Печатающая головка 3d принтера. Слои разделяются и расщепляются

Благодаря простоте и дешевизне, -принтеры очень популярны. Именно такие устройства составляют большинство “домашних” и самодельных моделей.

Печатающая головка FDM-принтера называется экструдером (от extrude - выдавливать), что отражает ее принцип действия: экструдер создает объект послойно, выдавливая размягченный материал через сопло. Тюбик с зубной пастой, клеевой пистолет, шприц с силиконовым герметиком - действуют по аналогичной схеме.

Чаще всего, для печати в FDM-устройствах используются термопластики в виде филамента (нити), поэтому, в первую очередь, мы рассмотрим такие экструдеры.

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.

Боуден-экструдер

Кроме экструдеров с прямой подачей пластика, конструкция которых рассмотрена выше, существует т.н. боуден-экструдеры (“экструдер Боудена”, Bowden extruder). Единственное их отличие в том, что блок подачи филамента и сопло разнесены: колд-энд жестко закреплен на раме 3D-принтера, а хот-энд находится на подвижной печатающей головке. Филамент, при этом, подается в сопло по длинной тефлоновой трубке (по принципу боуден-троса).

На практике это выглядит примерно так

Подобное решение позволяет снизить массу и габариты печатающей головки, благодаря чему увеличивается скорость работы принтера, но страдает надежность подачи пластика.

Важные характеристики экструдеров филамента

Хотя в конструкции любого экструдера, в принципе, нет ничего сложного, существуют несколько важных нюансов.

В первую очередь, это материал корпуса и механизмов.

Некоторые производители оснащают свои экструдеры, вплоть до нагруженных компонентов, дешевыми 3D-печатными деталями. Нужно учесть, что литые детали прочнее 3D-печатных, поэтому, стоит обратить на это внимание.

Надежность подачи филамента. От подающего механизма зависит бесперебойность печати, в итоге - ее результат.

Филамент, как и любая длинная нить, может просто запутаться, что приведет к заклиниванию механизма. Достаточно мощный подаватель, в таком случае, сможет “проглотить” филамент даже с небольшими узелками или перехлестами.

Кроме того, из-за недостаточного сцепления подающего ролика с филаментом, пластиковая нить может проскальзывать, из-за чего возникают задержки в ее подаче.

В связи с этим стоит упомянуть печать (капроном). Из-за мягкости и скользкости этого пластика, экструдеры, рассчитанные на ABS и PLA, не всегда могут с ним нормально работать: подающее колесо с гладкими зубцами просто не способно надежно зацепиться за филамент.

Поэтому, при печати нейлоном желательно использовать подающий ролик с острыми зубчиками или агрессивной насечкой.

Важнейший аспект - размер сопла экструдера. Именно от него зависит, в большой степени, качество печати.

Производители 3D-принтеров обычно оснащают свои экструдеры соплами с отверстием диаметром 0.4-0.5 мм - этот размер является оптимальным. В свою очередь, использование сопла меньшего диаметра (0.3-0.2 мм) может обеспечить лучшую детализацию, четкость граней и чистоту поверхности объекта, т.к. выдавливаются более мелкие капли пластика.
С другой стороны, маленькое сопло увеличивает время печати объекта, оно более склонно к забиванию мусором и застывшей пластмассой. Потенциально, также растут требования к мощности подавателя филамента, т.к. экструдеру становится сложнее протолкнуть пластик через маленькое отверстие.

В любом случае, в современных 3D-принтерах, как правило, можно использовать сменные сопла с отверстиями разного диаметра.

Двойной экструдер

В настоящее время на рынке представлено несколько моделей 3D-принтеров, печатающие головки которых оснащены двумя (и даже ) экструдерами (например, ).

Печатающая головка 3D-принтера Replicator Dual
Двойной экструдер хорошо подходит для печати двухцветных объектов или создания структур поддержки из , т.к. позволяют иметь наготове и оперативно использовать два вида пластика. Но, в целом, технология двойной экструзии сыровата и находится в стадии развития, поэтому у нее масса недостатков.

Самое главное, что современные 3D-принтеры не могут полноценно печатать одновременно обоими экструдерами - они жестко закреплены на общей печатающей головке, и не двигаются независимо. Поэтому, принтер задействует каждый экструдер по мере необходимости.

Метод по-настоящему одновременной печати существует - называется он “Ditto printing”. Экструдеры, работая одновременно, строят две копии одного объекта. Но, Ditto printing имеет очень ограниченное применение, т.к. позволяет получать только маленькие объекты одного цвета, или двухцветные большие, но с повторяющейся структурой, вроде цепи или плетенки.

