машины, стоящей несколько сотен долларов, поджарились, а то и вовсе загорелись? Последствия нагрева можно наблюдать на иллюстрациях 20 и 21 (см. ниже). Впрочем, 3D-принтеры, как правило, довольно безопасны, и случаи, когда эти машины загорались, можно пересчитать по пальцам. Хот-энд состоит из печатающего сопла (его еще называют экструзионной головкой) и чего-то вроде температурного датчика. Обычно диаметр отверстия в сопле варьируется от 0,2 до 0,5 мм – это играет важную роль в том, какое разрешение будет иметь создаваемый вами объект. Чем тоньше отверстие, тем качественней печать. Но и дольше тоже.

Температурный датчик тоже важен, поскольку разным типам пластика требуется разная температура плавления.

Что касается того, как это все работает, просто представьте себе, как экструдер проталкивает твердую часть филамента (которая пребывает, как правило, на катушке) в сторону хот-энда. Филамент входит в эту нагревательную камеру, благодаря нагреванию становится полужидким (или жидким), а затем выдавливается из сопла. Покуда печатная головка перемещается от одной XYZ-позиции к другой, выдавливаемый пластик очень тонкими и ровными линиями размещается на печатной платформе. Будучи выдавленным, пластик почти тут же твердеет. Кроме того, процесс охлаждения можно ускорить при помощи вентиляторов. Затем эти действия повторяются и повторяются, один слой укладывается за другим, и в итоге у вас получается 3-мерный объект. Упрощенное изображение этого процесса можно наблюдать на иллюстрации 1.

Электротехнические составляющие

Особенностью конструкции является экструдер нити для 3d принтера. Благодаря ему происходит выход расходного материала и непосредственно создание рисунка. Чаще его не рискуют делать самостоятельно, а приобретают в специализированных магазинах. Сборку начинают с подготовки необходимых деталей.

Блок Cool-end

К его функциям относится подача филамента (нити из пластика). Он состоит из электрического мотора, прутка и шестерней. Нити намотаны на предусмотренную для этого катушку.

Hot-end

Он представляет собой дуэт сопла и элемента для нагрева. Филамент проходит через последний и изменяет агрегатное состояние, превращаясь в вязкую массу, которая после выдавливается с помощью сопла. Завершающим этапом становится послойное нанесение данного состава.

Детали этой части 3d принтера с двумя экструдерами производятся из сплавов латуни или алюминия. Благодаря этому тепло проводится достаточно быстро. Блок состоит из проволочной спирали, термопара (он регулирует температуру) и двух резисторов. Охлаждение элеватора осуществляется из-за термоизолирующей вставки. Она располагается между Cool-end и Hot-end. Данная деталь изображена на фото.

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 самодельный сделать экструдер для 3d принтера

Если вы таки-все решились самостоятельно смастерить экструдер к 3d необходимо, принтеру выбрать двигатель. Но, здесь возможно старых и применение моторов от принтера или сканера (естественно, рабочий). Если вы не уверены, с каким именно лучше мотором всего будет работать самодельный для экструдер 3d принтера форум со специалистами, в этой поможет, области вам во всем разобраться. Чтобы двигатель закрепить, необходим корпус из подходящего материала, энд-хот, а так же ролик – его функция Чтобы. прижимание сделать сам корпус, могут использованы быть разные материалы, как и его можете, вы форму сделать по своему усмотрению. Для прижимного регулирования ролика обязательно использовать пружину, как так по толщине прутик не обязательно идеально требованиям соответствует. Материал обязательно сцепляется с подающим оно. Но компонентом так же нельзя делать тесным, как так в этом случае частички пластика отколоться могут в процессе печати.

Хот-энд вы приобрести можете, хотя это и не самое дешевое таком, в приобретение случае самодельный экструдер для 3д станет принтера неплохим вложением денег. Хотя вы найти можете и изучить его чертежи и сделать Итак. самому, из алюминиевого сплава создают радиаторы, он для необходим отведения теплого воздуха от ствола Тогда. прибора можно будет легко избежать перегрева чрезмерного устройства во время печати. Очень использование практично светодиодного радиатора, а охлаждение производить Для. вентилятором создания ствола хот-энда полая используется трубка из металла. Она соединяет нагревательным с радиатор элементом.

 

Здесь тонкая сторона играет трубки роль термо-барьера, который не теплу даст проникнуть к верхней части экструдера. основная Ваша задача при создании хот-это энде не дать филаменту плавиться раньше процессом положенного времени, иначе сопло будет засоряться быстро.

