Экструдер для изготовления прутка к 3d printer. Изготовление абс нити в домашних уловиях

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:

1. Рабочий объем 1,3 м3.
2. Низкая себестоимость 3D моделей.
3. Отсутствие необходимости в оснастке готовых изделий.
4. Повсеместность применения.
5. Экономичность и производительность.
6. Наличие камеры 3D печати.
7. 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).

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.

Всем добра. Так случилось что у меня появился 3д принтер. Побаловавшись им я понял что АБС нити для него в наших краях найти трудно или очень дорого. Кое где есть 1.75мм по заоблачной цене, 3мм нигде не нашел. Посмотрев статью, Лимана про его экструдер, решил сделать что то подобное. Заказал с мешок гранул. Пока он шел, из остатков пластика, который был в комплекте с принтером соорудил аппарат)))) благо Китай рядом. Термопара, нагреватель, драйвера мотора привезли за неделю примерно. Шнековую пару сделал из 2х частей. Горячая часть была заказана у местных токарей, которые за пару часов из цельного куска железа выточили мне ее. Термовставка из стеклотекстолита. Так называема часть была напечатана из остатков былой роскоши. Обычное сверло по дереву, пара подшипников простых, один упорный. Несколько дней пыхтел. В итоге вот что получилось. Килограмм гранул перерабатывается в нить 1.70-1.77мм за 3.5 часа.
Если есть вопросы или предложения, обращайтесь.
Аппарат находиться еще в стадии доводки до идеала.
В планах сделать охлаждение мотора, т.к. при длительной работе он разогревается до 100-120 градусов. Шестерни в редукторе пластиковые, боюсь что долго при такой температуру они не проживут.
автоматическую намотку, т.к. вручную намотать около 500 метров прутка на катушку очень трудно.
Да и хотелось бы чутка переделать "холодную" часть шнековой пары, получилась она немного неудачная.

PS: писать много текста не люблю и не умею, так что сильно не пинайте.

блок так сказать управления. кнопка включения термопары, кнопка включения мотора шнека, и регулятор вращения шнека или регулятор толщины нити.

Система автоматической подачи гранул... LoL вмещает в себя ровно 1 кг пластика

Собственно сам аппарат....

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

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

Экструдер Лимана

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

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

Экструдер Фишера

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

Точность на экструдере достаточно высокая:

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

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

Любой из принтеров 3D обладает своими особенностями конструкции. Основным в таких устройствах является , его еще называют печатающей головкой. Роль головки в работе принтера предельно проста. Ее роль в выдавливании пластика через сопло, в следствии чего, складывается рисунок в трехмерном формате. Возникает закономерный вопрос: возможно ли сделать своими руками?

Какие особенности в этих устройствах

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

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

Возможно ли сделать самодельный экструдер для 3d принтера

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

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

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

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