К недостаткам 3D-принтеров с двойным экструдером также относится их повышенная стоимость и сложность в настройке. Навешивание дополнительных деталей печатающую головку увеличивает ее габариты, массу и инерцию, что уменьшает скорость работы принтера и размеры области печати. Кроме того, сопло незадействованного во время печати экструдера может цеплять и деформировать объект или оставлять на его поверхности потеки филамента.

Экструдеры пасты

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

Технологии аддитивного производства развиваются семимильными темпами, а необозримые возможности этой сферы заставляют создавать и находить применение новым материалам для 3д-печати. Не так давно медицинская отрасль взялась за освоение силикона, с использованием которого связывают огромный толчок медицины в будущем. Сегодня ведется разработка надежной технологии объемной печати для работы с этим материалом. Тем временем, в Германии компания ViscoTec представила новую печатающую головку для 3d-принтера, ориентированную на работу с двухкомпонентными вязкими материалами, в частности, силиконом.

Организация главным образом специализируется на производстве систем, необходимых для дозирования, нанесения, заполнения поверхности высоковязкими жидкостями. В сферу объемной печати ViscoTec пришла в 2014-м году, когда был представлен экструдер для пастообразных материалов с собственной технологией дозирования. Ещё через год компания показала широкой общественности FDD (Fluid Dosing and Deposition – дозирование и нанесение жидкости)Starter Kit – набор инструментов для объемной печати вязкими жидкостями. И вот сейчас немецкой фирмой была представлена печатающая головкаViscoDUO-FDD 4/4.

Для изготовления 3d-моделей обычно используются термопластики и металлы, но в последнее время также начали активно применять вязкие жидкости и пасты на основе двухкомпонентного полимера. Речь идет о силиконах, эпоксидных и полиэфирных смолах, полиуретанах и акрилатах.

Печатающая головка ViscoDUO-FDD 4/4, предназначенная для работы с такими материалами, управляется с помощью встроенных в 3d-принтер программных решений. Софт обеспечивает точное соблюдение соотношения при смешивании двух материалов в процессе печати.

Уделяя особое внимание технологической обработке вязких и пастообразных материалов, ViscoTec берет во внимание принцип бесконечного поршня, на основании которого немецкой компанией были построены все решения для сферы объемной печати. Компания отмечает, что дизайн их продукта определяется порождающим производством, поскольку повторяемость является важным фактором в любой отрасли, где используется технология дозирования ViscoTec.

В основе печатающей головки ViscoDUO-FDD 4/4 лежит принцип вращающегося смещения. Благодаря специальной геометрии, точно определяется камера, в которую материал непрерывно поступает в осевом направлении. При изменении направления вращения, подача материала прекращается – таким путемудается достичь максимально чистой печати.

«Фишка» ViscoDUO-FDD 4/4 состоит в программируемом оттягивании, предназначенном для предотвращения капания материала и обеспечения высокой точности его нанесения. Двухкомпонентная печатающая головка подключается к смесительной головке через два отдельных канала. Сначала смешивание двух материалом происходит в смесительной трубке. После завершения процесса печати, смесительная трубка может быть извлечена. Печатающая головка также может заполняться в течение более длительного периода, поскольку отдельные экструдеры не позволяют материалам затвердевать.

ViscoTec приводит основные преимущества новой разработки:

регулируемое и правильное соотношение смешиваемых материалов;
возможность работы с широким спектром материалов;
отсутствие отверждения в печатающей головке благодаря статической смесительной трубке;
безопасность процесса благодаря контролю давления;
различные способы отверждения материала: УФ-излучение, нагревание и т.д.

По мере того как технологии аддитивного производства продолжают фокусироваться на материалах вроде силикона, повышается точность печати и ее возможности при работе с моделями сложной геометрии.

Экструзионная головка – это модуль, оснащенный металлическим соплом и охлаждающим вентилятором и предназначенный для плавления нити и формирования изделия. Качественные экструдеры для 3d принтера изготавливаются из металлов способных выдержать высокие температуры. Устройство снабжено электронными датчиками контроля и управления процессом.

В модуль подается расходный материал с катушки, который нагревается до заданной температуры и переходить в пластичную фазу. Описываемый экструдер для нити 3d принтера подает полимер на платформу, где происходит моделирование объекта методом послойного наплавления. В некоторых устройствах могут применяться две головки и больше для материалов разного цвета или назначения.

