Экструдер для 3д принтера своими руками: как правильно собрать термобарьер, чертеж хотэнда

Экструдер – рабочая головка принтера, печатающего пластиком. Материал проходит через экструдер, расплавляет

Что такое экструдер?

Экструдер является важной частью 3D-принтера, которая осуществляет фактическую печать. Его можно сравнить с печатающей головкой обычного струйного принтера, только вместо чернил используется пластиковая нить. Экструдер состоит из двух основных частей: корпуса с подающим механизмом и хотенда (hotend).

SHUI WiFi, побег из курятника

19

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

Подписаться

Начало тутКупила баба порося… MKS Robin nano / Sapphire PROMKS WiFi для Скруджа MKS Robin NANO / S…

Общая информация

сварочный экструдер для полипропилена

Этот аппарат работает по такой системе: нагретая воздушная масса, идущая из сопел экструдера и увеличивает температуру промежутка (канавы или стыка) между соединяющимися деталями, делая последние пластичнее.

Параллельно в рабочую зону аппарата подходит прут. Он плавится и соединяется с диском (его называют также шнек), образуя однородную пластиковую массу.

Через фильерный инструмент или сварочный башмак выходит расплавленная полимерная смесь. Шов получается, когда вся масса остывает до комнатной температуры. Это похоже на выдавливание кетчупа из упаковки.

Поверхности, которые соединяет мастер, должны быть идентичны друг другу. Это подразумевает, что составные элементы, плотность упаковки материала и его текучесть у деталей одинаковы.

Прут для сварки по этим характеристикам также должен быть похож на элементы.

Какие узлы 3D принтера требуют регулярного ухода?

Calibrate1.jpg

Для начала определимся, на какие вообще крупные узлы можно разбить любой 3д принтер?

  1. Корпус
  2. Кинематика
  3. Печатающий блок
  4. Печатный стол
  5. Материнская плата / электроника

Независимо от технологии 3D печати, любой 3д принтер можно разбить на эти компоненты. Например, корпус  требует очистки от налипшей пыли снаружи или внутри дабы не создавать риск короткого замыкания от статического электричества, кинематика требует очистки от налипшей грязи, регулярного смазывания и при необходимости замены ремней (не в случае с жесткой кинематикой на швп) печатающий блок необходимо чистить от налипшего материала, а в случае с фотополимерными принтерами не допускать вообще никаких загрязнений, особенно если это DLP или SLA 3Д принтер.

Однако давайте конкретизируем наше руководство и возьмем за основу некий стандартный FDM 3D принтер, как наиболее распространенный на рынке и на его основе подробно опишем процессы.

Каталог FDM 3D принтеров

Материалы:

  • спиральное сверло по дереву 36 мм;
  • стальная труба с внутренним диаметром 37 мм;
  • переходник на трубу под диаметр 1/2 дюйма;
  • труба 1/2 дюйма;
  • сантехническая заглушка 1/2 дюйма;
  • листовая сталь;
  • велосипедная каретка в корпусе;
  • велосипедная ведущая звездочка;
  • велосипедная задняя втулка с кассетой;
  • роликовая цепь;
  • электромотор;
  • профильные трубы;
  • кольцевые нагреватели 320 Вт – 2-3 шт.;
  • кольцевой нагреватель 70 Вт;
  • ПИД-регуляторы для каждого нагревателя;
  • ШИМ регулятор.
Как недорого из доступных компонентов сделать экструдер прутка для 3D принтера

3D-принтер с большой областью печати

Источник: openbuilds.com

Преимущества рельсовых направляющих наиболее заметны в по-настоящему больших принтерах, в которых перемещение по осям осуществляется на значительные расстояния. Возможность закрепить рельс по всей его длине (а не только в подвесах по крайним точкам) позволяет не потерять в точности позиционирования при больших областях печати.

Неплохой пример самодельного принтера на рельсах с большой областью печати — принтер BA3DP созданный Бобом Дарроу (Bob Darrow) и доступном на OpenBuild. Его работа не слишком хорошо документирована, но автор может предоставить свои чертежи 3d printer-а по запросу. Подробные чертежи 3d принтера для сборки своими руками выкладывает не так много самодельщиков. Тем не менее, его работа определенно заслуживает внимания, ведь благодаря использованию рельсовых направляющих и обеспечению дополнительной прочности рамы,  ему удалось обеспечить высокую точность печати даже очень больших моделей.