Для самостоятельного конструирования элемента экструдере в 3d-нагревания выбирается пластина из алюминиевых сплавов. В пластине этой сверлите дырку для того, закрепить чтобы хот-энд. После чего отверстия просверливаются для болтов крепления, резистора и Резистор. терморезистора нагревает пластину, а терморезистор, как эту раз температуру нагревания регулирует. Для сопла создания, как правило, используется гайка с концом закруглённым. Проще всего поддается обработке латунного из гайка или медного сплава. Болт тисками закрепляется, после чего накручиваете на него сверлите и гайку в центре отверстие. Это и есть слишком не способ хлопотного создания экструдера в домашних полевых или условиях.

 

Для некоторых моделей принтеров таких в оснащение входят два экструдера, дает это возможность печати изображения в двух или цветах создавать структуры из растворимого полимера. Но, вас у если получилось сделать один экструдер принтера 3d для своими руками то и двойной смастерить станет же так возможным.

Филамент

Филамент – это расходный материал для принтера. Если струйным принтерам, о которых писалось выше, для работы нужны картриджи с чернилами, то 3D-принтерам нужен филамент. Он, как правило, намотан на катушки (иллюстрации 29 и 30), но некоторые виды продаются пометрово (идеально для тестовой печати). Перед покупкой филамента нужно знать, с каким диаметром работает ваш принтер. Он может быть либо 1,75 мм, либо 3 мм (зачастую продается как 2,85 мм) – это два стандартных размера.

Филаменты бывают разными, однако наиболее распространены два 3D-печатных материала – PLA и ABS. У каждого из них свои физические и химические свойства, а это значит, что каждому из них нужны специальные настройки в 3D-печатном ПО. Если одни материалы выдавливаются при температуре 180°C, другим нужен нагрев до 250° и выше. Кроме того, начинающим стоит иметь в виду, что бывают принтеры, которые не умеют печатать теми или иными материалами. Поэтому, если сомневаетесь, лучше свериться с пользовательской инструкцией или спросить совета на форумах.

Кроме того, выбирая филамент, всегда учитывайте, для каких целей будет использоваться будущий объект. К примеру, если это какая-то кухонная утварь или носимые на теле украшения, используйте только безвредные для организма материалы. Недавно на рынок было введено несколько филаментов, которые пока не получили целиковых официальных сертификатов, но уже обзавелись лицензиями (тоже официальными), подтверждающими их безопасность при использовании с пищевыми продуктами. Более того, у некоторых филаментов есть сертификаты на мытье в посудомоечной машине – на тот случай, если ваш объект будет чем-то вроде посуды. А вот на цену при покупке 3D-печатного филамента полагаться не стоит.

А что касается установки и использования филамента, то это просто. У большинства принтеров есть что-то вроде держателя для филаментной катушки, куда и устанавливается филамент, с помощью которого вы собираетесь напечатать нужный объект. Если у вашего принтера всего один экструдер, то цвет филамента будет и цветом будущей модели, но это компенсируется тем, что филаменты доступны в широком ассортименте цветов.

Ну, вот и все, теперь вы должны более-менее понимать, что из себя представляет процесс 3D-печати. Мы надеемся, эта статья пролила хоть немного света на интересующие вас темы, а аббревиатура FFF теперь для вас – не такая уж загадочная.

Устройство экструдера 3D-принтера


Типичный экструдер для печати пластиком делится на две основные части: блок с механизмом подачи филамента (колд-энд, “холодный конец”, cold end) и сопло с нагревателем (хот-энд, “горячий конец”, hot-end).

Экструдер 3D-принтера Solidoodle. Хорошо видно красный филамент, зажатый между подающим роликом (слева) и прижимным. Прямоугольная алюминиевая деталь на сопле — нагреватель.

Подающие ролики (втулки)

Подаватель филамента состоит из колеса (шестерни), соединенного с электромотором (напрямую или через редуктор), и прижимного механизма. Подающее колесо, вращаясь, вытягивает филамент из катушки и направляет его в хот-энд, где пластик плавится под воздействием высокой температуры и выдавливается через отверстие в сопле.

