Пластиковая нить для 3d принтера. Экструдер для самостоятельного изготовления филамента

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.

Появление первых 3D принтеров поспособствовало ускоренному развитию сегмента IT. Уникальность оборудования, способного воспроизводить конструкции в трехмерном формате, стала причиной его высокой стоимости.

Поэтому появление самодельных устройств, обладающих подобными функциями, не стало неожиданностью. Их используют в бытовых условиях, а при работе с ними требуется расходный материал. Чаще к нему относят нитевидный пластик, к примеру, ABS или PLA. Человек, который хочет своими руками собрать 3D принтер или его отдельную часть (экструдер), должен обладать необходимыми знаниями и опытом. Он обязан знать о калибровке экструдера, охлаждении Cool-end и Hot-end.

О чём пойдет речь:

Механические компоненты

Детали для сборки реально приобрести в комплекте, но те, кто не ищут легких путей, часто решаются на самостоятельное изготовление. Им понадобятся:

крепежные детали для формирования каркаса;
рабочая площадка;
устройство для нагрева и регулировки температурного режима;
направляющие из металла;
шестерни для электроприводов;
экструдер.

Главной трудностью при изготовлении 3D принтера считается правильная конфигурация последних трех элементов. Большое значение имеет привод, который устанавливают для передвижения платформы на одной оси. Вторая становится залогом перемещения печатающей головки.

Самостоятельная сборка механической части осуществляется благодаря использованию листов из фанеры, шурупов подходящего размера и зажимов, обеспечивающих фиксацию. На фото стандартный набор для изготовления 3D принтера с двумя печатающими головками.

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.

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.

Сборка экструдера

Производство экструдера для 3D принтера своими руками происходит следующим образом.

Подбирается двигатель

Чаще данную деталь заменяют рабочим мотором от принтера или сканера, приобрести его можно на радиорынке.

Если двигатель для экструдера оказался слишком слабым, дополнительно потребуется редуктор. Подходящей заменой покупной детали станет та, что ранее была частью шуруповерта. Также редуктор понадобиться экструдеру прутка для 3d принтера. Присоединение двигателя происходит за счет корпуса, прижимного ролика и хот-энда, располагать их нужно как на фото.

Регулировка прижимного ролика

Обязательным условием является продуманное взаимодействие этого элемента и пружины. Последняя устанавливается из-за возможных недочетов в расчете параметров прутка 3D принтера.

Слишком сильное сцепление нитей с механизмом подачи провоцирует отделение частиц расходного материала.

Создание хот-энда

Его гораздо проще приобрести, большинство мастеров так и поступают. Для самостоятельного изготовления потребуется чертежи, которые можно скачать из интернета. Для радиатора понадобиться алюминиевый сплав.

Этот элемент отводит теплый воздух от ствола прибора, который представляет собой полую трубку. В ее функциях соединение элемента нагрева и радиатора. Это предупреждает перегрев принтера.

Удачным вариантом считается светодиодный радиатор, при этом охлаждение прибора будет происходить с помощью вентилятора. Ствол хот-энда 3D принтера представляет собой металлическую полую трубку. При создании экструдера необходимо учитывать время плавления нитей. Если они плавятся раньше, чем положено, то произойдет засорение сопла.

Сборка элемента нагрева

В первую очередь понадобиться алюминиевая пластина. В ней делают ходы для крепления терморезистора, хот-энда и резистора.

В принтере, работающем в формате 3D, может быть больше одного экструдера, например, как на фото. Данный факт следует учитывать при создании чертежа устройства. Функциональность такого оборудования на порядок выше, чем у стандартного, например, печать в двух цветах и изготовление конструкций из растворимых полимерных материалов.

К завершающему этапу создания 3D принтера своими руками относят калибровку экструдера, подключение электроники, регулировку процесса печати, внедрение подходящего ПО.

Обзор принтера Bigrep One

Данная модель характеризуется наличием двух экструдеров, наличием подогрева рабочей платформы и внушительными габаритами. Bigrep One (изображен на фото) предназначен для профессионалов, специализирующихся на производстве качественных изделий в 3D формате.

Еще одним плюсом 3d принтера Bigrep One 2 с двумя экструдерами считается его стоимость. На фоне цен на аналогичные устройства она более приемлема, поэтому пользуется большим спросом.

Отмечают следующие преимущества принтера Bigrep One:

Рабочий объем 1,3 м3.
Низкая себестоимость 3D моделей.
Отсутствие необходимости в оснастке готовых изделий.
Повсеместность применения.
Экономичность и производительность.
Наличие камеры 3D печати.
Обширный ряд возможных филаментов (нити ABS и PLA, нейлон, гибкие эластомеры).

Bigrep One представляет собой новое поколение принтеров, употребление которых расширяет сферу использования 3D технологий.