Вот что пишет сам автор о своем 3D принтере:

Для точной 3D-печати главным требованием является жесткость рамы. Если она скручивается, изгибается или перемещается при изменении веса, приложенного к оси X с установленным экструдером, то вам никогда не удасться добиться должного уровня печати. Для укрепления рамы были разработаны специальные крепежные элементы (на фото – оранжевые), форма которых идеально совместима с используемым профилем.

В качестве рабочего стола использован лист закаленного стекла. Его конструкция первоначально включала  дополнительный стальной лист, который использовался для точного позиционирования по вертикали с помощью датчика приближения и концевого выключателя, но оказалось, что проще проводить юстировку по девяти точкам с помощью только выключателей и вносить правки в настройки ПО. Также, в одном из первоначальных вариантов конструкции вместо стола была использована толстая плита из алюминия (1,4 дюйма), но ее вес оказался слишком большим для шагового двигателя и приводил к пропуску шагов.

Источник: openbuilds.com

Хотэнд этого 3d принтера на рельсах, построенного  своими руками также заслуживает отдельного внимания. Он работает сразу с двумя филаментами, которые подаются двумя отдельными приводами, закрепленными на раме. Головка же перемещается по рельсовой направляющей, которая обеспечивает практически полное отсутствие прогибов.

Видео сборки аналогичного по размерам 3D принтера на рельсах с большой областью печати 

Как выбрать хотэнд?

Стоит отметить, что экструдер – это довольно дорогая деталь. В сборе данная запчасть может обойтись в $80–150. Причем стоимость в розничных российских магазинах не сильно отличается от таковой в Китае. Получается, это один из самых дорогих узлов во всем устройстве печати.

Поэтому многие 3D-мейкеры делают самодельные принтеры. В том числе они самостоятельно собирают экструдер, пользуясь открытыми чертежами в сети. Чтобы собрать узел печати правильно, нужно изначально рассчитать, какие задачи он будет решать. Для этого необходимо оценить несколько параметров будущего принтера:

  1. Мощность двигателя. Она напрямую зависит от размера сопла. Если 3D-мейкер собирается делать проекты большей детализации, ему потребуется небольшое сопло и мощный двигатель. Иначе пластик может просто застрять.
  2. Сопло. Как было сказано выше, диаметр отверстия сопла подбирают исходя из поставленных задач.
  3. Подающий ролик. Это слабое место в принтере. Часто ролик проскальзывает, филамент не поступает. Появляются дефекты печати. Например, ролики для PLA и ABS очень плохо взаимодействуют с нейлоновой нитью.
  4. Конструкция экструдера. Все компоненты можно скрепить в один узел, напечатав их на 3D-принтере. Или выпилить из фанеры. Оба варианта несложно сделать. Однако монолитная конструкция из пластика будет прочнее, чем коробок из фанеры.
  5. Тип экструдера. Тут все зависит от опыта печатника и тех задач, которые он будет решать. Считается, что экструдер типа Bowden более точный, но его немного сложнее делать. И в самодельных конструкциях начального уровня его преимущества пропадают. Direct печатает не так точно, но его проще изготовить.

Немного сложнее обстоит дело с hot-end. Здесь можно пойти двумя путями. Первый: купить готовую запчасть в интернете, что также недешево. Второй: сделать его своими руками. Для этого нужно запастись терпением и нужными компонентами. Более подробную инструкцию по сборке хот-энда мы расскажем ближе к концу данного материала.

Внимание! Если вы не хотите делать хот-энд своими руками, можно заказать его на E-bay. Например, модель фирмы E3D. Правда, одна эта деталь обойдется вам в цену нового экструдера в сборке.

Калибровка и уход за нагревательным столом.

Существуют 3 варианта калибровки нагревательных столов – Ручная, Полуавтоматическая и автоматическая. Чаще всего в современных принтерах встречается полуавтоматический вариант, его мы сейчас и рассмотрим.

Calibrate3.jpg

Calibrate4.jpg

При полуавтоматическом варианте калибровки горизонта вашей рабочей области принтер запускает специальную программу движения, облегчающую процесс. Например, в 3д принтерах PICASO3D на платформе X, пользователю нужно ровно установить стеклянную платформу в своих пазах, запустить процесс калибровки и следовать указаниям устройства на экране. Важно визуально контролировать действия устройства и не допускать сильных перекосов или зазоров стола и стеклянной поверхности. Такую калибровку необходимо выполнять настолько часто, насколько часто на первом слое появляются артефакты, или нить вообще не приклеивается к столу / вжимается в него слишком сильно.