“Горячий конец” экструдера делают из металла с высокой теплопроводностью (алюминия или латуни); нагревательный элемент, как правило, выполнен в виде одного-двух резисторов или спирали из нихромовой проволоки. Для отслеживания и последующей регулировки температуры, к соплу экструдера крепится датчик (термопара).Экструдер 3D-принтера Printbox3D One с системой охлаждения

Хот-энд сильно разогревается во время работы, а остальные части экструдера должны оставаться холодными, иначе филамент начинает плавиться слишком рано. Поэтому, между “холодным” и “горячим” концами экструдера устанавливается теплоизолирующая вставка (обычно из термостойкого пластика PEEK). Кроме того, для охлаждения колд-энда, в печатающую головку часто встраивают радиатор с вентилятором.

Экструдеры пасты

Термопластики — не единственный материал, который используется в FDM-принтерах. Достаточно популярна печать разнообразными пастообразными материалами, такими как расплавленный шоколад, глина, пластилин, силикон и т.д. Обычно экструдеры для печати такими субстанциями представляют собой шприц, шток которого управляется степпер-мотором или сжатым воздухом.

В экструдере Hyrel EMO-25 паста подается степпер-моторомЭкструдер для печати глиной от Unfold с подачей материала сжатым воздухом

Принцип работы и разновидности

Печатающая головка 3-d принтера протягивает пруток пластика, разогревает его и выталкивает горячую массу через сопла.

Wade extruder

Устройство экструдера

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.

Какие особенности в этих устройствах

Во работы время принтера с использованием 3D технологий, как используется, правило нитевидный пластик. Он есть разных для, но видов таких принтеров в основном берут или PLA ABS. Но, большой выбор исходного мало материала влияет на конструкцию печатающей головки, правило как, разными производителями они изготовляются по типу схожему. Вот какая конструкция экструдера у принтера 3d современного поступает в продажу:

  1. Cool-end блок это подающий филамент. В его конструкции присутствуют обязательно несколько шестерней и электрический мотор. нить Пластиковую из соответственной катушки извлекают от процесса шестерней вращения, далее она проходит через элемент нагревательный, где на пластик воздействует высокая становится и он температура мягким. Это позволяет далее вязкий это пластик выдавливать посредством использования придавать и сопла ему необходимые очертания.
  2. Другой end-hot блок это сопло со своим элементом нагревательным. При его изготовлении используют или алюминиевые латунные сплавы. Этому блоку очень присуща высокая тепло проводимость. В составе нагревания компонента встроена проволочная спираль, два термопара, и резистора для регулировки температуры нагревания При. прибора работе hot-end нагревается и самым тем, проходит процесс плавления пластика. важным Очень моментом в работе обеох блоков охлаждение является рабочих платформ. Это обеспечивает термоизолирующая специальная вставка между блоками.

 

Экструдер Flexion Retrofit

Если вы сталкивались с проблемами забитого экструдера, который портил 3D печать или вам приходилось его менять из-за того, что не получалось печатать определенным не совсем стандартным материалом, то стоит обратить внимание на  Flexion Retrofit, который даст вам возможность печатать, совершнно не задумываясь  характеристиках используемого материала

Почему Flexion Retrofit — лучший экстрдер для вашего 3D принтера?

Flexion Retrofit имеет два конструктивных исполнения. Поставляется в виде отдельных узлов со всем необходимым для сборки и монтажа плюс 4 сопла разных диаметров (0.2, 0.3, 0.4 и 0.5 мм). Он весит всего 1 фунт, благодаря чему позволяет печатать с гораздо большими скоростями по сравнению со своими конкурентами в том же ценовом диапазоне. Экструдер оснащен механизмом самоочистки, так что проблем с забитым соплом у вас не будет. Качественный механизм прижима филамента позволяет качественно печатать не только привычными ABS и PLA пластиками, но и гибкими материалами (гибкий PLA, TPU, TPE и другие).

Отличная реализация отдельных деталей

Улучшенная изоляция, специальные щетки для чистки и другие аксессуары облегчают обслуживание, а тот факт, что этот экструдер легко монтируется и демонтируется, позволяет легко произвести замену на сдвоенный, например. Приводное колесо, нагревающий блок и механизм подачи производятся с использованием точного, современного оборудования, что позволяет этому экструдеру работать с различными скоростями 3D печати, режимами подачи материала и давления. В результате, вы можете гибко настроить его под свои нужды для наилучшего качества 3D печати.

Flexion Retrofit поставляется в виде набора отдельных узлов, в коробке. У каждого узла есть точное, исчерпывающее описание. В инструкции расписаны все шаги по сборке и установке экструдера. Кроме того,  на Thingiverse лежат stl файлы для крепежа кулера, которые вы можете напечатать самостоятельно и заменить пластиковую пластину, которая идет в большинстве комплектов.