Экструдер для нити 3d принтера, выбор модели и установка

Описываемые модули совместимы с определенными видами установок, которые осуществляют формирование изделий с использованием 3D технологий. Прежде чем попытаться ответить на вопрос, какой экструдер лучше для 3d принтера следует установить его тип. Подобрать головку можно по характеристикам, в частности, модель МК8 имеет следующие параметры:

Используемые пластики ABS и PLA.
Температура сопла максимальная – 260 ⁰C.
Диаметр нити – 1,75 мм.
Сечение сопла от 0,2 до 0,4 мм.

Лучший экструдер для 3d принтера имеет стандартные параметры электропитания: ток – постоянный напряжением 12 В. Модуль комплектуется высокочастотным термистором марки NTC, который обеспечивает оптимальные режимы нагрева формующего материала. Наш интернет-магазин 3DIY предлагает купить экструдер для 3d принтера по умеренной цене. Оформить заказ можно по телефону или непосредственно на сайте. Наши сотрудники готовы оказать вам помощь в подборе и приобретении комплектующих. Звоните или подавайте заявки онлайн.

Экструдер для нити 3d принтера, выбор модели и установка

Используемые пластики ABS и PLA.
Температура сопла максимальная – 260 ⁰C.
Диаметр нити – 1,75 мм.
Сечение сопла от 0,2 до 0,4 мм.

Если Вы никогда не хотели собрать 3Д принтер с нуля, если вы купили Picaso Designer, чтобы "просто печатать"; если Ваш принтер на гарантии, если Вам добираться менее 6 часов до тех. поддержки, то НИКОГДА не разбирайте печатающую головку - идите в тех. поддержку. Остальным - посвящается...

Вот из-за этого кренделька, мои очередные 3-х часовые мучения.

Как разбирать печатающую головку принтера Picaso Designer я описывать не буду. А вот как собрать - попытаюсь вкратце озвучить (10 шагов). Фото не показывают позиций рук и расстановку пальцев во время сборки, может, кто-нибудь снимет видео на эту тему...

Приступим:
Комплектность проверять не будем: предположим, что вблизи нет ни детей, ни котов - мы в вакууме, а все винтики и планочки аккуратно лежат в разных неглубоких баночках. Рядом есть подходящий шестигранник и короткая крестовая отвертка.

Шаг I: собираем подающий механизм. Просто возвращаем на место колесо поз. 1, прижимаем его шпилькой поз. 2, прижимаем шпильку винтом поз. 3. Готово:)

Шаг II: ставим печатающую головку в принтер. Собираем круглые рельсы поз. 4 в кучу, ставим на них печатающую головку в нужном направлении. Проверяем, что все мелкие детали (особенно 4 мелкие металлические планочки в виде букв т поз. 5) на месте и под рукой. На фото серьёзная ошибка: верхняя крышка поз. 6 не откручена и не снята: надо снять. Иначе потом провод дополнительного охлаждения поз. 7 (на фото в шаге III) будет сбивать планку поз. 8. Это был последний простой шаг.

Шаг III: правая стенка поз. 10. Всё очевидно: просунуть ленты поз. 9 в отверстие в правой стенке поз. 10, закрепить ленты поз. 9 на печатающей головке с помощью двух планочек поз. 5.

Операция начинается в следующей позиции:
в левой руке
- две ленты плотно прижатые друг к другу большим и указательным пальцами в ухе печатающей головке (ухо - поз. 11);
- круглые рельсы поз. 4, придерживаемые другими пальцами и ладонью;
в правой руке:
- правая стенка поз. 10 (большим пальцем и мизинцем);
- придерживаемая ногтем указательного пальца планочка поз. 5.1, поз. 5.1 уже в отверстии правой стенки поз. 10;
- придерживаемая ногтем среднего пальца планочка поз. 5.2, поз. 5.2 уже в отверстии правой стенки поз. 10, с другой стороны ленты поз. 9.

Операция заключается в замещении пальцев левой руки на ухе поз. 11 планочками поз. 5. Сближением правой и левой рук. Автоматически в свой паз на правой крышке должен попасть выступ основания печатающей головки поз. 12. Вся конструкция должна остаться на рельсах поз. 4.

Для вставания в исходную позицию Вам может помогать другой человек, если
- он не идиот,
- он не бесит Вас, когда ведет себя как идиот;
- вместо пальцев и рук у него пинцеты, т.к. при не снятой крышке в принтере мало место (снять крышку - это 7 винтов-звездочек бОльшего размера, можно справиться прилагающимися к принтеру отвертками).
- человек не лезет своей головой все посмотреть, а слепо попадает своими пинцетами, куда нужно.
Если такого человека нет: терпение, ловкость рук и Бог Вам в помощь.

Шаг IV: вставить планку поз. 8 для крепления колеса поз. 1 в правую стенку поз. 10. Надо одеть планку поз. 8 на ось колеса поз. 1, надвинуть планку поз. 8 на ось соседнего колеса, и рискуя разрушить шаг III, вставить поз. 8 в паз правой стенки поз. 10.

Конечно, можно этот шаг включить в шаг III: просто безымянным пальцем левой рукой придерживать планку поз. 8. Если Вам помогает человек с пинцетами или если у Вас длинные пальцы пианиста.

Шаг V: задняя стенка поз. 13. Попадаем выступом задней стенки с вентилятором поз. 13 в паз правой стенки поз. 10. Все просто. Просто не сломайте шаг IV и шаг III.

Теперь в Вашей правой руке придерживаются
- правая стенка поз. 10, планочки поз. 5 все еще на месте и не вывалились: их надо контролировать;
- планка поз. 8 не падает с легким звоном на основание печатающей головки поз. 12;
- задняя стенка поз. 13;
- собственно сама печатная головка на круглых рельсах поз. 4.

Шаг VI: первый раз нам нужна отвертка (крестовая). Может быть, второй раз: в шаге I тоже была. Находим планку поз. 14, вставляем её в правую стенку поз. 10, чуть-чуть крепим винтом поз. 15 к круглой рельсе поз. 4.1. Теперь в правой руке есть еще и эта планка:)

На фото кажется, что этот шаг - первый. Чушь! Все равно планка 14 будет отваливаться каждый раз, несмотря на винт 15.

Шаг VII: левая стенка . Аналогично шагу III, но зеркально. Дополнительные сложности:
- ленту с левой стороны фиг натянешь на левое ухо поз. 16 (поз. 16 обозначена на фото в шаге V);
- конструкция в правой руке норовит распасться, ведь еще и ленту в левом ухе поз. 16 надо придерживать;

Надо попасть в 5 пазов левой стенки (в 6, на самом деле, но паз для выключателя вентилятора большой) всеми разрозненными деталями в Вашей правой руке. Одновременно. И чтобы планочки поз. 17 не вывалились, а закрепили ленту.

Та-дам!!!
Перед началом шага, проверьте провода: они должны быть все в свободном состоянии. Особенно мешает болтающийся вентилятор поз. 7. На данном шаге лучше перекинуть его назад через заднюю стенку с вентилятором поз. 14 (на фото он уже перекинут вперед). И провод нагрева тоже проверьте, чтобы он был по двигателю подачи пластика поз. 18 распределен.

Шаг VIII: укладываем провода и закрываем верхнюю крышку поз. 6 (поз. 6 обозначена на фото в шаге II). Если все хорошо, и печатающая головка выглядит идеально без щелей и зазоров, смотрим в отверстие подачи пластика: там не должно оказаться провода поз. 7! Косичка проводов поз. 19 должна быть справа от шпильки поз. 2 (см. фото шага VII - не нём не правильно: провод должен быть правее шпильки!!!). Завинчиваем все винтики. 15 штук. Вместе с вентилятором поз. 7. Не знаю в каком порядке.

Шаг IX: перед включением принтера смотрим на ленты. Они должны быть натянуты. Иначе снимаем крышку принтера, еще одну крышку и натягиваем слетевшие ленты. Фото без крышек нет: забыла сфоткать.

Шаг X: включаем принтер. Надеюсь, все получилось.

Теперь самое время вспомнить:
- как можно было провести эти 3-4 часа с бОльшей пользой: поспать, поработать, сходить в ресторан/театр;
- какой чудесный маникюр был 3-4 часа назад;
- сколько нервов и усилий пришлось приложить для создания вакуума вокруг принтера;
- зачем надо было называть идиотом человека, искренне желавшего помочь, и как с ним теперь мириться;
- как можно было всего этого избежать, если просто сдать принтер в ремонт (пусть не на 3-6 часов, а на неделю);
- как мило улыбаются менеджеры в Top3DShop, когда отдают тебе работающий, чистенький, смазанный, откалиброванный принтер, и он работает, он стопудово работает!!!

Надеюсь, у Вас принтер тоже работает:), удачи!!!