Вывод

Экструдер – это значимый узел 3D принтера. Он влияет на качество готовых предметов, саму процедуру печати. Неполадки в нем влекут за собой потерю дорогостоящих нитей из пластика. Недочеты в расчете диаметра прутков, отсутствие калибровки, неправильное расположение осей корпуса приводят к отрицательным результатам производства. Пример на фото.

Поэтому, перед тем как начинать сборку принтера, проведите обзор возможных конструкций этого устройства, определите точные параметры прутка и количество экструдеров (один, два или более).

Поставила себе целью превратить технологию 3D-печати в общественное достояние и всеми силами способствует распространению дешевых и простых в работе 3D-принтеров и запчастей к ним.

Экструдер – это устройство для экструзии расплавленного пластика, который слой за слоем укладывается на платформу, постепенно превращаясь в трехмерное изделие. Надо заметить, что разработчики составили очень простые и понятные инструкции, чтобы любой желающий смог собрать свой экструдер. Сотрудники ATOM 3D собрали несколько прототипов, прежде чем удовлетворились полученным результатом, сборка которого и была описана в руководстве.

Для начала нужно найти необходимые материалы. К счастью, в основном список состоит из простых вещей вроде фанеры, болтов, гаек и алюминиевого лома. Однако в нем есть и несколько достаточно специфичных пунктов (например, нагревательный картридж и небольшой шаговый двигатель).

Когда все материалы будут у вас на руках, фанеру нужно разрезать и сделать из нее корпус для экструдера. Далее следует небольшое видео о том, как собрать экструдер. В нем наглядно показан каждый этап сборки, так что вы вряд ли запутаетесь. Весь процесс уложился в четыре минуты! Также ниже можно посмотреть фотографии 3D-принтера и экструдера ATOM 3D.

Достаточно высокая стоимость расходных материалов для 3d принтеров все еще остается серьезной проблемой, как для производителей, так и для потребителей.

Принтеры, способные превращать трехмерные чертежи в физические предметы из или ряда других материалов становятся все доступнее. Готовых 3d-моделей, становиться все больше, но без доступа к действительно дешевым расходным материалам, бурного развития рынка 3d-печати, по мнению специалистов, ожидать не стоит.

Шаг на пути снижения стоимости расходных материалов сделала британская компания Noztek, представив свою последнюю разработку: экструдер для ABS / PLA нити Noztek Pro.
Как отмечают в компании, большинство выпускаемых сегодня экструдеров существую лишь в виде комплектов для сборки, и доступны только энтузиастам. В отличии от них, Noztek Pro это экструдер, готовый к работе через 15 минут после распаковки. Все, что необходимо, это засыпать специальные гранулы и выставить на панели управления необходимые параметры экструзии.

Аппарат позволяет производить 1кг пластиковой нити за 45 минут используя гранулы для производства ABS и PLA пластмасс. В зависимости от температуры экструзии и типа используемого пластика аппарат производит до 1 м метра нити диаметром 1,75 мм с допустимым отклонением не более 0,04 мм.

В Noztek считают, что экономия для конечного потребителя составит около 70%.

Тестирование прибора проводилось именно на ABS и PLA гранулах, но это не значит, что его возможности на этом ограничиваются. По заявлениям компании некоторые клиенты с успехом используют HDPE, HIPS, UPV материалы. Кроме того экструдер способен перерабатывать другие виды пластмасс и даже сами 3d-модели.

Еще одним плюсом использования экструдера является более свободный выбор цветов нитей, экспериментируя и смешивая гранулы различных цветов можно добиться интересных цветовых решений, недоступных в продаже.

Команда инженеров Noztek непрерывно работают над улучшением скорости экструзии и повышением уровней допуска. Аппарат оснащен модернизированным мотор-редуктором и возможностью изменять скорость экструзии, именно это позволяет настраивать его для экструзии различных видов пластика. Экструдер разработан с учетом возможности дальнейшей модернизации, это означает, что пользователи в скором времени смогут приобрести обновление для контроля всего процесса с помощью USB интерфейса. Кроме того, компания планирует оснастить следующее поколение Noztek Pro механизмом для автоматической намотки нити на бухту.