  Calibrate5.jpg

В случае ручной калибровки, например на 3д принтерах Zenit 3D, принтер так же управляет процессом передвигая печатающий блок по точкам калибровки, но поднимать или опускать стол в соответствующей точке должен сам оператор.

Calibrate6.jpg

В упомянутых выше 3д принтерах зенит, это позволяют сделать 3 специальных регулировочных винта под конслью стола (на фото), которые необходимо подкручивать до тех пор, пока расстояние от стола до кончика сопла не будет насчитывать +/- 100мкм. Лучше всего это расстояние замерять специальным автомобильным щупом (для регулирования клапанов), или с помощью обычной белой а4 бумаги.

Суть калибровки заключается в подстраивании высоты так, чтобы лист бумаги или щуп двигались между столом и соплом с небольшим усилием, но все же легко проходили этот зазор. Сделать это будет необходимо в случае с зенитом в 3х точках, однако, как правило, в подобных устройствах калибровка выполняется по 4м точкам.

Хотенд (hotend)

Хотенд служит для расплавления пластика, из которого печатается сама модель.

Хотенд состоит из четырех основных компонентов:

e3d-hotend.jpg  hotend-e3d-1-450x317.jpg

  • Сопло, диаметр выходного отверстия которого диктует качество деталей и скорость печати;
  • Термоборьер — деталь, через которую поступает нить в горячее сопло;
  • Нагревательный блок — связующее звено для нагревательного элемента, термистора, сопла и термобарьера;
  • Радиатор — обеспечивает отвод тепла от термобарьера.

Сопло

В сопле происходит плавление самого пластика, на выходе из сопла получается  расплавленная нить с диаметром равным диаметру выходного отверстия сопла. Как правило,сопла изготавливают из латуни. Самый распространенный диаметр сопла 0.4 мм, конечно бывают и другие : от 0.1 мм до 1.2 мм. Чем меньше диаметр сопла, тем распечатанные модели получаются более качественные, но тратиться больше времени. В зависимости от задач подбирается оптимальный диаметр.

e3d-noizle.jpg

На какие параметры сопла требуется обратить внимание при выборе эктрудера:

  1. Возможность быстрой замены сопла;
  2. Диаметр выходного отверстия должен соответствовать действительности;
  3. ,Внутренний канал сопла должен быть без заусенцев (финишная постобработка/полировка канала);
  4. Качественная резьба завинчиваемой части (чтобы исключить протекания пластика).

Где приобрести сопла?

Купить сопла для 3D-принтера можно у нас в магазине с доставкой по всей России.

Нагревательный блок в сборе

С нагревательным блоком все намного проще. В этом узле фиксируется нагревательный элемент  (который непосредственно и нагревает блок), датчик температуры (термистор или термопара), который контролирует температуру хотенда, сопло и термобарьер.

nagrevatelyj-blok.jpg

На какие параметры нагревательного блока требуется обратить внимание при выборе экструдера:

  1. Возможность легко вставлять и вынимать нагревательный элемент и термистор;
  2. Нагревательный блок должен иметь достаточную высоту относительно сопла, чтобы равномерно его прогреть;
  3. Мощности нагревательного элемента должно хватать что бы прогреть сопло до необходимой температуры (обычно хватает 40 Вт)
  4. Максимальная рабочая температура.

Термобарьер 

termoborer-e3d.jpg

Одна из  самых ответственных частей хотенда — термобарьер. По каналу термобарьера происходит подача пластика непосредственно в горячее сопло. На термоборьер накладывается ряд требований.

Для начала обратимся к рисунку:

V6-zona-plavleniya.png

В идеале, пластик должен плавиться только в сопле, а часть пластика которая находиться сверху, должна быть твердая, чтобы с легкостью проталкивать уже расплавленный в сопле пластик. Это значит что «горячую зону» необходимо резко отсекать, чем меньше будет высота переходной зоны ( от горячего к холодному ), тем лучше. Если пластик будет плавиться не только в сопле, но и в термоборьере, то будет образовываться «пробка» ( размягченный участок пластика ) который не сможет протолкнуть пластик в сопле ввиду своего агрегатного состояния.
Для того чтобы получить холодную зону с резкой отсечкой от горячей, разработчики экструдеров часто используют вставки из  тефлона, алюминиевый  радиатор , активное охлаждение, а также материалы с низкой теплопроводностью, например, нержавеющая сталь. Все эти меры могут применяться как все вместе, так и по отдельности.

Если в хотенде отсечки нет, а градиент температуры сильно растянутый, то при печати будут возникать проблемы, в том числе и при печати экзотическими материалами (FLEX, резина и другие гибкие материалы).

Где приобрести?

Термоборьеры можно купить в нашем магазине

Корпус экструдера

Кроме хотенда, в экструдере присутствует сам корпус с подающим механизмом, в котором используются различные зубчатые шестерни, подшипники, возможность регулировки прижима прутка. Корпус играет также немаловажную роль в выборе экструдера, так как благодаря выбору хорошей конструкции подающего механизма, вы сможете печатать без проблем не только обычными пластиками ABS, PLA, HIPS и другими твердыми материалами , но и гибкими (FLEX, резина).

Разработка собственного экструдера?

Мы пробежались по основным параметрам и характеристикам экструдера, и в следующей статье мы хотим рассказать про нашу разработку экструдера DOUBLE GEAR — TITAN PRO. В данном экструдере мы постарались учесть все нюансы.

Рекомендуем к прочтению: Экструдер Double Gear Titan

Смотрите видео

Все подробности смотрите в видеоролике:

Подготовительный этап

Момент подготовки перед экструзионной сварки отличается от такого для других типов. Но, как и в других случаях, поверхности деталей нужно очистить от грязи и пыли, иначе шов получится некачественным.

Также пластмассы легко окисляются из-за воздействия воздуха. Очистить кромки нужно не более чем за двадцать минут до начала пайки.

Если вы сделаете это раньше, детали всё равно придется расчищать заново. Не пробуйте использовать для очистки растворитель, он может деформировать пластмассу.

Выполнение сварки

сварка экструдером

Если экструдерный аппарат не новый, и вы уже использовали его раньше, уберите из резервуара остатки присадки, которые вы применяли до этого.

Сделать это нужно, даже если вы использовали тот же материал, что и в этот раз. Если присадка нагреется еще раз, её прочность уменьшится.

Затем нужно снять блокировку с холодного пуска, разогреть устройство и подающие детали до температуры, при которой вы собираетесь работать, установить настройки производительности.

Во время того, как вы будете варить, поддерживайте необходимый наклон экструдера. Он будет зависеть от того, какой тип шва вы выбрали. Если вы проработали долго и нуждаетесь в перерыве, поместите сварочный аппарат на подставку для него.

Если пауза будет долгой, снизьте температуру аппарата примерно на 45 градусов. Нагрев присадки приостановится, но проблем с продолжением процесса не будет.

Что такое экструзия полимеров?

Процесс экструзии происходит при нагреве полимеров максимум до 250 0С. Производство идет на скорости до 120 метров/минуту. Около 30 % всего объема полимеров перерабатывается по экструзионной технологии с помощью экструдеров. Попробуем разобраться в тонкостях этого процесса.

Экструзия полимеров — это технология получения формовочных изделий из термопластов и их композиций на шнековых прессах. Осуществляется путем продавливания (под давлением) однородного расплава через щель формовочной головки экструдера.

Щель имеет определенную форму, которая определяет геометрию изделия — сайдинг, пленка, оконный ПВХ профиль. В качестве сырья используются гранулы полиэтилена ПВД и ПНД, полипропилена, ПВХ, полистирола и других полимеров.

Экструзия включает в себя следующие этапы:

  1. получение однородного расплава в экструдере;
  2. формование;
  3. охлаждение продукции;
  4. натяжение и намотка (пленки), нарезка (профиль, труба).

Выбор качественных комплектующих

Конечно, можно купить 3D-принтер на рельсах и не тратить время и силы на комплектацию, проектирование и изготовление деталей. Тем более, что мы готовы предложить очень интересные модели по привлекательным ценам. Но если ваш выбор — самостоятельное изготовление 3D принтера, не забывайте о том, что самый широкий ассортимент качественных комплектующих вы сможете найти в Top 3D Shop.

Узнайте больше о возможностях усовершенствовать ваше производство интеграцией нового оборудования:

23 голоса, в среднем: 4,1 из 5

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...