В общем, если у вас возникли проблемы с экструдером, то Flexion Retrokit — это действительно лучший (хотя и не самый дешевый) экструдер, который точно решит все ваши проблемы.

Типы экстудеров для 3d принтера

Прямой экструдер. Элементы подачи присоединены непосредственно к корпусу сопла. Пластиковая нить извлекается из катушки с помощь шестерни и прижимного ролика, и пропускается сквозь спираль нагрева непосредственно в сопло. Для предотвращения преждевременного нагрева нити между «горячим» и «холодным» концом находится теплоизолирующая вставка. Преимущества прямых экструдеров: более точная подача пластика, облегченный ретракт (обратная подача нити при холостом ходе). Недостатки: большая масса, что отражается на точности и скорости печати.
Боуден-экструдер. В отличие от прямого экструдера, hot end и cold end разнесены в пространстве и соединены боуден-трубкой (обычно из тефлона), по которой нить подается в сопло. Горячий конец закреплен на подвижной каретке, холодный – на раме принтера

Такой экструдер для 3d принтера имеет важное преимущество – низкую массу, благодаря чему его можно использовать в дельта-принтерах, чрезвычайно чувствительных к позиционированию. Минус такой модели – сложности с подачей пластика в обратном направлении при простое механизма.

Также существуют варианты с двойным и даже тройным соплом. Такие устройства используются для печати разноцветных моделей или несколькими видами пластика. В целом эта технология достаточно сырая, поэтому специалисты предпочитают использовать одиночные экструдеры.

В трех измерениях: Принцип работы координатных автоматических систем

Чтобы иметь возможность напечатать физический объект – т.е. объект в 3 измерениях – 3D-принтер должен уметь перемещаться по всем трем координатным осям. Их, как правило, называют длиной, шириной и высотой.

Но как объяснить машине, куда ей нужно передвинуть свое сопло? Чтобы указать ту или иную точку 3-мерного пространства, математики, как правило, используют инструмент под названием «декартова система координат». Но не волнуйтесь, никаких заумных математических вычислений мы делать не будем. Просто взгляните на иллюстрацию 3 (см. ниже), чтобы понять, как это выглядит. Задав значения для осей X, Y и Z, мы тем самым указываем некую точку в 3-мерном координатном пространстве.

Возможно, вам, как начинающему, сложно рассуждать в категориях 3-мерного пространства. Поэтому давайте начнем с чего-нибудь полегче, т.е. с двух измерений. Помните, как работает струйный принтер? Он использует только два измерения, то есть оси X и Y. То есть, когда вы отправляете на печать какой-либо документ, компьютер конвертирует его в координаты для принтера. Затем подвижная головка, перемещаясь, как правило, лишь по какой-то одной оси (например, по горизонтальной – влево-вправо), печатает на бумаге буквы, в то время как сама бумага, движимая шаговыми моторами, перемещается по другой оси (например, по вертикальной – вперед и назад). Примерно по тому же принципу работает и 3D-принтер, только к двум этим осям, длине и ширине, добавляется еще одна – высота, что и позволяет принтеру печатать 3-мерные объекты.

Почти все 3D-принтеры работают, опираясь на тот принцип, что все три главные оси (X, Y и Z) – линейны. Это значит, что их оси находятся под прямым углом друг к другу, а детали, находящиеся на этих осях, движутся по прямым линиям (другими словами, не вращаются). Машины, которые используют этот принцип, известны как «координатные роботы» – в противоположность дельта-роботам и роботам, работающим в полярной системе координат. Типичный пример координатных роботов – это как раз 3D-принтеры, но в их число также входят ЧПУ-машины (т.е. машины с числовым программным управлением).

Чтобы перемещаться по этим трем осям, 3D-принтеры оснащены, как правило, неподвижными стержнями, шкивами и зубчатыми ремнями – с их помощью экструдер (или экструдеры) или платформа перемещаются на нужные координаты. Шкивы и зубчатые ремни соединены с маленькими моторами, которые называют, как правило, «шаговыми моторами» (см. иллюстрацию 4)

Эти моторчики выполняют очень точные движения – зачастую на доли миллиметра – тем самым являясь важной частью принтера, которая очень сильно влияет на итоговое качество печати. Дешевый шаговый мотор не может похвастаться той же точностью, как более дорогой аналог

Кроме того, при работе они издают определенный шум, а дешевые шаговые моторы издают его заметно больше. Впрочем, модели поновее стали заметно тише.