Мы надеемся, что люди будут иметь возможность печатать столько моделей, одежды, инструментов, игр и так далее, сколько захотят, не беспокоясь о стоимости материалов.
Стивен Форстер

Технические характеристики

Преобразует разнообразные пластиковые гранулы: (протестирован только на ABS и PLA) в нить толщиной 1.75mm или 3мм (Обе головки в комплекте)
Температура экструзии: 180-220 Цельсия
Допуски для нити: 1.75mm (+ 0,04 / — 0,04)
Полностью собран и готов к работе прямо из коробки (не сборочный комплект)
Производит до 1 метра нити в минуту (в зависимости от температуры экструзии и типа пластика)
Производительность: 1 кг за 45 мин

Цена на экструдер Noztek Pro составляет: £595 ($992, €723)

Мнение редакции:
Сегодня на рынке стоимость 1 кг ABS нити для 3d-принтеров составляет 30-60 долларов (производство КНР, Россия), цена на нить производства США может составлять более 100 долларов. Стоимость цветных гранул для производства ABS пластика варьируется в пределах 3-4 долларов. При использовании вторичное сырья цена может быть еще ниже. Поэтому экономия от применения экструдеров налицо, остается только вопрос с качеством производимой нити.
сайт

Видео рабочего процесса Noztek Pro

Небольшой отчет о покупке и установке комплекта экструдера для 3D принтера. Для тех, кто хочет добавить цветную печать в свой принтер.

Давно назрел апгрейд 3D принтер, особенно хотелось попробовать цветную печать - обзавестись двойным экструдером на принтере Tevo Tarantula. В свое время не было в наличии версии Large и Dual, взял просто Large, но с прицелом, что когда нибудь…

Но это когда-нибудь настало. Заранее были приобретены комплекты для апгрейда: (extruder coolend) с высокомоментным двигателем, а также «горячая» часть - с двумя каналами для двух цветов пластика. В комплекте были нужные провода, нагреватели, термодатчики.
Для доработки потребуется:
- высокомоментный двигатель. То есть шаговик, который будет крутиться не быстро, но точно. А момент нужен, чтобы «продавливать» пластик через сопло. И если сопло стоит 0,8 мм, то высокий момент не нужен, то для маленьких сопел с отверстием 0,3...0,2 мм нужен обязательно, момент возрастает в несколько раз. Как вариант - использование двигателя с редуктором.
- набор для механизма экструдера. Это прижимы, ролик, зубчатое колесо, пружина, фланцы.
- скоба крепления двигателя.
- провод подключения двигателя. Обычно правда сразу идет в комплекте с двигателем.
- если на плате отсутствует выход под второй (третий) двигатель экструдера, то необходимо будет купить разветвитель-адаптер 2-in-1 для установки драйвера нового двигателя.
- трубка подачи пластика (тефлоновая трубка OD=4/ID=2, то есть внешний диаметр 4 мм, внутренний 2 мм. трубки с внутренним диаметром 4 мм обычно идут не для 1,75 прутка, а для 3мм прутка) - трубка «боудена».

для «горячей части»:
- два радиатора Е3D или один двойной.
- два нагревательных блока
- нагревательные картриджи и термисторы.
- вентилятор обдува термобарьера.

Для сборки и настройки:
- прямые руки
- модифицированная прошивка
- настройка и калибровка. Учитывайте расстояние между соплами. Учитывайте, что по X и Y осям второй хотэнд чуть «съел» расстояние. Сопла должны быть на одном уровне (по высоте). Даже 0,1 мм имеет значение на итоговое качество печати. Для дельта принтера два сопла очень тяжело калибруются.

Несколько слов про популярные микширующие/двойные Хотэнды.
Это так называемые Химера и Циклоп.
- это глубокая модификация E3D хотэнда с плоским радиатором, двумя входами (фланцы) и двумя нагревательными блоками.

Циклоп (Ciclop) - аналог Химеры, тот же радиатор и два канала, но общий нагревательный блок и одно сопло.

Внутри блока два канала сводятся в один

Смена пластика происходит ретрактом одного прутка и подачей другого. Минус - пластики должны иметь близкую температуру плавления, так как нагреватель один, общий и общий термодатчик. То есть «подружить» PLA и, например, ABS не получится. А вот ABS и HIPS - вполне. Соответственно не подходит для печати поддержек PVA пластиком, так как PVA имеет низкую температуру плавления и при 200-210° С уже перегревается и получается пробка в канале.
Есть еще Diamond hotend, заострять внимание на нем не буду, так как кроме нестандартного сопла на 0,4мм за бешеные деньги они не могут ничего предложить.

Итак, решено было взять комплектом все, перестраховываясь от различных несовместимостей и дополнительного ожидания. Был заказан комплект механизм подачи+двигатель и отдельно комплект двойного экструдера.

Характеристики комплекта MK7/MK8 All Metal Remote Extruder Kit
Диаметр прутка - 1,75 мм
Материал механизма - анодированный алюминий («7075 авиационный» сплав)
Размещение: Слева, справа, по центру.
- 2 фитинга для PTFE трубки с диаметром 4 мм
- кабель подключения двигателя
- двигатель 17hd40005-22b
- U-ролик 624ZZ
- скоба крепления
- MK7 зубчатое колесо с проточкой
- шестигранник
- пружина
- комплект винтов.

Теперь чуть более подробно про купленный комплект. Пришло все в простом пакете и в пупырке. Посылка достаточно тяжелая.

Огромный плюс - фуллметалл, то есть отсутствие пластиковых деталей в механизме экструдера. Почему плюс - потому что в моей уже люфты (выработка), плюс повреждено пластиковое крепление. Перепечатывал, но не торт. Лучше пусть все будет металлическое.
Так что при доставке ничего не пострадало. Распаковываем смело!

Маркировка высокомоментного шагового двигателя.

Зубчатая шестеренка с проточкой.

Дополнительная информация для тех, кто хочет купить по отдельности комплект

Характеристики

Сравните с характеристиками «обычного»

Далее . Бывает трех видов: для установки слева, справа, по центру. Отличаются фрезеровкой на «ручке» - рычаге, на который нажимают при заправке пластика. Можно оценить, если знаете уже место расположения экструдера.

В этом комплекте идет прямая зубчатая шестерня, если брать , то это еще плюсом.

Можно взять вот

Хотэнд

И к нему

Плюс термистор, нагревательный картридж, фланцы для пластика, трубка.
Можно на радиатор установить не блок-циклоп, а обычные блоки типа volcano, две штуки. Только трубки-горловины нужны без резьбы.

Основное все. ИМХО, дешевле купить все в наборе, с нагревателями, термисторами и вентилятором.

Начинаем собирать комплект. Тут дело не хитрое.
Устанавливаем шестерню. Потребуется с шестигранник на 1,5.

Далее в таком порядке: скоба-основание-рычаг-пружина.
Естественно скоба сначала крепится на нужное место принтера, иначе у вас не будет возможности закрепить, так как пазы окажутся под корпусом двигателя. Для наглядности я соберу сначала без установки на принтер.

Обратите внимание на разную длину и диаметр винтов. Каждый предназначен для своего отверстия.

Далее устанавливаем рычаг и пружины
Получилось как то вот так.

Затем прикручиваем фланцы для прутка

Вот фотография комплекта до «примерки»

Примеряем к принтеру. На принтере сейчас штатно установлен простой экструдер с модифицированный E3D (который имеет трубку до самого сопла). Для установки хотэнда Циклоп потребуется заменить каретку оси Х.

Для окончательной установки мне еще предстоит напечатать крепление для экструдера, либо найти удобное положение скобы для крепления на профиль 2020.

Итак, несколько слов о модификации прошивки Tevo Tarantula.
Заходим в онлайн конструктор прошивки
И сразу же загружаем свой Configuration.h. Мы получаем возможность модифицировать заведомо рабочую прошивку своего принтера.

На четвертой вкладке «Tools» нажимаем «добавить экструдер». По умолчанию у нас только один, Extruder0.

Добавляем Extruder1.

И конфигурируем его. Указываем pin по необходимости.

Обратите внимание, что если у вас микширующий хотэнд с одним нагревателем и одним термистором, это тоже необходимо указать в прошивке.
Нагреватель0 и Темп0 для основного экструдера. Если отдельный блок нагревателя у второго - то указываем Нагреватель2 и Темп2 для второго экструдера. Далее сохраняем, заливаем в принтер и пробуем.

В управляющей программе либо с дисплея даем задание на подачу N мм прутка. Например, 100 мм. И затем измеряем результат: могло вылезти больше или меньше. Учитываем разницу, вводим поправочный коэффициент в прошивку и перепроверяем еще раз. Операцию лучше всего проводить со снятой трубкой боудена.
Вот сюда в файле Configuration.h в разделе «default settings» прописываем количество шагов DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT для экструдера (четвертое значение, первые три - оси Х, У, Z).
#define DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT {80,80,1600,100} // custom steps per unit for TEVO Tarantula

Высчитываем поправочный коэффициент и заносим. Например, выдавило больше чем надо, не 100, а 103 мм. Делим 100/103, полученный результат заносим в прошивку.
#define DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT {80,80,1600,97.0874} // custom steps per unit for TEVO Tarantula

Сохраняем, компилируем, заливаем, проверяем.

Дополнительная информация - расчет количества шагов экструдера

Если что - расчет количества шагов экструдера DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT считается по формуле:
steps per mm=micro steps per rev * gear ratio / (pinch wheel diameter * pi)
где micro steps per rev - количество микрошагов двигателя для 1 оборота = 3200, то есть 16 микрошагов на шаг, 200 шагов за оборот
- количество микрошагов двигателя для 1 оборота
gear ratio - соотношение количества зубьев в редукторе экструдера. В моем Тево редуктора нет, поэтому =1
pinch wheel diameter - диаметр впадины толкающего винта
После расчета всеравно проверять по указанной выше методике.

В группе FB есть некоторые публикации на