Экструдер

Слово «экструдер» не обязательно обозначает ту часть 3D-принтера, которая выдавливает расплавленный пластик. По сути, это элемент, задача которого состоит в том, чтобы «скармливать» филамент так называемому «хот-энду» (от «hot-end», что можно перевести как «горячая часть»). Экструдер – это, если смотреть на все многообразие 3D-принтеров, та деталь, в устройстве которой наблюдается больше всего отличий и которую в будущем ждут еще более масштабные улучшения и доработки. Некоторые 3D-принтеры устроены таким образом, что у них система подачи материала и хот-энд совмещены в едином блоке. Вы уже видели такой экструдер на иллюстрации 1 (там изображено то, что принято называть «интегрированным экструдером»), однако лучше все же посмотреть на него «вживую», для чего предлагаем взглянуть на иллюстрацию 5 (см. фото ниже), где изображены экструдер и «хот-энд» 3D-принтера Printbot Simple.

Другие принтеры (вроде Ultimaker Original) имеют другую конструкцию – в них устройство для подачи филамента (т.е. экструдер) находится отдельно от экструзионной головки (т.е. хот-энда). Чтобы понимать, как это устроено, взгляните на фото ниже (иллюстрация 6).

Путанность терминов, обозначающих детали 3D-принтера, произрастает из того факта, что эта терминология еще не устоялась. Особенно учитывая то, что проталкивание нагретого пластика через печатающее сопло как раз и называется «экструзией» – сбивает с толку, да?

Так или иначе, у обеих систем (будь то интегрированные или отдельные экструдеры) есть свои плюсы и минусы. Интегрированным экструдерам не нужна сложная система доставки филамента – взгляните на иллюстрацию 5 с изображением Printbot Simple, где видно, что филамент подается прямо в экструдер. Как следствие, у таких экструдеров редко возникают проблемы с подачей филамента (вроде проблем с проскальзыванием, которые возникают у систем, построенных по принципу «боуден-троса» – см. ниже), однако они тяжелее отдельных экструдеров. Из-за этого интегрированные экструдеры, как правило, гораздо медленнее отдельных экструдеров, а это, в конце концов, приводит к более долгой печати объектов. Но есть и плюс – филамент меняется довольно просто, без особой возни и потери времени.

Отдельные экструдеры, как правило, проталкивают филамент через полый кабель (из тефлона или похожего материала), чтобы тем самым добиться непрерывной подачи термопластика в двигающийся хот-энд. Такая конструкция называется «боуден-трос» и представляет собой гибкую трубку-рубашку, которая передает механическую силу через перемещение внутри нее тросика (филамента). Таким образом, боуден-трос должен обеспечивать не только постоянную подачу филамента к хот-энду, но и, если потребуется, его втягивание. Втягивание – это важная 3D-печатная техника, которая позволяет получать более опрятные модели (подробнее об этом читайте ниже). Чтобы управлять подачей и втягиванием филамента, экструдер подключен к шаговому мотору. Собственно, для подачи пластикового прутка в экструдере используется специальный зубчатый болт и расположенное напротив него колесико. Вместе они образуют цепляюще-крутящую систему, которая не допускает проскальзывания и проталкивает филамент через боулден-тросик. В результате на филаменте остаются следы от зубцов – см. иллюстрации 7 и 8.

Большим плюсом отдельных экструдеров является то, что хот-энд весит совсем немного, что в конечном счете ведет к его более быстрому перемещению и, следовательно, к более быстрой печати. Модель Ultimaker, которая изображена на иллюстрациях к этой статье, тоже использует удаленный экструдер, и это объясняет, почему она является одним из самых быстрых принтеров в своем классе.

Еще одним минус (пускай и небольшой) боулден-тросиковых систем – это лишняя возня, связанная с заменой филамента. Кроме того, работая с такими системами, нужно понять, какой метод замены филамента подходит для вашего принтера лучше всего. Мы, как правило, перед удалением филамента сначала нагреваем печатающую головку. Это необходимо, потому что после печати филамент остывает (Ultimaker по умолчанию настроен таким образом, чтобы после печати отключать нагрев печатающей головки), тем самым образуя закупоривание в нагревательной камере хот-энда. Возможно, вам захочется выдернуть его оттуда силой, но делать так не стоит ни в коем случае. Разобрав механизм для подачи филамента, просто нагрейте хот-энд и мягко потяните филамент в сторону катушки. Или скачайте, распечатайте и установите «роллерштрудель» Франсуа Джереми, у которого есть функция быстрой замены филамента.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации